基于遗传-神经网络的电网流域面雨量预报方法研究

以重点水力发电厂和大中型水库为主要考量,并兼顾地形地貌和中小河流的分布特征,将广西划分为23个电网流域,研究了基于非线性的神经网络电网流域面雨量预报方法。以5-6月龙滩近库区、龙江流域等6个电网流域为例,利用遗传算法优化BP神经网络的连接权和网络结构,建立了各电网流域的遗传-神经网络电网流域面雨量预报模型。对独立样本的预报结果表明,基于遗传-神经网络的电网流域面雨量预报模型的预报能力要优于传统的逐步回归预报模型,也明显优于日本、德国数值模式预报产品所换算成的电网流域面雨量预报,并与气象部门同期制作的综合面雨量预报产品能力相当,因而,遗传-神经网络面雨量集合预报模型有较好的业务应用前景。     

陕南中小河流洪水气象统计预报模型业务化研究与应用

在确定中小河流选取标准及其洪水气象预报等级的基础上,面向中小河流洪水气象预报业务的需求提出一种统计预报方法,即根据雷达定量降水估测的流域面雨量、前期影响雨量方法确定流域的径流深,综合考虑中小河流的前1 d水位、径流深、当日水位,利用2013-2014年的6-9月陕南中小河流的水文观测站逐日水位、流域内自动气象站降雨量、雷达回波资料,建立以水位预报为目标的二元回归方程。以子午河为例建立的洪水气象预报方程和其他中小河流在2015年汛期的业务应用结果表明:该统计方法建立的洪水气象预报方程和实际情况较为吻合,能较为准确、简洁地预报中小河流发生洪水的气象可能性等级。     

信息矩阵方法在面雨量预报集成中的应用

对多种数值天气预报降水产品进行集成应用,是克服单一预报模式缺点、提高预报准确率的有效途径。任何预报集成方法其本质是建立输入-输出关系,在数学上可以用函数关系表达。给出了用信息矩阵识别这种函数关系的方法,并以面雨量预报为例建立了集成方案。利用欧洲中期天气预报中心(ECMWF)、日本气象厅(JMA)两种数值模式降水预报产品分别计算输出了淮河流域面雨量预报产品。利用地面观测雨量资料,采用泰森多边形法计算流域面雨量实况。将2011年6-8月ECMWF、JMA面雨量预报产品和面雨量实况资料作为学习样本,构建了模糊关系矩阵。利用2012年6-8月ECMWF、JMA两种数值模式面雨量预报产品进行了集成预报试验。采用降水分级检验评分(TS)方法,对比分析了ECMWF、JMA以及集成预报(CFCST)的预报性能。结果表明:基于信息矩阵方法的面雨量集成预报性能总体上高于单个预报成员。     

大别山区山洪灾害预警模型的建立与应用

根据近年来大别山地区高密度雨量站资料,利用GIS技术形成的更为精细的栅格点坡度和高度数据,得出雨量与山区坡度和高度的具体关系,并由此推算出两个子流域发生山洪灾害的雨量阈值;实时通过数据服务器获取前期逐时雨量资料,形成24 h和6 h雨量,根据雨量关系式求算面雨量,与山洪灾害雨量阈值进行比较,给出是否发生山洪灾害的预警信息;及时发布预警信息,将山洪灾害的预警信息在淮河流域气象中心进行实际应用。     

桂林地区短时暴雨自动监测预警系统研究

通过制作混合扫描面,调整Z-I关系和自动站雨量校准等方法对多普勒天气雷达估测降水进行了优化,使雷达估测降水误差明显减小。运用交叉相关法、降水算法对雷达反射率因子进行计算,得到了未来1～2 h的定量预测降水。按照暴雨预警信号标准,将估测降水与预测降水累加,可及时获得暴雨预警信号信息,自动生成暴雨预警信号等级分布图,对达到预警信号标准的站点及时通过手机发布暴雨预警信号提示信息。结合多层次地理信息系统,形成了集自动站资料查询、雷达降水监测、临近预测、暴雨预警功能为一体的桂林雷达定量降水监测预警平台,为有效监测预警暴雨引发的山体滑坡、洪涝等气象灾害提供了客观定量依据。     

