基于气象水文耦合模型的洪水预报与洪水优化调度方法及应用研究

摘要

洪水预报是近代水文领域的重点研究领域，但因科学技术水平限制，气象水文环境又非常复杂，洪水预报存在一定的误差不可避免，且现有洪水预报模型并不能普遍适用所有流域。各流域需要根据自身的水文地质气象等条件选择相对合适的模型，有时单一模型不能满足水库调洪要求，则需耦合多种模型。但常规洪水预报模型基本存在预见期偏短等问题，不能完全满足洪水调度。利用气象预报信息和陆地水文模型耦合能延长洪水预报预见期。本文将针对上述问题主要进行五方面的探讨和研究:①研究如何方便利用降水预报图片，即如何从图片中计算出数值预报信息以供洪水预报使用;②选择合适的水文模型，并通过数据挖掘等方法制定适合本流域的洪水预报方案;③分析气象预报信息存在的误差并结合本流域实际洪水降水分布情况，使用释用的方法以减小气象预报信息误差;④利用气象水文耦合模型延长洪水预报预见期;⑤研究在洪水调度中如何应用洪水预报成果。
　　本文以桓仁流域为研究背景，具体工作和创新点如下:
　　(1)以能对各类降水预报图片进行数值化计算为目的，分析研究各类气象系统降水预报图片的特点，设计出一套算法并开发出计算程序和可视化界面。
　　(2)分析桓仁流域的水文地质气象环境，本文选择新安江产流模型和单位线汇流模型进行洪水预报，并通过数据挖掘技术制定出选择单位线的规则，具有较好的预报精度。
　　(3)选取了GFS降水预报信息作为气象预报信息的输入，同时分析了桓仁流域发生洪水时的降水分布特征，使用两种方法对GFS降水数值预报信息进行释用，在精度上取得了一定提高。
　　(4)利用释用后的GFS降水数值预报信息耦合洪水预报模型，采用2006～2010年洪水资料进行检验，合格率达到70％，能有效延长洪水预报预见期30～72个小时。
　　(5)在不同末水位限制的情况下，利用洪水预报成果结合动态规划方法制定出洪水预报优化调度方案，利用该调度方案对实际洪水过程进行优化调度。同时对调度方案进行实时修正，结果表明实时修正的方法能取得较好的调度效果，最后对2010年整个汛期洪水进行了模拟调度。
　　(6)最后对全文取得的研究成果和不足进行总结，对未来的研究方向展望。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 选题背景和研究意义

1．2 国内外相关研究现状及发展趋势

1．2．1 国内外研究概况

1．2．2 研究趋势

1．3 研究的主要内容

2 获取气象数值预报信息

2．1 引言

2．2 各国气象产品

2．3 对气象产品的数值化处理

2．3．1 图片分析

2．3．2 计算算法设计

2．3．3 读图程序设计

2．4 数值化处理软件

2．4．1 程序语言选择

2．4．2 软件开发

2．5 小结

3 利用数据挖掘技术改进原洪水预报方案

3．1 引言

3．2 背景资料

3．2．1 桓仁水库概况

3．2．2 流域水文气象特征

3．3 原洪水预报方案

3．3．1 新安江模型简介

3．3．2 产流模型

3．3．3 汇流模型

3．4 数据挖掘技术简介

3．4．1 决策树方法

3．4．2 主成分分析

3．5 原洪水预报方案的改进

3．5．1 选择单位线的影响因子

3．5．2 挖掘选择单位线规则的步骤

3．5．3 选择单位线规则

3．5．4 改进后洪水汇流预报方案的精度分析

3．5 小结

4 GFS数值预报信息与水文模型耦合的洪水预报

4．1 引言

4．2 GFS降水数值预报信息

4．3 天气预报的误差原因

4．4 GFS降水预报信息与洪水预报方案耦合

4．4．1 降水数值预报信息的释用方法

4．4．2 GFS降水数值预报信息的释用

4．4．3 释用后的降水预报信息在单位线选择规则中的可利用性分析

4．4．4 释用后的GFS降水数值预报信息的洪水预报结果分析

4．4．5 利用释用后GFS降水预报信息与实测降水信息的洪水预报结果对比

4．3 小结

5 洪水预报优化调度

5．1 引言

5．2 资料分析

5．3 洪水预报优化调度方法

5．4 耦合预报信息的洪水调度方案

5．4．1 末水位300m实时修正的洪水调度方案

5．4．2 末水位301．0m、302．0m、303．0m实时修正的洪水调度方案

5．4．3 模拟2010年洪水调度比较

5．5 洪水预报调度方案成果分析

5．6 小结

6 结论与展望

参考文献

附录A 末水位300m未实时修正和实时修正的洪水调度过程比较

附录B 末水位301m、302m、303m实时修正的洪水调度过程

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