洪水预报模型组件化及应用_张刚
基于人工智能和大数据驱动的新一代水文模型及其在洪水预报预警中的应用
中国防汛抗旱CHINA FLOOD &DROUGHT MANAGEMENT May.2019NO.5VOL.292019年5月第5期第29卷洪涝灾害是我国最严重的自然灾害之一，中小流域洪水预报是防洪减灾最重要的非工程措施，山洪灾害防御的核心技术难点是小流域暴雨洪水计算问题，而无资料小流域产汇流非线性和参数区域化问题是小流域暴雨洪水计算的关键技术难题。
随着全国山洪灾害调查评价、水文实测、遥感遥测和高分辨率地形等构成的遥感水文大数据日益丰富，实现了遥感水文监测从点到面的转变，从静态到动态的拓展，为解决复杂水文现象问题，发展新型水文模型提供了全新途径；随着机器学习等人工智能技术的广泛应用，基于人工智能技术和大数据驱动新一代水文模型成为水文学研究的热点。
（1）大数据基础大数据基础。
2013—2015年，我国开展了全国山洪灾害调查评价工作，通过山洪灾害调查评价工作，在全国划分了53万个小流域并提取了75项小流域基础属性指标，建立了小流域及基础属性数据集；利用全国范围2.5m 分辨率遥感影像数据、土壤类型和土壤质地数据，构建了全国小流域下垫面属性数据集及土壤质地参数数据集；收集整理了全国700余个水文站的12000余场暴雨洪水实测数据和1949—2018年历史山洪灾害数据，为小流域暴雨洪水计算提供了丰富的历史数据和先验知识，也为机器学习提供了足够的样本。
水利部防洪抗旱减灾工程技术研究中心（中国水利水电科学研究院减灾中心）接入了气象部门共享的2170个气象站点的1min 和1h 全要素实时降水数据，5km 网格10min 、1h 实时降水数据产品，1km 网格10min 、1h 实时降水数据产品，24h 、48h 和72h 降水预报数据产品及10km 网格0～84h 数值预报产品等；2000个站1h 自动土壤水分观测站点数据、172个雷达站1km 的多普勒雷达PUP 数据和1km 网格的雷达拼图和卫星云图数据等，共享了水利部门55190个雨量站的实时雨量数据。
基于遥感大数据的红水河流域洪水预报技术
1项目背景历经了多年建设，红水河沿江各县已初步建立了山洪灾害防治非工程措施体系；依托广西已建预警预报系统，基本满足洪水预警预报的要求，防洪减灾社会效益显著，同时，红水河干流沿岸在洪水预警预报及调度对红水河流域山洪灾害防治调查评价成果应用提出了更高的要求。
如何将山洪灾害防治调查评价成果集成、挖掘分析和拓展应用，是红水河流域乃至整个广西水利事业面临的重大课题。
目前在洪水预报方面，红水河流域传统洪水预报模式是通过在水系流域埋设传感器，建设遥测站收集雨量及水文数据，并通过通讯系统把数据传回中心站进行分析处理，再根据分析结果进行洪水预报。
目前，流域洪水预报正朝着基于遥感大数据预报的方向发展，应用基于遥感大数据的理论方法，结合山洪灾害防治调查评价项目建设成果，完成红水河流域洪水预报模型的建立是项目研究的重点和难点。
2洪水预报技术为实现红水河流域山洪灾害防治调查评价成果集成、挖掘分析和拓展应用，在充分分析红水河流域洪水预报预警需求的基础上，提出了基于卫星遥感大数据的“天-空-地”三位一体的降水预报新技术；基于GIS 的成因推理产、汇流模型和BTOPMC分布式水文物理模型；以及集卫星遥感、航测、数字流域、数字气象及地理信息等新技术为一体的具有物理基础的分布式洪水预报系统；构建了基于遥感大数据的红水河流域“东方祥云”洪水预报模型。
成果成功应用至红水河流域山洪灾害防治调查评价成果集成、挖掘分析和拓展应用。
2.1技术方案2.1.1数据收集通过互联网在全球范围内收集气象云图、雷达、辐射等资料，高精度遥感影像数据、地理数据、历史水文资料等；根据用户提出的个性需求收集区域内社会经济数据、流域河道地形、水库及电站库容和发电能力、灌区作物种植等工程特性参数；建立与中国国家气象局、美国国家气象局、欧洲天气预报中心、日本气象厅的气象数据采集通道，其中0~2h 短临预报采用中国气象局公共气象服务中心的分钟级降水数据。
