中小河流洪水预报预警问题与对策及关键技术应用
我国中小河流洪水预报的难点与解决方案探讨_欧阳如琳
我国中小河流洪水预报的难点与解决方案探讨欧阳如琳（北京金水信息技术发展有限公司，北京,100053）摘要: 从时空分布、成因、过程、后果等方面分析了我国中小河流洪水的特点，归纳了我国中小河流洪水预报有别于大江大河的洪水预报的难点，提出了基于分布式水文模型解决我国中小河流洪水预报问题的方案，探讨了在中小河流建立分布式水文模型的过程、建模方式以及模型的结构和参数，重点讨论了基于模块化的分布式水文模型在中小河流洪水预报系统开发中的可行性与必要性。
关键词: 中小河流洪水预报分布式水文模型模块化1引言我国幅员辽阔，各地地形、水文、气象条件差异较大，关于大、中、小河流的定义，至今尚没有明确的规定。
考虑到国务院批复的《全国山洪灾害防治规划》中山洪治理主要针对200km2以下的小流域，而《江河流域规划编制规范》（SL201-97）使用范围为流域面积大于3000 km2的河流，从这一意义上讲，可以认为流域面积小于3000 km2的河流为中小河流。
我国中小河流众多，流域面积为100~1000 km2的河流有5万多条，覆盖了85%的城镇及广大农村地区。
由于我国中小河流防洪标准普遍偏低，洪灾损失极为严重。
据统计，一般年份中小河流的水灾损失占全国水灾总损失的70%~80%，近十年水灾造成的人员死亡中有2/3以上发生在中小河流[1]。
长期以来，中小流域洪水预报一直是我国防洪减灾工作中的难点。
相比我国大江大河的防洪体系，当前我国中小河流的防洪建设仍然是一个薄弱环节，许多中小河流防洪标准仅3~5年一遇，有的甚至没有设防，多数中小河流仍处于“大雨大灾、小雨小灾”的局面。
特别是近年来全球气候变暖，极端天气事件增多，局地强降水造成中小流域突发性洪水频繁发生，加之人类活动对中小流域的开发进一步助长了山洪灾害的威胁。
因此，开展我国中小河流洪水分布特征、形成机理、演进规律及预报调控研究，建立我国中小河流洪水预报体系，是确保我国社会经济可持续发展、保障国家公共安全和人民生命安全的重大需求，同时也是我国水文情报事业科技现化代发展的迫切要求。
中小河流洪水预报的难点与解决方案
农业与生态环境DOI：10.16661/ki.1672-3791.2018.30.117中小河流洪水预报的难点与解决方案张凡(湖北省咸宁市水文水资源勘测局 湖北咸宁 437100)摘 要：中小河流与大江大河有着明显的差异，因此，其洪水预报也有所不同。
因此，本文对我国中小河流洪水预报的难点以及相应的解决方案进行了深入的探索和研究。
首先，本文对中小河流洪水预报的鲜明特征进行了概述；其次，对于中小河流洪水预报过程中面临的难点和困难进行了深入的分析；最后，从加大对数据资料收集、构建监测点以及建立完善的分布式水文模型3个方面提出了中小河流洪水预报的有效策略，以希望能够有效解决中小河流洪水预报过程中面临的难点，并对水文预报工作起到积极的推动作用。
关键词：中小河流 洪水预报 难点 解决方案中图分类号：TV122 文献标识码：A 文章编号：1672-3791(2018)10(c)-0117-03我国的疆土非常辽阔，各个地区在地形地貌水质以及气候条件等各方面均存在着非常大的差异性。
因此，截止到目前为止，我国对于中小河流还尚未形成明确的、统一的定义和标准。
在本文中我们引用了《江河流域规划编制规范》中的相关定义和标准，认为流域面积在3000km2以下的河流被定义为中小河流。
所以，据相关调查统计显示，我国的中小河流数量非常多，其中大部分中小河流的流域面积均处于100~1000km2这个区间内。
长时间以来，我国中小河流发生洪水灾害的现象非常普遍，造成的损失高达70%以上，对于人民群众的生命和财产安全带来了严重的威胁。
在我国开展防洪减灾工作过程中，中小河流洪水预报是其中一项不可或缺的重要组成工作内容，实施过程中也面临着诸多的困难和挑战。
与大江大河流相比较而言，中小河流构建的防洪体系缺乏完善性和科学性。
更为严重的是，部分中小河流甚至尚未设立防洪标准。
现阶段，随着全球温室效应日益趋于严重化，全球气温处于不断上升的趋势中，极端天气发生的概率逐渐增加，我国各个地方中小河流洪灾频繁发生。
中小河流预警预报软件与关键技术
１ 引言
（ ２ ） 先进 性 和成熟 性 。既要 采用 先进 的技术 ， 又 要注 意 思维 的合 理性 、 模 型 的成 熟 度 和方 法 的 正确 性， 做 到先 进性 与成 熟性并 重 。 （ ３ ） 可靠性 和稳定性 。从系统 结构 、 技术 措施 、 系
近 年来 ， 受气候 变 化影 响 ， 中国 中小河 流洪水 灾 害 十 分严 重 ， 暴 露 出 了 中 国中小 河 流 防洪 减 灾 的突
模 型和 方法 ， 对洪 峰 水 位 （ 流量 ） 、 洪 水过 程 、 洪 量 等
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ｌ 教粕 Ｉ 靠 理 南水情监视 Ｉ 雨情童诲 Ｉ Ｉ ｆ 河道水情 Ｉ Ｉ 水库水情 Ｉ
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（ ５ ） 可管 理 ｌ 生和可 维护性 。整个系统 是 由多个 子
