它山之石可以攻玉,创新缺资料流域水文模拟预报理论与技术

发布时间:2022-11-18浏览次数:338

缺资料流域水文模拟预报不仅是国际水科学领域的前沿命题,更是我国防洪减灾的重大需求。我国西部地区和东部山区的地面观测匮乏,严重制约了这些地区的洪水预报精度和水资源利用效率,导致重大人员伤亡和经济损失。据统计,1950~2020年,我国洪涝灾害死亡人数为28.4万,其中缺资料山区死亡人数19.7万,占比高达69.4%。缺资料流域水文预报预警成为我国各大流域机构防洪减灾中的突出难点,亟待开展理论研究与技术攻关。

河海大学水文水资源学院雍斌、江善虎、任立良、刘金涛等人以创新缺资料流域水文模拟预报的理论与技术体系为目标,联合南瑞集团有限公司、国网电力科学研究院有限公司、水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院、黄河水利委员会水文局、水利部海河水利委员会水文局,在多项国家和部委科研项目持续支持下,紧扣理论创新、技术突破、系统应用主线,围绕新一代多源降水信息融合与同化、山坡蓄量动力学与水文相似区划、缺资料流域全流程智能化水文预报平台等关键问题开展创新研究,形成了缺资料流域水文模拟预报的理论与技术体系,为我国新时期构建具有预报、预警、预演、预案功能的中小河流防洪减灾体系提供了重要科技支撑。相关成果获得2022年度大禹水利科学技术奖一等奖。

1突破了新一代多源降水信息融合与同化的技术难题。探明了缺资料山区多卫星反演降水精度的主控因子,创建了不同资料缺损状况下的多源(卫星/雷达/站点/预报模式)降水融合与同化新技术,提出了多源降水驱动多模型的贝叶斯集合概率预报新方法,攻克了缺资料流域高时空分辨率雨量场动态构建与优化集成的难题。

1新一代多源降水融合与同化的技术流程

2创新了山坡蓄量动力学理论与水文相似区划方法。创建了基于高斯函数的山坡蓄量动力波方程,定量解析了山坡关键带结构与蓄泄响应的函数关系,发展了驱动力-结构-水动力的三要素水文相似理论,提出了我国陆地水文气候区划方案,建立了自然地理特征与水文响应精准映射的流域水文相似分区,实现了缺资料流域的参数化移植。

2 (a)山坡水文连通方式;(b)山坡蓄量动力波方程;(c)水文气候分区;(d)逐步聚类水文相似分区

3研发了缺资料流域全流程智能化水文预报平台。构建了不同时空尺度上组合蓄满与超渗两种产流机制的新一代分布式新安江模型等系列水文模型,研制了标准化通用模型接口,创新了适用于不同水文气候分区的多模型/多方案智能组合技术,创建了水文模型与GIS双对象共享结构的数字流域系统,研发了应用于缺资料地区的全流程智能化水文预报平台,预报精度总体提高4.3%~9.5%、预见期延长1~5天。

经历水文水资源学院老中青几代人16多年来的不断创新与实践,缺资料流域的水文模拟预报相关成果已成功应用于水利部中小河流洪水预报预警业务系统,适用于我国不同流域自然地理特征的水文模型和预报方法编入《水文情报预报规范》(国家标准GB/T 22482-2008),并在长江、黄河、海河、淮河等流域以及四川、云南、青海、新疆、黑龙江、湖南、江西、福建、山东等省的200多个缺资料中小河流洪水预报预警中得到体系化应用,洪水预报精度总体提高4.3%~9.5%、预见期延长1~5天;同时为我国30多个流域梯级水库的来水预报和大中型水电站的精细化水调业务提供重要技术支撑,在长江三峡梯级六库、黄河源区、雅砻江、澜沧江上游、东北松花江、新疆伊犁河等地效益显著,增发电量41.1亿千瓦时/年、直接经济效益超过5.5亿元/年。创建的无资料流域洪水预报方法入选IAHS主席Günter Blöschl教授主编的PUB总结性专著《Runoff Prediction in Ungauged Basins》,研发的新一代分布式新安江模型入选世界著名水文模型专著《Watershed Models》,成果集中体现了我国科研团队对国际水文十年科学计划PUB的贡献。综上所述,研究成果取得了显著的社会经济效益和国际学术影响。



供稿:鲁程鹏  编辑:刘庆  审核:杨涛

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