基于FFPI的山洪灾害风险预警方法

提供了一种基于潜在风险指数(FFPI)的山洪灾害风险预警技术的研究方法,该方法首先基于坡度、土地类型、植被覆盖、土地利用等因子构建了全国1 km的山洪灾害潜在风险指数,通过山洪灾害事件的验证,FFPI高值区覆盖了大部分的山洪灾害事件发生区域,其对山洪灾害的空间预测有较好的精度和可参考性;其次,结合山洪潜在风险指数(FFPI)建立了全国5 km的格点化山洪致灾临界雨量,这为无资料区域山洪临界雨量的确定提供了新的思路;最后,以网格降水预报为前端驱动,实现了全国高精度的山洪灾害风险预报,并对近几年的山洪灾害事件实例进行了预报验证,具有较好的可参考价值。     

基于空间插值与典型滑坡体的滑坡灾害气象预警模型研究

针对以往研究大多仅利用统计方法确定地质灾害预警临界雨量阈值,难以顾及不同滑坡体所具有地层、岩性等条件的不足,利用改进信息量模型构建安徽省滑坡灾害预警分区,通过耦合有效雨量和临界雨量获得全省75个典型滑坡点的临界雨量阈值,对其进行分区空间插值,并据此构建安徽省滑坡灾害气象预警模型。研究结果表明,该模型比现有预警模型的预警级别更准确,空间精度更高,克服了现有模型预警级别偏低,预报范围较宽泛的不足。     

福建省主要流域的暴雨洪涝特征

利用1989-1999年近11年的水文、气象资料分析了福建省6个主要流域主控站水位与降水量的关系和洪涝的时间变化规律,进而分析了暴雨致洪的特征,结果表明:(1)福建省6个主要流域洪峰水位与上游有关气象站前期平均总降水量相关显著,暴雨是福建省洪涝发生的主要原因;(2)根据闽江(竹歧站)、九龙江(浦南)、交溪(白塔)、木兰溪(濑溪)4个站的达警戒水位或危险水位的降水指标,可利用暴雨预报作为洪涝预警预测的依据。(3)上世纪80年代后,洪水的高低变化有增大的趋势,应进一步完善抗洪防洪预警系统,提高抗洪防洪的应变能力。     

秦巴山区浅表层滑坡灾害监测预警平台设计与实现

针对秦巴山区滑坡灾害监测预警难以满足动态性与实时性等难题,该文基于大数据与云计算等相关技术,采用GIS软件二次开发技术,构建了适用于秦巴山区的滑坡灾害监测预警平台。平台融合TypeScript、Java、Python等编程语言,集成ArcGIS API for JavaScript、ArcPy等组件,在Spring Cloud技术框架下采用基于微服务的B/S架构模式搭建而成,实现了对滑坡监测数据的统一管理,并基于预警模型对区域-流域-灾害点等不同尺度的滑坡进行快速预警预报。最后以秦巴山区某日降雨条件下滑坡发生概率验证平台的可行性。结果表明：秦巴山区滑坡灾害监测预警平台技术路线合理,实现了滑坡灾害风险的快速预警预报,且准确率较高。该平台将有助于提高秦巴山区滑坡监测预警信息化水平,为防灾减灾工作提供技术支撑。     

西江年最高水位的神经网络预报模型

对西江洪水发生的特征进行分析表明，洪水发生频率高，具有明显阶段性特征，并与流域面雨量密切相关。利用前期环流场、海表温度（SST）场及环流特征量资料选择初选预报因子，然后对初选预报因子作EOF分解构造综合预报因子，结合人工神经网络方法建立了西江年最高水位预报模型，并对预报模型进行独立样本试验。结果表明，该预报模型对历史样本拟合精度高，试报效果明显好于传统的逐步回归模型，可在汛期预测业务中应用。     

基于GIS的地质灾害风险预警系统设计

利用GIS软件的二次开发技术,应用基于风险评价的预警方法建立地质灾害预警模型,设计地质灾害风险预警系统,在Visual Studio 2012.NET的开发环境下,以C#作为开发语言,并结合ArcGIS Engine研发.最后以通化县作为研究区域,验证此系统的可行性,结果表明该系统实现了地质灾害风险预警预报,具有较高的...     