保护对象重要 的５ ０ ０ ０ 多条 中小河流重点河段进行 集 中治理 ， 从 整体上 提升流域 防洪保 障水 平 。到 ２ ０ １ ５ 年， 全 国各地将完成中小河流预警预报系统建 设， 确保有防洪任务的 ５ １ ８ ６ 条 中小河流发生洪水时 能及 时预警 ， 为 中国中小河流水资源开发利用与保
构上 分 为省 、 地市 两级建 设 。
２ ． ３ 总体 框 架
管理 、 预警预报服务 、 空间服务的信息化作业平台和
决策会商支撑环境 ， 确保河流发生洪水时能及时预 警， 提高洪水预报的精度和预见期 ， 提升水文的服务
能力 和服务 水平 。 ２ 系统 总体 设 计 ２ ． １ 设 计原 则
洪水要素进行实时预报 ， 为防汛减灾指挥部门提供 决策依据。洪水预报软件 ， 如图３ 所示。
浅析陕西省中小河流预警预报系统在洪水预报的应用
浅析陕西省中小河流预警预报系统在洪水预报的应用摘要：中小河流突发性洪水具有流速快、预见期短、分布广等特点，其在预报的广度和频度上提出了更高的要求，《陕西省中小河流洪水预报系统》以实时水雨情等数据采集、存储和服务为目标，运用先进信息技术，以中小河流预报业务为核心，建立服务于洪水预报、预警服务、信息发布和水情会商等为目的信息化作业平台和决策会商支撑环境，提高信息采集传输速度、洪水预报精度和预见期，提升水文服务能力和水平，为陕西省中小河流防洪减灾、水资源开发利用与保护、中小水库安全运行提供信息化的技术支撑，该文以黄陵水文站为例，利用陕西省中小河流洪水预报系统进行洪水预报。
关键词：中小河流；洪水预报；黄陵水文站；信息技术；预警预报1 引言洪水一直以来是我国最严重的自然灾害之一，洪水灾害发生时不仅会对人民的生命财产安全构成严重威胁，同时也会影响和谐社会的建设，我国中小河流数量众多，并且分布广泛且复杂，在洪水预报方面存在一定的难度。
近年来，随着科技的不断发展，数字化、信息化逐步融入水文实际工作中，因此，利用现代信息技术，加强中小河流防洪防治工作，建立健全中小河流洪水预报系统是迫在眉睫的事情，检验中小河流洪水预报系统的精度也是重中之重。
2陕西省中小河流洪水预报系统简介该系统是由中国水利水电科学研究院开发的水文预报软件，基于预报模型计算机化的技术，该系统可根据水文站特性定义方案，选定产汇流模型进行计算，率定历史系统资料，从而得出该站最佳的模型参数预报方案，以应用于今后的实际洪水和过程预报。
对于流域上游的单个水文站，一般采用的预报方法有：2.1 模型方法将流域特征参数、属性和率定后的模型参数配置到定制的预报方案中，构成应用支撑平台中的方案实现类库。
方案定制按照专业化、自动化与标准化的原则。
方案以水文站为控制，在 GIS 软件的支持下，采用基于 DEM 的自然子流域和流域产汇流分区对流域单元进行自动划分。
每个预报断面还可划分为若干个单元面积（河段）分别计算。
中小型水库防洪减灾预报预警关键技术分析
中小型水库防洪减灾预报预警关键技术分析本文通过对目前国内部分中小型水库在防洪减灾的预报预警现状进行详细的调查和分析，并探寻在当前环境下中小型水库在防洪方面工作的不足，进而提出相应解决方案。
即通过采用国际上较为先进的预报警模型技术、汛情预报技术以及相关的智能监测和分析技术等诸多模块共同建立一个相对完整的中小型水库防洪减灾预警预报体系，以提高其对于洪灾的预报警能力。
中小型水库的预报警系统在进行洪汛情报通知时一般会采用手机短信、气象新闻以及气象广播等多项网络信息技术的综合利用。
通过对各项先进技术的应用，有助于提高预报警的效率，有助于实现中小型水库在防洪减灾方面的预报警体系由原来的粗放模式向系统化科学化转变，有利于水库防洪减灾的预报警能力的提升，降低库区危险。
标签：中小型水库；防洪减灾；预报预警技术前言：我国作为一个筑坝大国，全国上下大大小小水库不下十万座，其中中小型水库占据了绝大多数的数量，然而相应的堤坝的溃坝情况也相当严重，这主要是由于多数中小型水库在防洪减灾的预报警方面的能力和技术不足所致。
因此当前国内防洪体系当中的薄弱环节便在于中小型水库的防洪减灾的预报警问题。
以云南地区的中小型水库为例，云南省境内河流众多，中小型水库与坝塘达数千座，然而由于其建造歷史较为久远，因而普遍存在严重老化的问题，并且随着时间的推移，多数水库与坝塘缺乏相应的人员管理，因而使得其原有的功能无法得到保障，其运行维护、日常管理以及预报警能力等方面均无法满足现代要求，因此容易导致发生溃坝情况的发生。
加之生态环境的恶化，云南省对于水库坝塘等水利设施的防洪行洪能力要求更高，而小型水库与坝塘在面对现代社会的防洪要求时无法胜任，因此难以起到有效的防洪减灾以及预报警的作用。
由于中小型水库坝塘在云南省内的数量极为庞大，若想依靠工程方面进行其预报警能力的提升往往会事半功倍，并且未必能够与旧有的水库体系相容，因此可以考虑采用非工程手段加强水库防洪减灾方面的预报警能力。
中小河流洪水预报调度智能系统建设思路及关键技术
中小河流洪水预报调度智能系统建设思路及关键技术中小河流洪水预报调度智能系统建设思路及关键技术一、前言随着社会经济的不断发展，人类对水资源的需求越来越大，同时也面临着水灾风险的不断增加。
中小河流洪水预报调度智能系统是一种有效的手段，可以帮助我们更好地利用水资源，同时也可以提高我们对水灾风险的防范和应对能力。
本文将介绍中小河流洪水预报调度智能系统的建设思路及关键技术。
二、系统架构中小河流洪水预报调度智能系统主要由以下几个模块组成：1. 数据采集模块：负责采集各种气象、水文、地形等数据，并将其存储到数据库中。
