融合多源遙感降水信息的流域暴雨洪水預(yù)報方法研究基本信息

本項目借鑒國際暴雨洪水預(yù)報系統(tǒng)發(fā)展歷程中的有關(guān)經(jīng)驗，在我國水文氣象發(fā)展的現(xiàn)實條件下解決短期暴雨預(yù)報和分布式水文預(yù)報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，通過采用自記憶理論改進后的卡爾曼濾波數(shù)據(jù)同化技術(shù)，充分利用天氣雷達、TRMM衛(wèi)星和地面雨量計等多源降水信息，探討采用綜合概率法、統(tǒng)計權(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)報和分布式水文預(yù)報耦合模型，并在試驗流域開展應(yīng)用研究。探討我國短期水文氣象預(yù)報發(fā)展新思路，開辟水文預(yù)報研究中充分應(yīng)用遙感信息的途徑，改變目前水文模型中洪水預(yù)見期內(nèi)降雨估計的落后方式，由此延長洪水預(yù)見期、提高預(yù)報精度，改善洪水預(yù)報效果，推動水文氣象交叉領(lǐng)域的發(fā)展，從而促進我國洪水預(yù)報服務(wù)水平的逐步提升，為達到減輕我國洪水造成的災(zāi)害和損失的最終目標而努力。 2100433B

暴雨洪水預(yù)報2.1洪水預(yù)報原理

當暴雨降落在流域內(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)報法和河道洪水演算法就是根據(jù)天然河道里洪水波運動原理, 分析洪水波在運動過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)驗關(guān)系或者簡化某些條件進行求解來作預(yù)報, 這類方法比較簡便, 預(yù)報精度也較高,但預(yù)見期較短。 另外, 還可直接根據(jù)暴雨量及其在時間空間的分布情況來預(yù)報洪水, 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程。前者稱降雨產(chǎn)流量預(yù)報,后者稱流域匯流計算 。

暴雨洪水預(yù)報2.2暴雨洪水預(yù)報方法的發(fā)展

20世紀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)計相關(guān)的方法所建立起來的一種預(yù)報產(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60年代以后, 隨著對降雨滲入土壤過程(即下滲)、 壤中流運動等研究工作的進展, 以建立下滲數(shù)學表達式為主要內(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)報方法是以匯流理論為基礎(chǔ)的匯流曲線, 如單位線、 瞬時單位線、 等流時線法等等。 隨著電子計算技術(shù)的發(fā)展, 流域水文模型已得到廣泛的研究和應(yīng)用, 為了增長暴雨洪水預(yù)報的預(yù)見期, 中國一些地區(qū)采用水文氣象法作預(yù)報。 即從分析形成暴雨的大氣環(huán)流形勢及其它天氣氣候要素入手,預(yù)報出暴雨,再據(jù)以預(yù)報洪水。 這種方法的關(guān)鍵在于暴雨預(yù)報的精度, 目前主要提供水庫調(diào)度運用及研究防洪措施決策(如分洪)時參考 。

近年來， 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)報模式更是取得了令人矚目的成績， 這些新技術(shù)均可以進行柵格處理， 取得量化的格點數(shù)據(jù)， 為暴雨預(yù)報和洪水預(yù)報的有機結(jié)合奠定了良好的基礎(chǔ)。洪水預(yù)報方面， 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)、子流域的表達及集水面積的計算完全能用數(shù)字化技術(shù)實現(xiàn)， 在此基礎(chǔ)上， 以具有空間分布特征的水文參數(shù)和變量來描述流域水文時空變化特性的、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， 目前已進入實用階段， 能夠直接計算出口流量過程， 使暴雨預(yù)報和洪水預(yù)報耦合成為可能。

研究建立從多源遙感影像（包括雷達影像和光學影像）提取不透水層分布信息的理論模型；基于建立的模型，開展利用多源遙感數(shù)據(jù)進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，促進該類研究的發(fā)展；同時將進一步擴展雷達遙感的應(yīng)用領(lǐng)域，提高雷達遙感定量化的研究水平和解決實際應(yīng)用問題的能力。