2.1.2数据分析数据自动或手动清洗，设计数据库统一数据格式和要求，根据DEM 数据生成精细化的全球水系图，根据地貌数据、土地利用数据、全球影像数据等自动分析对应区域的水文参数，分析利用历史灾害数据和历史水文数据校正水文参数，对降水预报成果，进行5km 2×5km 2的网格化处理。
玉符河流域分布式洪水预报模型及应用
玉符河流域分布式洪水预报模型及应用
张良艳;杨志勇;刘广;吴深;冯杰;阳眉剑
【期刊名称】《水资源与水工程学报》
【年(卷),期】2016(27)3
【摘要】玉符河是济南西南部防洪安全的主要威胁,高精度洪水预报是科学调度防洪工程、降低防洪风险的基础。
在分析暴雨洪水特征的基础上,识别了流域主要产汇流机制,结合地形、土壤、植被、水库/塘坝分布等下垫面信息,建立了玉符河流域分布式洪水预报模型;选用卧虎山水库2010-2013年4场典型洪水过程率定了模型参数,检验了模型精度;选择典型洪水过程,通过连续模拟结合滚动修正,预估了暴雨过程的流域初始条件,应用区域降水预报数据驱动模型预报流域洪水过程,结果表明模型在72 h预见期内具有较高精度,能够为水库防洪调度提供支撑。
【总页数】7页(P66-72)
【关键词】洪水预报;分布式水文模型;蓄满-超渗混合产流;玉符河流域
【作者】张良艳;杨志勇;刘广;吴深;冯杰;阳眉剑
【作者单位】河海大学水文水资源学院;中国水利水电科学研究院;济南市卧虎山水库管理处;流域水循环模拟与调控国家重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】P338.9
【相关文献】
1.洪水预报模型在济南玉符河流域中的应用 [J], 李健;吴深;鲁运波
2.分布式洪水预报模型在汾河流域的应用 [J], 孙甲岚;雷晓辉;殷峻暹;蒋云钟;李院生
3.基于中国洪水预报系统的流域水文模型在大盈江流域洪水预报中的研究应用 [J], 杨丽萍
4.分布式洪水预报模型在密云水库流域的应用 [J], 赵士鹏;廖卫红;雷晓辉;张大伟
5.半分布式新安江模型在石家庄西部山区小流域洪水预报中的应用 [J], 刘郁
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中间件技术在多模型洪水预报WEB中的应用
2005年3月SHUILI XUEBAO第36卷第3期文章编号: 0559-9350(2005)03-0350-05中间件技术在多模型洪水预报WEB中的应用蔡阳1，汪妮2，张永进2，解建仓2(1.水利部水利信息中心，北京 100053；2.西安理工大学水利水电学院，陕西西安 710048)摘要：利用中间件技术实现网络环境下的防汛决策应用是目前防汛业务的一个新方向。
按照J2EE标准，以中间件技术的应用框架为基础，在MVC软件设计模式的指导下建立了面向Web的洪水预报系统，以期提高软件的可扩展性、可维护性和代码复用率。
本文以可拆分子模块的新安江模型和不可拆分子模块的水箱模型为代表，探讨了对于子模块、模型的标准组件及组件库的开发，初步尝试了搭建组件模型及应用方案的过程。
最后以一个小流域的实测资料为例，对多模型洪水预报过程以及预报结果对比进行了应用测试。
关键词：中间件技术；框架；MVC设计模式；洪水预报系统；新安江模型；水箱模型；模型组件；组件库中图分类号：TV212.4 文献标识码：A流域水文模型是用数学方法描述和模拟水文循环的过程，是对水文循环规律研究的重要结果之一。
20世纪60～70年代伴随着计算机技术和系统理论的发展，涌现出大量的流域水文模型，但预报系统常常针对某个具体的水文模型来开发。
由于模型的适用性不同，单个水文模型的应用并不利于洪水预报决策。
本文引入框架理论、组件技术及MVC(Model-View-Controller)设计模式，以期在Web环境下开发具有伸缩性、易于扩展、便于对流程进行维护的洪水预报模型系统，从而体现该应用系统在共享、重用、集成和扩展等方面的优势。
1 中间件技术通常认为中间件是一种介于操作系统与应用系统之间的独立的系统软件或服务程序，这些软件具有标准的接口和协议，针对不同的操作系统和硬件平台，可以有符合接口和协议规范的多种实现，分布式应用借助它在不同的技术之间共享应用、协同工作。
基于水文水动力学耦合的洪水预报模型研究及应用