2. 数据处理模块：负责对采集到的数据进行处理和分析，生成各种预报数据和分析结果，并将其存储到数据库中。
3. 预报模块：根据历史数据和实时数据生成各种预报信息，并提供给用户使用。
4. 调度模块：根据预测结果和用户需求生成调度方案，并提供给用户使用。
5. 可视化模块：将各种数据以图形化的方式展示给用户，方便用户了解当前情况和预测结果。
三、关键技术1. 数据采集技术：数据采集是整个系统的基础，需要采用各种传感器和监测设备对气象、水文、地形等数据进行实时采集。
同时，还需要对数据进行质量控制和校验，确保采集到的数据准确可靠。
2. 数据处理技术：数据处理是整个系统的核心，需要对采集到的各种数据进行分析和处理，生成各种预报信息和分析结果。
这需要运用各种数学模型和算法，如神经网络、遗传算法等。
3. 预报技术：预报是整个系统的重点，需要根据历史数据和实时数据生成各种预报信息。
这需要运用各种数学模型和算法，如时间序列分析、回归分析等。
4. 调度技术：调度是整个系统的应用层面，需要根据预测结果和用户需求生成调度方案。
这需要运用各种优化算法和决策支持系统技术。
5. 可视化技术：可视化是整个系统的用户界面，需要将各种数据以图形化的方式展示给用户。
这需要运用各种图形库和可视化工具，如D3.js、ECharts等。
四、结论中小河流洪水预报调度智能系统是一种有效的手段，可以提高我们对水资源的利用效率，同时也可以提高我们对水灾风险的防范和应对能力。
中小河流洪水预报预警问题与对策及关键技术应用
第49卷第1期2021年1月河海大学学报(自然科学版)Journal of Hohai University(Natural Sciences)Vol.49No.1Jan.2021DOI :10.3876/j.issn.10001980.2021.01.001 基金项目:国家重点研发计划(2018YFC1508100,2018YFC1508103)作者简介:刘志雨(1968 ),男,教授,博士,主要从事水文预报与流域水文模型研究㊂E⁃mail:liuzymwr@引用本文:刘志雨,刘玉环,孔祥意.中小河流洪水预报预警问题与对策及关键技术应用[J].河海大学学报(自然科学版),2021,49(1):1⁃6.LIU Zhiyu,LIU Yuhuan,KONG Xiangyi.Problems,strategies and key technology research of flood forecasting and early warning for small and medium⁃sized rivers[J].Journal of Hohai University(Natural Sciences),2021,49(1):1⁃6.中小河流洪水预报预警问题与对策及关键技术应用刘志雨1,2,刘玉环1,孔祥意1(1.河海大学水文水资源学院,江苏南京 210098;2.水利部信息中心(水利部水文水资源监测预报中心),北京 100053)摘要:介绍了我国中小河流及洪水灾害基本情况,简要分析了中小河流洪水防御重点难点及亟需解决的科学技术问题,提出了中小河流洪水预报预警的对策与措施,并对未来影响预报㊁风险预警㊁网格精细化风险管理等理念创新实践提出了展望:将实现由水文要素预报向洪水影响预报转变,由基于防洪阈值的预警向洪水风险预警拓展,由 预测应对”应急处置向网格精细化风险管理转变,由监测数据提供向信息产品服务延伸,水文现代化发展水平不断提升㊂关键词:中小河流;洪水灾害;洪水预报;风险预警;预报技术;技术应用中图分类号:P338 文献标志码:A 文章编号:10001980(2021)01000106Problems ,strategies and key technology research of flood forecasting and early warning for small and medium⁃sized riversLIU Zhiyu 1,2,LIU Yuhuan 1,KONG Xiangyi 1(1.College of Hydrology and Water Resources ,Hohai University ,Nanjing 210098,China ;rmation Center (Hydrology Monitor and Forecast Center ),Ministry of Water Resources of China ,Beijing 100053,China )Abstract :This study introduces the basic situation of China’s small and medium⁃sized rivers and flood disasters,and then key difficulties as well as urgent scientific and technological problems in the flood prevention of small and medium⁃sized rivers were analyzed.Thereafter,the study puts forward the strategy and measures for the