磨盘山水库流域集水期降水等级预报

利用2004年7—9月和2005年4—9月的磨盘山流域雨量站逐日降水资料和ECMWF24～168h的格点资料，并依据最小离度相似原理，进行相似离度过滤，通过从历史样本中选出与预报形势演变场最相似的样本，可以对磨盘山库区未来1—7d的面雨量等级进行预报，并具有较满意的精度。     

汶川地震灾区震后泥石流激发雨量研究

降雨作为泥石流的触发因素,常用于泥石流的预警预报,一个地区泥石流发生与否与前期有效累积降雨量和激发雨量相关密切。在对汶川地震灾区已发泥石流灾害的18个泥石流案例的1 h激发雨量与流域面积、沟谷长度、松散物质储量、岩石类型、地震动峰值加速度、土地利用类型以及泥石流沟的坡度等影响泥石流活跃性的因子进行主成分分析基础上,选取了6个主成分对泥石流1 h雨量激发系数进行拟合,得出了1 h激发雨量的计算方法。并讨论了该方法在地震灾区的适用性,可为地震灾区泥石流灾害的预警预报提供参考。     

基于历史灾害情景再现的小流域山洪风险研究

山洪灾害威胁着山丘区人民的生命财产安全。随着我国城镇化进程的加快,山区土地类型和环境状况都在发生变化,也影响了山洪灾害风险。以粤西马贵河流域为例,基于HEC-HMS水文模型与Flo-2d水动力模型耦合的数值模拟结果进行了危险性评估,以土地利用类型等级划分表示承灾体易损性,完成了历史灾害再现下流域内三个不同区块2009年和2019年下垫面情景的山洪灾害风险评估,探究不同垫面情景风险差异及其原因。结果表明:流域不同流段,灾害风险水平有明显差异;在经历特大山洪灾害十年后,马贵河流域总体风险水平仍然有增加趋势;城镇化进程中建设用地向山洪危险区扩张,是风险增加的主要原因。     

地质灾害预警预报及信息管理系统应用研究

根据调查,江西省地质灾害的诱发因素主要是降雨,因此,通过总结前人关于地质灾害预报预警的研究,提出了一套应用降雨资料对地质灾害进行预报预警的预警流程,并建立预警及信息管理系统。该系统采用空间数据库引擎技术管理海量滑坡、地质、地貌、降雨等数据及地质灾害的文档等资料。系统基于WebGIS技术,实现了地质灾害预报预警图的发布、信息查询、空间定位、空间叠加和地质灾害预警预报信息反馈等功能。     

极端降水事件下广西流域洪涝社会经济暴露度分析

利用广西90个气象站56年降水过程资料,采用百位数法确定12 h、24 h极端降水事件阈值,结合地理信息数据,构建广西12 h、24 h极端降水空间模型,获得了广西12 h、24 h极端降水事件空间分布图;利用DMSP/OLS夜间灯光、遥感本底、社会经济统计等多源数据,采用多元线性回归方法,构建像元尺度的广西社会经济空间模型,在此基础上,采用GIS技术,构建不同时段极端降水事件下广西流域洪涝社会经济暴露度模型,获得了100 m×100 m网格的广西12 h、24 h极端降水事件下洪涝人口和GDP暴露度空间分布图。结果表明:不同时段极端降水事件下广西流域洪涝社会经济暴露度具有明显的时空变异特征,12 h事件下,广西流域洪涝社会经济高暴露度分布在降水量为100~250 mm范围内的南流江、郁江、柳江、浔江、红水河、右江、桂江等流域;24 h事件下,广西流域洪涝社会经济高暴露度分布在降水量为100~300 mm范围内的南流江、郁江、柳江、浔江、红水河等流域。     

