融合多源遥感降水信息的流域暴雨洪水预报方法研究

本项目借鉴国际暴雨洪水预报系统发展历程中的有关经验，在我国水文气象发展的现实条件下解决短期暴雨预报和分布式水文预报耦合模型中的某些关键技术，结合湖北省白莲河流域和漳河流域，通过采用自记忆理论改进后的卡尔曼滤波数据同化技术，充分利用天气雷达、TRMM卫星和地面雨量计等多源降水信息，探讨采用综合概率法、统计权重方法、主特征提取法等方法融合集成多源降水信息的方法，建立短期暴雨预报和分布式水文预报耦合模型，并在试验流域开展应用研究。探讨我国短期水文气象预报发展新思路，开辟水文预报研究中充分应用遥感信息的途径，改变目前水文模型中洪水预见期内降雨估计的落后方式，由此延长洪水预见期、提高预报精度，改善洪水预报效果，推动水文气象交叉领域的发展，从而促进我国洪水预报服务水平的逐步提升，为达到减轻我国洪水造成的灾害和损失的最终目标而努力。 2100433B

暴雨洪水预报2.1洪水预报原理

当暴雨降落在流域内以后、河道里迅速汇集大量的径流, 形成洪水波并沿河道自上游向下游传播, 相应水位(流量)预报法和河道洪水演算法就是根据天然河道里洪水波运动原理, 分析洪水波在运动过程中引起水位涨落变化及其传播速度的变化规律, 寻求其经验关系或者简化某些条件进行求解来作预报, 这类方法比较简便, 预报精度也较高,但预见期较短。 另外, 还可直接根据暴雨量及其在时间空间的分布情况来预报洪水, 它包括流域内一次暴雨将产生多少洪水径流量, 以及这些径流量如何汇集而形成的出口断面径流过程。前者称降雨产流量预报,后者称流域汇流计算 。

暴雨洪水预报2.2暴雨洪水预报方法的发展

20世纪50年代, 广泛采用的降雨径流相关图,就是在分析暴雨径流形成规律基础上,用统计相关的方法所建立起来的一种预报产流量的相关图, 是非线性多元回归的图解分析法。 20世纪60年代以后, 随着对降雨渗入土壤过程(即下渗)、 壤中流运动等研究工作的进展, 以建立下渗数学表达式为主要内容的流域产流模型, 已成为产流量分析的新兴方法。 流域汇流预报主要是分析河网洪水波传播及调节特性, 常用的预报方法是以汇流理论为基础的汇流曲线, 如单位线、 瞬时单位线、 等流时线法等等。 随着电子计算技术的发展, 流域水文模型已得到广泛的研究和应用, 为了增长暴雨洪水预报的预见期, 中国一些地区采用水文气象法作预报。 即从分析形成暴雨的大气环流形势及其它天气气候要素入手,预报出暴雨,再据以预报洪水。 这种方法的关键在于暴雨预报的精度, 目前主要提供水库调度运用及研究防洪措施决策(如分洪)时参考 。

近年来， 水文、气象和信息技术均有较大发展。气象方面，气象卫星、天气雷达等遥感技术的应用， 极大地丰富了气象信息的获取能力和信息量， 中尺度数值天气预报模式更是取得了令人瞩目的成绩， 这些新技术均可以进行栅格处理， 取得量化的格点数据， 为暴雨预报和洪水预报的有机结合奠定了良好的基础。洪水预报方面， 随着3S 技术的广泛应用， 数字高程模型已在流域河网生成等方面得到较多的应用。利用数字高程模型， 流域地形、分水岭、河网、子流域的表达及集水面积的计算完全能用数字化技术实现， 在此基础上， 以具有空间分布特征的水文参数和变量来描述流域水文时空变化特性的、以栅格数据为输入、输出的分布式水文模型的研究和应用技术已趋成熟， 目前已进入实用阶段， 能够直接计算出口流量过程， 使暴雨预报和洪水预报耦合成为可能。

研究建立从多源遥感影像（包括雷达影像和光学影像）提取不透水层分布信息的理论模型；基于建立的模型，开展利用多源遥感数据进行城市不透水层亚像元分布（ISP）估算的方法研究；研究基于ISP估算的城市土地利用/覆盖变化检测新方法。本研究将为与不透水层分布相关的城市环境研究提供急需和必要的技术手段支持，促进该类研究的发展；同时将进一步扩展雷达遥感的应用领域，提高雷达遥感定量化的研究水平和解决实际应用问题的能力。