flood forecasting and early warning of small and medium⁃sized rivers.Besides,prospects for the future forecasting,risk early warning,and refined risk management concepts and practices are also proposed.It will realize the change from the hydrological element forecasting to the flood impact forecasting,from the flood threshold⁃based warning to the flood risk warning,from the "prediction⁃response"emergency disposal to the grid refinement risk management,from the monitoring data provision to the information product service,in which the development level of the hydrological modernization is continuously improved.Key words :small and medium⁃sized rivers;flood disaster;flood forecasting;risk warning;forecasting technique;technology application受季风气候和地理因素的影响,我国洪水灾害频发㊂由于致灾因素多㊁涉及面广㊁损失大,洪水灾害一直以来是我国各类自然灾害防御中的重中之重,这也促进我国洪涝灾害防御治理水平不断提高㊂自1949年中华人民共和国成立以来,我国先后开展了淮河㊁黄河㊁长江等大江大河的治理与防洪减灾工作,取得了巨大成就,显著提高了防御洪水灾害的能力[1]㊂近年来,中小河流洪灾频繁发生,已经成为我国洪涝灾害损失的主体与防灾减灾体系中的薄弱环节[2⁃4]㊂中小河流洪水防控与应急管理要求实现准确预报㊁及时预警㊁科学调度和有效处置㊂目前,我国中小河流局地突发性强降雨的预测预报能力不强,短历时洪水预报预警整体水平不高,防洪工程调度困难,应急处置技术体系薄弱,难以满足洪水防控和应急管理的需求㊂不同水文气象分区产汇流条件差异大㊁人类活动导致下河海大学学报(自然科学版)第49卷垫面变化剧烈㊁实时监测信息不足,是中小河流预报精度低㊁调度处置难的主要原因[5⁃7]㊂目前,国内外常用的中小河流预报预警方法有两种,一为基于分布式水文模型的山洪预报预警,如意大利的TOPKAPI 模型[8⁃9]㊁美国的分布式水文模型山洪预报系统(HEC⁃HMS)[10];二为基于动态临界雨量的山洪指导,如刘志雨等[11]基于前期影响雨量指数(API)提出的动态临界雨量法以及美国水文研究中心研制的FFG 系统[12]㊂此外,对具有一定水文系列资料的小流域常采用经验方法,如,根据历史上本地区区内中㊁小流域特大暴雨条件下的流域面积量峰关系的整理与应用,或依据本流域观测资料建立降雨总量与洪峰相关的预报预警方案[13]㊂随着精细化模拟㊁信息技术㊁人工智能等技术快速发展,开展中小河流高时空分辨率降雨估算与预报㊁洪水精细与智能实用预报㊁风险分析与应急处置等研究和应用为洪水防控与应急管理提供了新途径㊂本文介绍我国中小河流洪涝灾害基本情况,分析中小河流洪水防御中的重点难点及亟须解决的科学技术问题,针对防汛薄弱环节和短板,提出了中小河流洪水预报预警的对策与措施,总结了国家重点研发计划项目 中小河流洪水防控与应急管理关键技术研究与示范”成果在2020年我国洪水防御中的示范应用,展望了今后洪水影响预报㊁风险预警㊁网格精细化风险管理等理念创新实践,以期为全国中小河流洪水预报预警业务的开展提供参考㊂图1 2000年以来我国中小河流历年洪涝灾害损失Fig.1 Loss map of small and medium⁃sized river flood disasters over the years since 2000in China1 我国中小河流洪水灾害基本情况我国中小河流众多,根据第一次全国水利普查成果,全国流域面积在50km 2以上的河流共45203条,覆盖了85%的城镇及广大农村地区,其中流域面积3000km 2以上的主要河流有719条,200~3000km 2的中小河流9956条㊂中小河流流域面积小,流域内一般建有水库㊁塘坝等水利工程,洪水主要由局地短时强降雨引发,暴雨洪水突发性强,洪水陡涨陡落,属于突发性洪水㊂近年来,我国中小河流洪涝灾害频繁发生,已成为洪涝灾害损失的主体[5]㊂据统计,一般年份中小河流洪涝灾害损失约占全国洪涝灾害的70%,导致的伤亡人数约占80%(图1),集中反映出中小河流是我国防灾减灾体系的薄弱环节㊂近年来极端天气事件增加,人类活动影响加剧,局地强降水造成中小流域突发性洪水频发重发㊂2020年,太湖㊁长江㊁淮河㊁松花江先后发生流域性洪水,多地多条中小河流发生超历史洪水㊂保障中小河流防洪安全,是我国防洪体系建设中突出重要且又艰巨的任务㊂党中央㊁国务院高度重视中小河流治理,2010年起,国家先后启动了全国山洪灾害防治县级非工程措施㊁全国中小河流水文监测系统建设项目,旨在提高我国山洪灾害和中小河流洪水灾害防御能力㊂但是,由于中小河流分布较广㊁治理覆盖面较小㊁防洪基础设施薄弱㊁中小型水库泄洪能力有限等,中小河流防洪治理瓶颈难以在短期内突破,亟须加强水文监测预报预警等非工程措施建设[14]㊂2 中小河流洪水预报预警的难点与对策2.1 中小河流洪水预报预警的业务现状经过多年建设,我国中小河流水文监测体系已初步建立,中小河流洪水预报预警也进入起步阶段,但与新时代防灾减灾需求仍有较大差距㊂a.