下垫面条件对流域极端事件影响及综合应对框架

在剖析下垫面条件变化对流域极端水文事件演变影响的基础上,构建了流域极端水文事件综合应对技术框架,并阐述其中的关键研究命题。结果表明,自然植被条件能够提高流域干旱之前土壤含水量并降低干旱过程中土壤蒸发速率,在一定程度上起到减缓干旱的强度和持续时间的作用;水利工程通过调节流域水资源的时空分布,增加可利用水资源量,能够缓解甚至规避流域干旱事件,但同时可能加剧坝址下游地区的干旱程度。自然植被条件将延长降水坡面产-汇流历时、降低洪峰流量,对极端降水洪涝事件具有一定的消减作用;此外,流域水土保持和修建水利工程等下垫面条件改变有利于河道行洪过程,能够起到缓解洪涝事件的作用。基于下垫面条件变化的流域极端水文事件综合应对技术框架包括旱涝事件监测、机理识别、影响评价和综合应对四个方面的内容,其中的关键研究命题主要为下垫面条件变化对流域极端水文事件影响的定量评估、面向流域极端水文事件合理的水土资源配置及其集成管理等。     

自然灾害综合监测预警系统建设研究

建设自然灾害监测预警系统是防范灾害风险的重要手段。在综合调研国内外自然灾害监测预警系统建设进展基础上,从我国自然灾害监测预警信息化工程建设现状及国际发展趋势出发,开展系统建设关键要素分析,提出以人为本、协调机制、监测预警技术、信息传播和沟通策略、风险意识、响应能力六大关键要素。基于提升风险分析、综合决策、预警信息发布、指挥调度、应急处置的五大业务能力需求,提出信息技术和应急业务深度融合的建设模式,采用感知网络、基础设施、数据服务、业务支撑、综合应用的分层架构设计,贯穿灾前风险监测、预警、应急响应全过程,构建重大风险全覆盖的多层级自然灾害监测预警体系,以提高风险早期识别、多灾种综合监测、预警预报和应急处置能力,有效防范化解灾害风险。     

基于水文模型与统计方法的中小河流致洪临界雨量分析

以东津河为例,基于典型洪水过程的气象水文逐时观测资料,采用统计方法和水文模型建立了中小河流致洪临界雨量的分析方法流程,并进行了指标对比和效果检验。结果表明,东津河水位随雨量的变化与雨量累计时效明显相关,根据滑动累计相关分析结果确定16小时为临界雨量时效。通过回归分析建立了水位与累计面雨量的二次曲线关系,结合各等级洪水水位反算了对应不同前期水位的致洪临界雨量指标。与此同时,对TOPMODEL进行了模型率定和验证,经过率定后的TOPMODEL在东津河具备良好的适用性。基于水文模型和洪水水位-流量关系,采用试算法得到了另一套临界雨量指标。两种指标中,水文模型法相对而言更为敏感;实况检验表明,两种指标对洪水过程均有较好的指示意义,但预警等级与实况存在一定差异,统计方法倾向于低估,而水文模型指标则可能高估,综合两种指标在实际使用中应具有更好的预警效果。     

我国山洪灾害监测现状与发展趋势

山洪灾害包括山洪及由山洪诱发的滑坡、泥石流,常常造成巨大的经济损失和人员伤亡。目前,监测作为最主要的非工程手段已广泛运用于山洪灾害防治工作中,为预警提供了直接依据。该文首先评价了监测预警实施效果,然后从监测要素、临界雨量、监测设备与台站系统和相关法律法规4个方面详细评述了山洪灾害监测现状与主要进展,总结出监测当存在监测系统寿命与灾害频率不匹配、临界雨量选取困难、监测要素和设备有限3个问题。最后提出当前山洪灾害监测的发展趋势为多要素立体化监测及新技术的融合运用、布设适应流域水文特点的站点、建立山洪灾害监测预警标准化体系。