中山大学自然灾害研究中心  
Sun Yat-Sen University
Natural Disaster Research Center
 
line decor
line decor

流溪河模型

雷达降水估算

广州市三防决策支持系统

东莞市城区洪水预报


 
   
多普勒雷达流域降雨估算
 

模型结构
  流溪河模型是在国家自然科学基金“耦合水文气象遥感技术的新一代流域洪水预报方法”、“应用卫星及雷达遥感数据预报流域性暴雨洪水的新方法”、科技部国际合作项目“耦合水文气象和遥感技术的洪水决策支持系统”和广东省科技计划项目“基于新一代天气雷达及GIS的洪水灾害预报及模拟技术及系统开发”等的资助下,由陈洋波教授主持研究提出的流域洪水预报的分布式物理水文模型,因该模型是结合流溪河流域洪水预报而首先提出的,故命名为流溪河模型。目前已由陈洋波教授主持开发了流域洪水预报流溪河模型系统(CYB.LMS),具有完全自主知识产权。

流溪河模型的总体思路是:采用可获取的,有质量保证的,适当分辨率的流域DEM对整个流域进行划分,从水平方向和垂直方向将流域划分成一系列的单元,各个单元被看作是一个有物理意义的单元流域,各个单元流域有自己的流域物理特性数据,包括DEM、植被类型、土壤类型和降雨量,在单元流域上计算蒸散发量及产流量,在计算蒸散发量及产流量时,不考虑相邻单元的影响,即认为各个单元流域上的蒸散发量及产流量的产生是相互独立的,各单元上产生的径流量通过一个汇流网络从本单元开始,进行逐单元的汇流,至流域出口单元。汇流分成边坡汇流、河道汇流和水库汇流,各采用不同的计算方法。整个模型分成流域划分、蒸散发计算、产流计算、汇流计算和参数推求5个相互独立的部分,每个部分是一个功能独立的模块,本文称其为模块。

流域划分模块将一个研究流域按一定的方法划分成多个单元,或称单元流域,并对各个单元流域进行数据挖掘,确定各个单元流域上的物理特性数据,如数字地型高程,地表植被类型,土壤类型,以及确定各个单元流域上的降雨量,降雨可以是雷达估测雨量或雨量计实测并经空间插值后的雨量;蒸散发计算模块根据单元流域上的降雨量及土壤前期湿润指标,计算确定各个单元流域上的蒸散发量;产流计算模块根据单元流域上的降雨量,蒸散发量,计算确定各个单元流域上的产流量,并将其划分成地表径流量、壤中流和地下径流量。汇流计算模块对各单元流域上产生的径流进行汇流计算,确定流域上各个单元及控制点的水文过程,包括流量、径流深等。汇流分成边坡汇流、河道汇流、水库汇流、壤中流汇流和地下径流汇流五种类型,分别采用不同的方法进行计算。参数推求模块确定流溪河模型在一个特定流域的模型参数。流溪河模型的总体结构可用如下的示意图表示。



图 1流溪河模型总体结构示意图

模型的重要突破

流溪河模型较国内外现有的分布式水文模型,在如下三个方面取得了突破性进展。
(1)提出了一套以参数敏感性分析为基础,对模型参数进行逐次渐近调整的,可操作的模型参数推求方法,该方法不受任何条件的限制,可应用于仅有少量实测数据的流域,有效解决了分布式水文模型参数确定的难题;
(2)提出了一整套基于DEM及遥感影像对流域进行单元划分及对河道单元断面尺寸进行估算的方法,可在一般流域应用,解决了目前分布式水文模型因在没有河道断面尺寸时而无法应用的难题,将分布式水文模型的应用向前推进了一大步;
(3)模型采用了优化算法,有效提高了模型的计算效率。通过对流溪河水库流域的研究,将流域划分成了52853个单元流域,进行一个时段的洪水模拟计算,在Dell Inspiron 530普通桌面PC机上平均只需要18秒;在对具有169840个单元的浈江流域进行模拟预报时,在同一台PC机上平均计算一个时段只需5.8秒,计算效率比国外同类模型Vflo快2.5倍。可应用于万平方公里级流域的洪水预报计算。

流溪河流域的模拟计算结果


图 5.1‑2 流域DEM

图 5.1‑3 土地利用类型

图 5.1‑4流域土壤类型
流域属性数据


图 5.1‑8 河流分级分段

图 5.1‑9 各单元流向

图 5.1‑10各单元坡度



图 5.1‑11 20050508场洪水

图 5.1‑12 20010604场洪水

图 5.1‑13 19980514场洪水

图 5.1‑14 19900601场洪水
模拟验证结果

流溪河模型软件系统


图 5.1‑15 软件主界面

图 5.1‑19 导入属性数据界面


图 5.1‑21 降雨插值界面(泰森多边形插值法)

图 5.1‑24 模型设置界面

图 5.1‑27 敏感性分析界面

图 5.1‑29 洪水模拟界面-模拟设置

图 5.1‑36 查询河网属性

 



 
           
   

版权所有:中山大学自然灾害研究中心
地址: 广州海珠区中山大学地环大楼D402 邮编:510275
电话:020-84114269,邮箱:hydrolab@mail.sysu.edu.cn