小河流水文监测体系初步建立㊂2011年,启动实施中小河流水文监测系统项目,5186条流域面积200~3000km 2有防洪任务的重点中小河流水文监测覆盖率由28%提高到100%㊂雨量站㊁水位站基本实现自动在线监测㊁实时传输和自动测报,但水文站流量测验大部分仍采用传统方式㊂依托水文信息中心站,实现中小河流雨水情信息30min 内到达各级水文信息中心,各地信息畅通率超过95%㊂b.中小河流洪水预报预警业务初步开展㊂受中小河流流域特性和水文测报手段所限,目前中小河流洪水预报预见期和精度很难满足防汛要求,以洪水预警为主㊂在中小河流洪水预报方面,通过中小河流水文监23第1期刘志雨,等 中小河流洪水预报预警问题与对策及关键技术应用测系统项目建设,5800多条中小河流建设了洪水预报预警软件,提高了水文断面洪水作业预报计算机化水平,初步建立了省㊁市㊁县三级中小河流洪水预报体系,开展了200km2以上有重点防洪任务的中小河流洪水预报业务工作㊂在中小河流洪水预警方面,组织各级水文部门开展中小河流洪水预警指标研究,广东㊁广西㊁湖南等省(区)开展了中小河流的洪水预警社会化发布工作㊂c.中小河流降雨预报精度不高,难以满足洪水预报需求㊂中小河流洪水预报需要分水系㊁分时段㊁高时空分辨率㊁定量化面雨量预报产品,目前气象部门共享的降水预报产品主要针对公共服务,对洪水预报的流域水系特性考虑不足㊁耦合性不强㊂目前,强降雨预报主要依据数值天气预报,降雨过程㊁影响的范围和时间的把握相对较好,但暴雨中心的落区㊁量级以及影响的准确时段的预报难度还较大;气象部门共享的数值降水预报存在时空分辨率不高(逐6h㊁5km×5km)㊁准确率低(24h暴雨预报准确率为20%左右)㊁气象水文等多源信息融合不够等问题[15]㊂d.中小河流洪水预报预警方案不成熟,工作难度大㊂多数中小河流测站设立时间较短,缺乏足够长的暴雨洪水资料进行参数率定,基于有限雨水情资料构建的预报方案难以全面反映洪水运动规律,方案精度不高㊂中小河流点多面广,集水面积小,产汇流时间短,洪水陡涨陡落,洪水防御对预报精度及时效性要求较高㊂目前,缺乏面向洪水防御的水利降雨数值预报模式,现有的降雨预报时空分辨率和精度难以满足中小河流洪水预报需求,传统的洪水预报方法不能适应资料短缺地区的洪水预报需要,预报难度大㊂中小河流洪水预警指标体系不健全,工作责任体系不完善㊂目前,多数中小河流缺乏警戒水位㊁保证水位等防洪特征值,预警对象及范围不明确,责任体系尚未建立㊂2.2 中小河流洪水预报预警的技术难点中小河流洪水防御包括监测预报㊁风险预警㊁防洪调度㊁应急处置等关键环节㊂监测预报的重点在北方地区㊁水文资料短缺地区,难点在提高预报精度㊁延长预见期㊂风险预警要点在预警时效性,难点在快速有效预警㊂防洪调度的重点在智能高效调度,难点在联合优化调度㊂应急处置的重点是精准有效处置,难点在网格精细化风险管理㊂我国中小河流洪水预报主要有以下几方面的技术难点[16]:a.洪水预报制作时间难以把握㊂中小河流洪水常常发生在夜间,传统洪水预报以人工制作为主,难以适应工作要求,宜采用基于水文模型的自动预报预警为主㊂b.洪水预报方案精度不高㊂由于中小河流大多位于水文监测资料短缺的山丘区,传统基于历时场次洪水的经验预报方法,或基于连续水文资料的流域水文预报模型难以有效应用,亟待研究应用分布式水文物理模型㊂干旱半干旱区超渗产流理论和预报模型存在不足,中小河流洪水预报精度不高,需要加强下垫面变化下产汇流响应机理㊁产汇流过程空间相似规律与参数推衍方法的研究[6,17]㊂c.洪水预报预见期短㊂中小河流洪水历时通常在2~12h,传统基于2~6h报汛时段的预报方法很难对其进行有效的预报,需要缩短报汛时段(10min㊁30min㊁1h)㊂通过应用气象水文预报耦合技术,可以延长洪水预报预见期,需要提升临近(0~2h)㊁短时(2~12h)定量降水预报精度㊂d.洪水预报精度评定无规范可依㊂中小河流洪水因其突发性强㊁汇流时间短,常属突发性洪水㊂现有GB/T22482 2008‘水文情报预报规范“规定,对突发性洪水预报可不作精度评定,但这难以适应当前防汛工作的实际需要㊂2.3 中小河流洪水预报预警的对策与措施在梳理了中小河流水文监测预报预警有关情况现状㊁存在问题的基础上,下一步要大力加强水文监测现代化建设,补齐水文站网,增强监测能力,提升预报预警技术水平,整体推进水文监测预报预警体系全面现代化㊂近年来,随着精细化水文气象预报㊁信息融合㊁大数据分析等技术快速发展,开展中小河流多尺度监测㊁高时空分辨率降水量估算与预报㊁精细化分布式水文预报模型构建㊁降水智能预报与风险预警评估等成为可能,这将逐步提高中小河流洪水预报精准度和洪水防御能力,进一步减少灾害损失㊂a.充实完善水文站网㊂在重点防护区和重要防护目标上游布设水文(位)站;按照满足降水量与径流转化规律分析需要和洪水预报需求,加密布设雨量站,填补中小河流水文监测站网空白㊂b.