[發明專利]一種基于WRF-Hydro模型的混合產流區次洪預報方法

有效

• 申請號: 202111488178.1
• 申請日: 2021-12-08
• 公開（公告）號: CN113887847B
• 公開（公告）日: 2022-03-11
• 發明（設計）人: 劉佳;李傳哲;劉昱辰;韓婧怡;陳娟;于福亮;王一之;張善鈞
• 申請（專利權）人: 中國水利水電科學研究院
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04
• 代理公司: 北京馳納南熙知識產權代理有限公司 11999
• 代理人: 李佳佳

本發明提供一種基于WRF?Hydro模型的混合產流區次洪預報方法，包括搜集典型雨洪過程資料，還包括以下步驟：輸入場采用高分辨率同化降雨數據，設置WRF?Hydro水文模式參數；基于WRF?Hydro水文模式參數，輸出徑流預報結果；對徑流預報結果進行評價；當徑流預報結果不在許可誤差范圍內時，對WRF?Hydro水文模式參數進行優化；基于優化后的WRF?Hydro水文模式參數，輸出新的徑流預報結果并進行評價；發布預報結果。本發明針對當前WRF?Hydro陸面水文模式測試和應用的不足，結合混合產流區的特點，綜合考慮洪峰流量、峰現時間、徑流量和洪水過程4個洪水要素，以最少的參數方案減小WRF?Hydro水文模式模擬與預報的不確定性，以使水文模型能夠更好地滿足中小流域的洪水預報需求。

技術領域

本發明涉及徑流模擬與預報的技術領域，特別是一種基于WRF-Hydro模型的混合產流區次洪預報方法。

背景技術

在傳統的水文預報中，水文模型的輸入主要是雨量計觀測到的“落地雨”。預報時間取決于流域的匯流時間，預報的準確性受雨量計數量的限制。為了進一步延長預報提前時間和提高預報精度，越來越多地使用中尺度數值天氣預報模式(NWP)，以取代“落地雨”模式。目前，將水文模型與細尺度NWP模型(1-10 km)結合在一起進行流量實時預報已成為一種很有前途的方法。水文模型與精細尺度大氣模型的耦合已被證明有可能充分預測流域出口的流量。近年來，大氣-水文耦合預報系統的研究正朝著描述更詳細、更復雜的陸面水文過程的方向發展。

WRF-Hydro包含了高分辨率的地形和水文數據，如產匯流、下滲、蒸發等，由多個參數組成，具有很大的不確定性，關鍵參數的選取對于準確再現徑流過程具有重要意義，通過考慮徑流以及過程線的整體形狀來校準參數。

2019年第11期的《水電能源科學》雜志上公開了劉昱辰、劉佳、李傳哲、王維、焦裕飛的題目為《WRF-Hydro模式在水文模擬與預報應用中的研究進展》的文章，介紹了WRF-Hydro模式的應用進展，探討和總結了WRF-Hydro在水文模擬與預報中的應用概況、主要參數的敏感性及在應用中WRF/WRF-Hydro雙耦模式與WRF獨立運行模式的異同。結果表明，WRF-Hydro能夠對水循環關鍵要素如降水、土壤濕度、產流等實現在耦合、非耦合情況下的模擬和預報，是具有物理機制的數值預報工具，能夠進一步改進水文氣象要素的模擬和預報能力；在應用和分析其水文性能前，應對WRF-Hydro的主要參數進行敏感性試驗和率定。通常，入滲系數（REFKDT）被認為是對產流量影響最敏感的參數，曼寧糙率系數（MannN）是對流量過程線影響最大的參數；與WRF模式相比，WRF/WRF-Hydro雙耦模式能夠在不同空間網格上實現對大氣、陸面和水文過程的多尺度模擬，能夠更好地模擬和預報降雨和陸面水循環過程；WRF-Hydro與大氣模式的耦合將成為未來大氣水文耦合模擬與預報研究的發展趨勢，但現在雙向耦合的研究尚未完全成熟，還需在更多不同氣候區的不同類型流域、針對不同降雨產流過程進行進一步的驗證，同時開展參數優化技術研究，以提高水文氣象要素的預報能力。但是，WRF-Hydro模式的徑流預報效果不僅與關鍵參數的不確定性密切相關，還與驅動數據密切相關。該方法的缺點是，WRF-Hydro模式參數的率定不能消除驅動數據帶來的降雨預報誤差，因此，更真實的降雨驅動是非常必要的，如多源數據同化技術同化天氣雷達的觀測數據等，可以在一定程度上提高參數優化的準確性，提高降雨預報的精度和水文預報的效果。

發明內容

為了解決上述的技術問題，本發明提出的一種基于WRF-Hydro模型的混合產流區次洪預報方法，針對當前WRF-Hydro陸面水文模式測試和應用的不足，結合混合產流區的特點，綜合考慮洪峰流量、峰現時間、徑流量和洪水過程4個洪水要素，一定程度上減小WRF-Hydro水文模式模擬與預報的不確定性，采用高分辨率同化降雨數據代替大氣模式輸出的降雨數據，提供運行時段的氣象要素預報，不僅可以為該模式在研究區內的預報徑流提供依據，同時為氣象、水利等有關部門調整參數取值提供合理的預報方案，以使水文模型能夠更好地滿足小流域的洪水預報需求。