[發明專利]基于水位樣本的洪水預報方法

有效

• 申請號: 201410628139.0
• 申請日: 2014-11-10
• 公開（公告）號: CN104392111B
• 公開（公告）日: 2017-08-11
• 發明（設計）人: 連承鍇
• 申請（專利權）人: 連承鍇
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司35100
• 代理人: 蔡學俊

技術領域

本發明涉及水利防災減災領域，特別是一種基于水位樣本的洪水預報方法。

背景技術

洪水預測一直是水利防災減災領域難以攻克的問題之一，對于大型河流，往往有豐富的水文水利數據，同時有大量的水利專家對當地這些水文水利數據進行研究，進而對河流的洪水進行預報，為當地防洪措施提供一定數據支持，而面對分布于全國各地山區中的中小河流，往往沒有足夠的人力與物力和有效方法來支持其洪水預報。

山洪，指的是山區溪溝中發生的暴漲性洪水。全球氣侯變化，極端天氣增多，進而導致各地山洪頻發，山洪屬驟發性洪水，暴漲暴落、預見期短、成災快、破壞力大，每年因山洪都造成大量人員傷亡。溪源溪是福州城區南面，直接匯入閩江，集水面積僅200km2的一條小支流。2005年由“龍王”強臺風引發的一場山洪，造成了一次性80余人重大傷亡。有關部門統計全國每年因山洪造成的傷亡人數占全部洪澇災害傷亡總數的80%。可見，山洪已成為廣大山區百姓安全的一大危害。目前山洪呈多發常發的態勢，局部地區集中強降水是山洪發生的根本原因。

為避免山洪災害對人民生命財產造成破壞性影響，往往需要通過對山洪災害進行預測，進而根據當地實際情況作出相應的防災預案，及時疏導民眾。但現有的情況是有限的人力物力無法對廣大地區的山洪進行預測，其中，流量數據的缺失是阻礙各地進行山洪預測的最重要原因之一。

目前洪水預報成果基于水文模型進行計算獲得，相應水文模型建立過程對流量數據的依賴度大，具體的，通過以下幾個步驟實現對洪水的預測：

1、產匯流計算，采用水箱模型，模擬徑流形成過程，將降雨轉化為徑流的過程抽象為流域的蓄水與出流量之間的關系。通過水箱模型，可以獲得降雨量與出流量之間的關系。其中水箱的基本結構如圖1所示，圖中：P:降水量、 E:水面蒸發量、z:下滲量、α：邊孔出流系數 X :水箱蓄水深度、h：邊孔高度；

2、定線，圖2是傳統水文模型框架圖，為了驗證水文模型的可行性，需要用實測流量資料為樣本，對模型參數進行率定和驗證，而目前流量的實測僅僅能獲得斷面有限個流量測次數據，要獲得更多的流量信息就需要對斷面水流規律進行分析，通過對有限個流量測次數據進行擬合，并建立該斷面水位流量關系。

3、推流，對獲得的水位流量關系曲線推求任意時刻流量值，獲得實測流量樣本數據。

4、模型率定與驗證，請參見圖3，圖3是傳統水文模型參數率定框圖。該參數的率定是一個反復試錯的過程，通過調試出一套參數值，使模型用這套參數值計算出的結果與作為樣本的實測流量過程擬合達到最優，具體的，針對水箱模型得到的流量值，將其與通過定線、推流得到的實測流量值進行比對，并通過對水箱模型參數的調整，不斷提高模型準確性，滿足實測值與通過水位流量關系曲線推求的流量值之間的匹配率達到要求水平。

5、洪水預測，針對率定后的水文模型，輸入上游流域降雨過程、水面蒸發量，得到下游出口斷面流量過程。由圖3可以清楚看出現有模型輸出是流量，其值要與作為樣本的實測流量比較，所以流量資料是模型率定（建模）和具體流域應用的必備條件。

現有可用于山洪預報的水箱模型，其技術主要缺點是，模型計算結果是流量,參數率定與驗證僅能以實測流量資料為樣本，建模與應用“流量資料”是一必備條件。沒有實測流量資料的江河，就無法建模，也就無法應用現有水箱等模型開展洪水預報。

流量資料要通過江河斷面流量測驗取得。流量測驗（施測流量）需由專業人員采用流速儀等專業儀器和專業設備（測船、跨江河架設的水文攬道）施測，還要經后續的定線、推流等諸多環節與工序才能完成?！傲髁俊蓖度氲慕涃M、人力、物力、時間比“水位”、“雨量”要大的多。加至近年來人類活動對江河影響加劇及對天然水流認識的局限，流量測驗與推求出現了不少至今還難應對的新問題，準確流量測驗和完整資料收集變得愈加困難。這也是山區江河普遍缺乏流量資料的主要原因。

而且流量僅能表明江河斷面水量大小，而不能告知水位的高低。 洪峰水位是洪水的最重要特征，也是防汛重要、直觀、民眾容易理解的洪水量級指標和決策依據。準確的洪峰水位預報不但可預知洪水大小、量級，結合地形資料可明確洪水可能影響、淹沒范圍和撤離的安全高程。因此，洪水預報最關注的是洪水水位過程與洪峰水位。現有水箱模型輸出計算的流量結果又要通過“根據實測流量數據建立的水位流量關系”換算成相應的水位過程,實現最終的洪水位預報。

發明內容

基于以上不足，本發明提供一種基于水位樣本的洪水預報方法，事實上是一種新的水文模型的建立過程，具體過程如下：