推进信息监测立体化㊂基于卫星㊁雷达㊁地面雨量站等多源监测资料,利用大数据识别与融合同化技术,开展中小河流洪水灾害实时监测,构建流域致洪全过程监测体系㊂采用地面自动测报㊁空天遥感㊁智能感知㊁物联网㊁卫星传输㊁无线宽带网等先进技术,实现天㊁空㊁地一体化测报,形成了全面感知 一张网”㊂4河海大学学报(自然科学版)第49卷c.发展气象水文耦合预报模型㊂构建高精准㊁高时空分辨率实况与预报雨量场,建立面向中小河流域的无缝隙精细化智能网格降水预报,提高强降水预报精度㊂基于历史降雨和洪水实测资料,结合大数据技术㊁遥感分析㊁原型试验和机理剖析,构建不同水文气象分区和下垫面条件下中小河流洪水分布式水文预报模型[18]㊂d.建设中小河流洪水早期预警系统㊂采用数字流域㊁高性能计算㊁大数据分析㊁分布式水文模型等技术,建设集短临强降雨预报㊁中小河流洪水早期识别㊁洪水影响预报和风险预警[19]㊁高性能计算存储设备于一体的全国中小河流洪水早期预警系统[20]㊂e.开展中小河流预警指标确定工作㊂开展流域下垫面情况调查,摸清防洪对象的基本情况,确定有防洪任务的中小河流河道警戒水位㊁保证水位等防洪特征值,设定中小水库纳雨能力等预警指标,为开展中小河流洪水预警工作提供基础支撑㊂3 中小河流洪水预报预警关键技术的应用2020年汛期,我国发生了1998年以来最严重的汛情,长江㊁淮河㊁太湖㊁松花江等多个流域发生流域性洪水,全国共有26个省份836条河流发生超警以上洪水,超警河流较常年多8成,为1998年以来最多,其中269条超保证水位㊁78条超历史水位,大多为中小河流洪水㊂面对严峻形势,全国水文部门精准测报,密切监视,坚持完善 专班预报㊁联合会商㊁滚动订正”预报预警工作机制,累计发布1184条河流1933个断面作业预报35万站次,发布水情预警1904次㊂在2020年洪水防御过程中,国家重点专项 中小河流洪水防控与应急管理关键技术研究与示范”项目组成员主动作为,推进技术研发,强化科技支撑,服务防汛工作㊂项目研发的短时临近精细化雨量预报场技术㊁精细化网格预报与智能化预报系统㊁网格化精细预报降雨径流水文模型等关键技术[21]在我国南北方4个中小河流流域中得到示范应用,并在国家级㊁省级㊁地市级气象水文部门得到推广应用,取得满意效果,为防汛救灾提供了有力的技术支撑㊂3.1 短时临近精细化雨量预报场技术该技术基于多源信息融合的雨量实况场㊁雷达智能外推和GRAPES⁃3km模式,通过最优融合技术构建逐分钟级精细化网格降水实况,并利用多尺度光流法技术进行分钟级临近降水预报,提供未来2h逐10min 全国精细化降水预报㊂利用气象水文耦合技术,将降雨数值预报结果和洪水预报结果进行耦合,降雨预报精度提高了3%~5%,洪水预报的预见期从过去的1d延长到3d㊂该技术已经于2020年4月正式成为中国气象局精细化降水预报业务体系组成部分,并在汛期前正式落地国家级智能网格降水系统平台并投入业务应用,为突发性精细化降水的临近预报提供技术支撑㊂3.2 网格化精细预报降雨径流水文模型技术该技术针对我国不同水文气象分区和下垫面中小河流产汇流过程的精细模拟需求,提出汇流过程中沿程水流再分配方法,基于 地表带门槛水库”和 地下带门槛水库”,建立了地表水工程与地下水超采双重影响下定量化模拟方法㊂综合考虑华北地区下垫面变化影响以及西北地区超渗产流的水文模型,研发的栅格新安江海河模型㊁栅格蓄超动态组合模型和栅格蓄超动态组合拦蓄模型,实现了对流域超渗产流和蓄满产流的时空过程甄别和对地表水利工程拦蓄与地下水超采影响的精细刻画,有效提高了半干旱半湿润和人类活动影响较强地区的洪水模拟预报精度㊂采用考虑地表水工程与地下水超采双重影响的模拟方法,实现应用区域任意网格单元的精细预报,在河北清水河流域(位于河北保定,流域面积1650km2)洪量和洪峰模拟合格率均提高25%以上㊂3.3 精细化网格预报与智能化预报技术该技术通过精细化网格预报模型与智能化预报模型的形式集成到中小河流预报预警与智能调度平台中,通过网格化流域预报,能够预报流域内任何一个地点的流量及水位㊂该平台基于微服务的架构支持众多水文预报模型㊁降雨预报模型㊁调度模型以及风险评估模型的集成,基于分布式计算提供精细化网格模型的快速高效计算,以支持实时的水文预报㊂集成了短临降雨预报㊁土壤含水量模型㊁流域初始状态计算模型㊁快速预警模型㊁集合预报㊁智能调度㊁风险评估㊁应急处置等功能,支持洪水预警㊁预报和风险防控,应用于中小流域洪水防控的完整业务流程㊂5第1期刘志雨,等 中小河流洪水预报预警问题与对策及关键技术应用2020年汛期,中小河流预警与智能调度平台在安徽横江㊁福建九龙江西溪㊁浙江富春江支流分水江㊁江苏南京秦淮河㊁陕西渭河支流陈河等中小河流流域实时预报中得到应用,取得满意效果㊂特别是在示范区横江流域应用,提前8h准确预报2020年 7㊃7”特大洪水,洪峰预报误差小于5%,实现了网格风险的实时评估,保证了当地人员安全转移与应急处置㊂4 结 