基于水文水动力学耦合的洪水预报模型研究及应用作者：杨甜甜梁国华何斌李莹芹来源：《南水北调与水利科技》2017年第01期摘要：为了提高下垫面变化剧烈流域的洪水预报精度，在传统流域水文模型的基础上耦合水动力学模型，建立水文水动力耦合洪水预报模型。
首先利用水文模型获得某一断面的流量过程作为水动力学模型的边界条件；之后利用一维水动力学模型进行河道洪水演进计算，推求流域出口断面的流量过程；最后以烟台市外夹河流域为例进行验证。
结果表明，所建水文水动力耦合模型模拟的产流合格率较高，流量过程与实测值吻合，在一定程度上弥补了集总式水文模型不能考虑河道内复杂水流运动的不足，因此对具有复杂水文、水力条件的流域的洪水预报具有重要的指导意义。
关键词：大伙房流域模型；一维水动力学模型；水文水动力学耦合模型；洪水预报中图分类号：TV122；P338文献标志码：A文章编号：1672-1683（2017）01-0072-07Abstract：In order to improve the accuracy of flood forecasting in basins with dramatic changes in the base course，this paper proposes a coupled hydrological-hydrodynamic flood forecasting model which couples the traditional hydrological model with the one-dimensional hydrodynamic model.First，the flow process of a section was obtained by the hydrological model and was used as the boundary condition of the one-dimensional hydrodynamic model.Then the one-dimensional hydrodynamic model was applied to simulate the flood routing in the river channel.The proposed method was tested on the Waijia River basin in Yantai City，China.The results indicate that the coupled model can simulate runoff yield with a high qualification rate，and generate flow processes that tally with the measured values.It can be concluded that this coupled hydrological-hydrodynamic model may make a significant contribution to flood forecasting in basins with complex hydrologic and hydraulic conditions thanks to its ability to model water movement in the basin.Key words：DHF model；one-dimensional hydrodynamic model；coupled hydrological-hydrodynamic model；flood forecasting流域洪水预报作为洪水调度的基础，是防洪减灾的一项重要的非工程措施。
基于AI的洪涝过程快速模拟预报方法及应用
基于AI的洪涝过程快速模拟预报方法及应用
侯精明;潘鑫鑫;陈光照
【期刊名称】《中国防汛抗旱》
【年(卷),期】2024(34)2
【摘要】针对洪涝预报对时效性较高的技术需求,基于AI技术,结合基于物理过程的水文水动力模型,通过对典型暴雨和洪涝过程进行学习训练,形成可快速预报洪涝过程的AI方法。
