融合多源遙感降水信息的流域暴雨洪水預(yù)報(bào)方法研究

本項(xiàng)目借鑒國(guó)際暴雨洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)發(fā)展歷程中的有關(guān)經(jīng)驗(yàn)，在我國(guó)水文氣象發(fā)展的現(xiàn)實(shí)條件下解決短期暴雨預(yù)報(bào)和分布式水文預(yù)報(bào)耦合模型中的某些關(guān)鍵技術(shù)，結(jié)合湖北省白蓮河流域和漳河流域，通過(guò)采用自記憶理論改進(jìn)后的卡爾曼濾波數(shù)據(jù)同化技術(shù)，充分利用天氣雷達(dá)、TRMM衛(wèi)星和地面雨量計(jì)等多源降水信息，探討采用綜合概率法、統(tǒng)計(jì)權(quán)重方法、主特征提取法等方法融合集成多源降水信息的方法，建立短期暴雨預(yù)報(bào)和分布式水文預(yù)報(bào)耦合模型，并在試驗(yàn)流域開(kāi)展應(yīng)用研究。探討我國(guó)短期水文氣象預(yù)報(bào)發(fā)展新思路，開(kāi)辟水文預(yù)報(bào)研究中充分應(yīng)用遙感信息的途徑，改變目前水文模型中洪水預(yù)見(jiàn)期內(nèi)降雨估計(jì)的落后方式，由此延長(zhǎng)洪水預(yù)見(jiàn)期、提高預(yù)報(bào)精度，改善洪水預(yù)報(bào)效果，推動(dòng)水文氣象交叉領(lǐng)域的發(fā)展，從而促進(jìn)我國(guó)洪水預(yù)報(bào)服務(wù)水平的逐步提升，為達(dá)到減輕我國(guó)洪水造成的災(zāi)害和損失的最終目標(biāo)而努力。 2100433B

暴雨洪水預(yù)報(bào)2.1洪水預(yù)報(bào)原理

當(dāng)暴雨降落在流域內(nèi)以后、河道里迅速匯集大量的徑流, 形成洪水波并沿河道自上游向下游傳播, 相應(yīng)水位(流量)預(yù)報(bào)法和河道洪水演算法就是根據(jù)天然河道里洪水波運(yùn)動(dòng)原理, 分析洪水波在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中引起水位漲落變化及其傳播速度的變化規(guī)律, 尋求其經(jīng)驗(yàn)關(guān)系或者簡(jiǎn)化某些條件進(jìn)行求解來(lái)作預(yù)報(bào), 這類方法比較簡(jiǎn)便, 預(yù)報(bào)精度也較高,但預(yù)見(jiàn)期較短。 另外, 還可直接根據(jù)暴雨量及其在時(shí)間空間的分布情況來(lái)預(yù)報(bào)洪水, 它包括流域內(nèi)一次暴雨將產(chǎn)生多少洪水徑流量, 以及這些徑流量如何匯集而形成的出口斷面徑流過(guò)程。前者稱降雨產(chǎn)流量預(yù)報(bào),后者稱流域匯流計(jì)算 。

暴雨洪水預(yù)報(bào)2.2暴雨洪水預(yù)報(bào)方法的發(fā)展

20世紀(jì)50年代, 廣泛采用的降雨徑流相關(guān)圖,就是在分析暴雨徑流形成規(guī)律基礎(chǔ)上,用統(tǒng)計(jì)相關(guān)的方法所建立起來(lái)的一種預(yù)報(bào)產(chǎn)流量的相關(guān)圖, 是非線性多元回歸的圖解分析法。 20世紀(jì)60年代以后, 隨著對(duì)降雨滲入土壤過(guò)程(即下滲)、 壤中流運(yùn)動(dòng)等研究工作的進(jìn)展, 以建立下滲數(shù)學(xué)表達(dá)式為主要內(nèi)容的流域產(chǎn)流模型, 已成為產(chǎn)流量分析的新興方法。 流域匯流預(yù)報(bào)主要是分析河網(wǎng)洪水波傳播及調(diào)節(jié)特性, 常用的預(yù)報(bào)方法是以匯流理論為基礎(chǔ)的匯流曲線, 如單位線、 瞬時(shí)單位線、 等流時(shí)線法等等。 隨著電子計(jì)算技術(shù)的發(fā)展, 流域水文模型已得到廣泛的研究和應(yīng)用, 為了增長(zhǎng)暴雨洪水預(yù)報(bào)的預(yù)見(jiàn)期, 中國(guó)一些地區(qū)采用水文氣象法作預(yù)報(bào)。 即從分析形成暴雨的大氣環(huán)流形勢(shì)及其它天氣氣候要素入手,預(yù)報(bào)出暴雨,再據(jù)以預(yù)報(bào)洪水。 這種方法的關(guān)鍵在于暴雨預(yù)報(bào)的精度, 目前主要提供水庫(kù)調(diào)度運(yùn)用及研究防洪措施決策(如分洪)時(shí)參考 。

近年來(lái)， 水文、氣象和信息技術(shù)均有較大發(fā)展。氣象方面，氣象衛(wèi)星、天氣雷達(dá)等遙感技術(shù)的應(yīng)用， 極大地豐富了氣象信息的獲取能力和信息量， 中尺度數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模式更是取得了令人矚目的成績(jī)， 這些新技術(shù)均可以進(jìn)行柵格處理， 取得量化的格點(diǎn)數(shù)據(jù)， 為暴雨預(yù)報(bào)和洪水預(yù)報(bào)的有機(jī)結(jié)合奠定了良好的基礎(chǔ)。洪水預(yù)報(bào)方面， 隨著3S 技術(shù)的廣泛應(yīng)用， 數(shù)字高程模型已在流域河網(wǎng)生成等方面得到較多的應(yīng)用。利用數(shù)字高程模型， 流域地形、分水嶺、河網(wǎng)、子流域的表達(dá)及集水面積的計(jì)算完全能用數(shù)字化技術(shù)實(shí)現(xiàn)， 在此基礎(chǔ)上， 以具有空間分布特征的水文參數(shù)和變量來(lái)描述流域水文時(shí)空變化特性的、以柵格數(shù)據(jù)為輸入、輸出的分布式水文模型的研究和應(yīng)用技術(shù)已趨成熟， 目前已進(jìn)入實(shí)用階段， 能夠直接計(jì)算出口流量過(guò)程， 使暴雨預(yù)報(bào)和洪水預(yù)報(bào)耦合成為可能。

研究建立從多源遙感影像（包括雷達(dá)影像和光學(xué)影像）提取不透水層分布信息的理論模型；基于建立的模型，開(kāi)展利用多源遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行城市不透水層亞像元分布（ISP）估算的方法研究；研究基于ISP估算的城市土地利用/覆蓋變化檢測(cè)新方法。本研究將為與不透水層分布相關(guān)的城市環(huán)境研究提供急需和必要的技術(shù)手段支持，促進(jìn)該類研究的發(fā)展；同時(shí)將進(jìn)一步擴(kuò)展雷達(dá)遙感的應(yīng)用領(lǐng)域，提高雷達(dá)遙感定量化的研究水平和解決實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題的能力。