语受气候变化和人类活动的影响,我国中小河流洪水灾害频发且严重,已引起各级政府和防汛部门的高度重视和社会的广泛关注㊂中小河流洪水预报预警是防洪减灾的重要非工程措施之一,已成为跨气象㊁水利与应急处置领域的主要灾害风险防控科学问题㊂深入践行防灾减灾新理念,要求中小河流洪水防控与应急管理实现准确预报㊁及时预警㊁科学调度和有效处置㊂目前,我国中小河流洪水预报预警的时效性㊁预见期和精度尚不能完全满足新时期洪水防御减灾工作的要求㊂立足我国现有技术条件,以水文监测现代化建设为契机,补齐水文站网,增强监测能力,提高洪水预报预警技术水平,确保中小河流发生洪水时能自动预报㊁实时预警,为保证人民生命财产安全提供技术保障,十分必要且非常迫切㊂展望未来,通过研发中小河流洪水精细化与智能实用预报预警方法,创新风险网格化管理技术,提升洪水防控的实时性㊁精准度和智能化水平,我国中小河流洪水预报预警工作将坚持 大水文”发展理念,顺应大服务发展,实现由水文要素预报向洪水影响预报转变,由基于防洪阈值的预警向洪水风险预警拓展,由 预测应对”应急处置向网格精细化风险管理转变,由监测数据提供向信息产品服务延伸,由防汛抗洪向抗旱服务㊁城市防洪㊁水资源调度等方面拓展,由水利向农业㊁交通㊁旅游等行业延伸,不断推进信息化,提高水文现代化发展水平㊂参考文献:[1]国家防汛抗旱总指挥部办公室,中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所.山洪诱发的泥石流㊁滑坡灾害及防治[M].北京:科学出版社,1994.[2]梁家志,刘志雨.中小河流山洪监测与预警预测技术研究[M].北京:科学出版社,2010.[3]俞彦,张行南,张鹏,等.基于SCS模型和新安江模型的雨量预警指标综合动态阈值对比[J].水资源保护,2020,36(3):28⁃33.(YU Yan,ZHANG Xingnan,ZHANG Peng,et parison of comprehensive dynamic threshold of rainfall warning indicators based on SCS model and Xin’anjiang model[J].Water Resources Protection,2020,36(3):28⁃33.(in Chinese)) 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城区用户与电网供需友好互动理论㊁关键技术及应用”科技成果鉴定,科技成果达到国际领先水平㊂(本刊编辑部供稿)。
探析中小河流洪水预报的难点与解决方案
突发 一般 会 同时 出现 泥石 流等 灾害 。
１ ． ２ 我 国 中小 河流 洪水 预报 的难 点
整个 河 流水 文 循 环 过 程 ， 明确 该 模 型 要 具 备 哪些 相
关 过程 。
具体难题有如下 ４点： ①有关 中小河流 的数据
［ 收稿 日期 ］ ２ ０ １ ３—０ ７— ３ １
作 就较难 进 行 。并 且 中小 河 流 洪 水 发生 的持 续 时 间
征： ①对于 空间分布 而言 ， 我 国中小河 流 的数 量较
多、 分布 的 范畴 较 大 ， 各 个 地 区 的地 形 地 质 、 气 候 不
一
，
从而使不同区域的水文条件不一ｌ １ ］ 。②对 于时
间布局 而 言 ， 我 国中小河流 洪水拥 有 季节性 、 时 常
经 验来 实施 的 ， 在 技 术 层 面 上 很 难 有 更 深 一 层 的 探 究， 难 以实 现 大 范 围 的推 广 工 作 。而 且 把 通 用 版 的
相 关模 型 运用 到具 体 的 中 小河 流 洪 水 预 报 当 中 ， 很
难 反 映 当前 中 小河 流 的 实 际情 况 ， 所 预 测 的 情 况 以 及 精度 准 确度 不高 。
中图分类号 ： Ｔ Ｖ １ ２ ２ 文献标识码 ： Ｂ
资料 较少 ， 难 以对 中小 河 流洪 水 预 报 系 统 的制 定 作
１ 我 国 中小 河流 洪 水 特 征 与 预 报 难 点
１ ． １ 我 国 中小 河 流洪水 特 征 与我 国大河 流 洪 水 作 比较 ， 中小 河 流 洪 水 存 在
流突发洪水 的另一原 因。④ 对于造成后果而 言， 中 ２ 我 国 中小 河 流 洪 水 预 报 的解 决 方 案
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中小河流洪水预报预警问题与对策及关
键技术应用
【摘要】中小河流洪水预报系统是一个具有较高复杂性的系统，其洪水预报效能也直接影响着我国整体经济的发展以及广大人民的人身安全和财产安全。
为了有效提高中小河流洪水预报的准确性，国家有关部门必须对中小河流洪水预报系统进行全面的分析，并针对系统中的难点与重点，采取一系列有效的措施，对其进行合理的改进和完善。
本文对中小河流洪水预报的难点及解决方案进行简单的分析。
【关键词】中小河流; 洪水预报; 难点; 解决方案
1.中小河流洪水预报简析
所谓的“洪水预报”，就是依据前期和现时的水文、气象等数据信息，揭示或者预测洪水的发生及其变化过程的一种应用学科技术。
它是防洪非工程措施的重要内容之一，直接为防汛抢险、水资源合理利用与保护、水利工程建设和调度运用管理，以及农业的安全生产提供服务。
2. 中小河流洪水预报工作的难点
2.1数据资料和监管测试点较少
从目前来看，中小河流的数据资料相对较少，这样就很难为形成完善的洪水预报系统提供具体完善的数据。
同时，因为监管测试点较少，且站网缺乏较高的精密度，导致监管测试点在对雨量进行监测的过程中依旧出现一定的问题，对于暴雨的强度等级和量度把握不准确，洪水预报系统就会存在问题。
2.2雨洪相应的复杂性与作业预报要求的简单性之间不能够达到平衡