首先构建研究区域洪涝过程的水文水动力数值模型;其次使用水文水动力模型模拟计算不同降雨下的洪涝过程,形成成果库;再次使用不同类型的AI学习方法,对降雨主要特征要素和洪涝过程的相关关系进行机器学习,并验证该学习方法的可靠性,形成该研究区域洪涝过程的快速模拟预报机器学习模型;最后输入预报降雨值,应用机器学习模型快速预报洪涝过程。
分城市内涝和流域洪水两种洪涝类型进行了方法介绍和应用展示。
表明所构建的AI模型可在相似精度的基础上,较物理过程模型提速300~400倍。
【总页数】7页(P1-7)
【作者】侯精明;潘鑫鑫;陈光照
【作者单位】西安理工大学省部共建西北旱区生态水利国家重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TU998.4;TP183;TV122
【相关文献】
1.暴雨预报的物理因子统计模型在‘94夏季洪涝过程分析预报中的应用
2.基于人工神经网络的洪涝预报方法研究
3.基于WCA2D与SWMM模型的城市暴雨洪涝快速模拟
4.基于机器学习快速预报模型的城市洪涝预报预警系统研究及应用
5.洪涝过程模拟及三维实景展示方法研究
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科技成果——基于网格化的大数据洪水预报系统
科技成果——基于网格化的大数据洪水预报系统
技术开发单位
北京艾力泰尔信息技术股份有限公司
成果简介
基于网格化的大数据洪水预报系统采用适合区域水文气象特征的分布式水文模型，实现流域断面水位、流量预报。
并发展了大数据驱动的产汇流模拟理论，创新了产汇流参数、地理规律分析方法及创新了大数据支撑下新安江模型系列，增强了其理论基础，建立了大数据驱动的智能型实时预报水文模型系列、创新了大数据驱动的洪水预报和实时校正方法，开发出云计算洪水预报平台。
主要性能指标
（1）10秒内实现地面站数据的处理，得到小流域的相关数据参数。
（2）实现以10分钟（30分钟/60分钟）为降雨径流过程模拟时间步长的实时连续计算。
（3）平移和缩放速度小于0.3秒，多图形包含、重叠、相交计算小于3秒，数据名称查询、定位查询速度小于1秒，客户端响应时间小于3秒。
适用范围
该系统应用在对大江大河、小流域等洪水预报中，在水利行业、农业方面广泛应用。
科技成果——洪水实时模拟与洪灾动态评估技术
科技成果——洪水实时模拟与洪灾动态评估技术对应需求洪水预报预警与防洪调度技术成果简介该成果包括洪水风险模拟分析软件和洪涝实时分析及动态展示平台，基于一维、二维耦合水动力模型，并结合GPU并行计算技术实现了洪水高速模拟；基于GIS和三维渲染技术，实现洪水演进及淹没过程的直观化、形象化展示以及洪灾损失精细化评估。
解决了高精度建模下流域尺度洪水实时模拟难题，提高了洪灾实时预报预警和应急决策能力。
适用于河流洪水、城市暴雨内涝洪水、堤坝溃决（漫溢）洪水等不同类型洪水模拟与风险评估。
技术特点该成果模型适用范围广、计算速度快、稳定性强，建立的洪水实时模拟与洪灾动态评估技术体系，可根据当前水、雨、工情进行洪水实时预警。
1、对任意初始场，复杂感潮河网模型可在1个潮周期内快速收敛。
2、珠江河口风暴潮潮位模拟误差小于10厘米。
3、面积1500平方千米、30万网格区域15天溃（漫）堤洪水演进过程模拟耗时小于15分钟，比主流商业软件计算速度快5-30倍。
4、洪水风险区海量建筑群地物建模精度优于5厘米。
5、30万网格洪水淹没数据像素级渲染耗时小于1秒。
技术水平发明专利3项，软件著作权3项，中国大坝工程学会科技进步奖一等奖1项，中国测绘地理信息学会测绘科技进步奖二等奖1项。
应用情况该成果在珠江防总应用，集洪水滚动预报-实时模拟-洪灾精细化评估-动态展示于一体，可以根据当前的水情、雨情、工情设置接近实际情况的洪水分析方案，并借助GPU高性能计算手段，实现洪水淹没和洪灾评估的实时计算分析，为防汛部门提供更为接近实际情况的洪水风险图；在松辽委防汛抗旱办公室应用，实现了松干左岸二肇大堤和松干右岸拉林河口至哈尔滨大堤防洪保护区洪水在线快速计算、洪水演进高速渲染等功能，实现了任意水文及溃口条件下洪水演进实时计算与动态展示等功能，在防汛应急决策中取得了较好的实际效果，可提高相关决策的科学性。
已在珠委、松辽委及广东、广西、海南、湖北等流域及省（区）防汛主管部门的洪灾预报预警工作中得到应用。