利用简单的相关图或者是统计模型进行洪水的预报，预报的效果往往取决于
预报员的经验，而在技术上很难实现突破，这样推广起来也存在一定的难度。
而
将集总模型或者是现有通用的水文模型应用到中小河流洪水预报工作当中，则会
缺乏针对性，不能够很好的适应洪水的特征，预报的精度和预见期不能够满足需求，这种不平衡的状态是洪水预报中不可忽视的难点。
2.3 因为暴雨的时空分布存在不均衡的现象
中小河流洪水灾害发生在流域内的某个小支流，而不是流域出口的位置时，
就很难被测知。
同时因为中小河流的洪水发生时间较短，常规水文六小时的报讯
方法不能够对其进行有效的预报，这样将会影响到洪水应急方案的制定，严重的
时候将会发生洪水灾害。
3.中小河流洪水预报解决对策
3.1 分布式水文模型的构建过程
中小型河流洪水预报过程中，常采用构建分布式模型的方式进行勘测、分析，在构建模型之前，需要充分了解水文的循环运作流程，对其进行全面的认识与判断，确定构建、利用模型的必备过程。
当充分了解、明确水文循环的基本原理与
过程后，需要针对关键性、重要的环节进行控制，利用计算机语言对相关数据、
数字信息进行转化，对控制过程进行针对性编程操作，开发并运营模型。
对不同
的分布式水文模型，有不同的水循环语言要求，有的简单、有的复杂。
常见的简
单型模型包括水量平衡模型，构建过程中易于编写与操作；常见的较难型包括非
线性偏微分方程模型，其编程操作较为复杂，需要运用一定的数值分析法，对原
方程进行演算、推进、转化，同时利用适宜的数字语音编写出来。
完成编程后，需要对运算进行调试，随后才可完成转化，实现水文模型的构建。
通常情况下，构建水文模型，需要具备验证模块、参数确定模型，进而通过
人工调试率、参数自动优选算法等实现对水文参数模型的的确定，当确定并完成
参数验证后，可利用模型进行数据测绘与预报。
但验证模块未能通过时，需要及
时分析模型存在的问题，适当调整，再次验证，符合基本要求后，满足构架、模
型参数后才可继续投入使用。
3.2分布式水文模型的构建模型方法
第一，运用数值分析法对模型参数进行确定。
通过构建相邻单元的网格联系确定相关参数，此方式主要应用于模型架构复杂、有较多运算步骤的情况下，常见的包括SHE 模型等；
第二，运用概念性水文模型推断单元网格中单独网格的净雨量，随后采用演算汇流的方式确定河流出口区域最终的面流量数据。
此方式主要应用于模型架构简单，运算步骤较少的情
况下，常见的包括SWAT 模型。
第三，合理的确定模型参数。
在分布式水文模型中，数据类型通常是数集形式，通过参数对河流区域的断面量进行展示，同时展示出气候环境的变化，常见的确定水文模型参数的方式
包括：利用概念性网格单元，在保证原模型架构参数不变的情况下，根据实际变换空间确定数据，以空间信息图为参考确定运算模式；利用重构网格单元的基本框架参数的形式，对模型空间、物理性质等进行重置，并使用简易数值进行运算；利用简单空间数值通过某种关系与原模型的具体数据参数相联系，综合上述两种方式，构建模型数值之间的统计联系关系，从而获取实际参数运算模式。
4.中小河流洪水预报预警关键技术的应用
4.1短时临近精细化雨量预报场技术
该技术基于多源信息融合的雨量实况场、雷达智能外推和GＲAPES-3 km 模式，通过最优融合技术构建逐分钟级精细化网格降水实况，并利用多尺度光流法技术进行分钟级临近降水预报，提供未来2 h 逐10 min全国精细化降水预报。
利用气象水文耦合技术，将降雨数值预报结果和洪水预报结果进行耦合，降雨预报精度提高了3%～5%，洪水预报的预见期从过去的1 d 延长到3 d。
该技术已经于2020 年4 月正式成为中国气象局精细化降水预报业务体系组成部分，并在汛期前正式落地国家级智能网格降水系统平台并投入业务应用，为突发性精细化降水的临近预报提供技术支撑。
4.2精细化网格预报与智能化预报技术
该技术通过精细化网格预报模型与智能化预报模型的形式集成到中小河流预
报预警与智能调度平台中，通过网格化流域预报，能够预报流域内任何一个地点
的流量及水位。
该平台基于微服务的架构支持众多水文预报模型、降雨预报模型、调度模型以及风险评估模型的集成，基于分布式计算提供精细化网格模型的快速
高效计算，以支持实时的水文预报。
集成了短临降雨预报、土壤含水量模型、流
域初始状态计算模型、快速预警模型、集合预报、智能调度、风险评估、应急处
置等功能，支持洪水预警、预报和风险防控，应用于中小流域洪水防控的完整业
务流程。
5.总结
受气候变化和人类活动的影响，我国中小河流洪水灾害频发且严重，已引起
各级政府和防汛部门的高度重视和社会的广泛关注。
中小河流洪水预报预警是防
洪减灾的重要非工程措施之一，已成为跨气象、水利与应急处置领域的主要灾害
风险防控科学问题。
深入践行防灾减灾新理念，要求中小河流洪水防控与应急管
理实现准确预报、及时预警、科学调度和有效处置。
目前，我国中小河流洪水预
报预警的时效性、预见期和精度尚不能完全满足新时期洪水防御减灾工作的要求。
立足我国现有技术条件，以水文监测代化建设为契机，补齐水文站网，增强监测
能力，提高洪水预报预警技术水平，确保中小河流发生洪水时能自动预报、实时
预警，为保证人民生命财产安全提供技术保障，十分必要且非常迫切。
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