[发明专利]基于多源降雨融合和实时校正的城市洪涝模型构建方法

说明书

本发明提出了一种基于多源降雨融合和实时校正的城市洪涝模型构建方法，步骤为：建立降雨数据集，利用降尺度方法进行降尺度处理，基于贝叶斯平均法对降尺度后的降雨数据集进行融合得到降雨数据库；构建一维管网模块、一维河网模块、二维地表漫流模型；构建一维‑二维城市雨洪耦合模型；将融合降雨数据库输入一维‑二维城市雨洪耦合模型得到降雨量的模拟值，利用实测值和实时校正技术对模拟值进行校正，生成校正数据序列。本发明在传统的城市洪涝模拟模型基础上结合多源降雨输入和实时校正技术，拓展了城市水文学的理论基础，发展了城市水文学的研究途径，可为城市洪涝灾害防控决策提供理论和技术支撑。

技术领域

本发明涉及城市洪水模拟预报的技术领域，尤其涉及一种基于多源降雨融合和实时校正的城市洪涝模型构建方法。

背景技术

洪水灾害自古以来都是主要自然灾害之一。洪水发生频率高，波及范围广，来势凶猛，破坏性极大。我国每年均会因洪水灾害造成大量的生命财产损失。近年来，城市化进程的加剧，城市洪涝灾害呈现出突发性强，受灾越来越严重的特征。根据我国住建部2010年对32 个省的351个城市内涝情况调研，自2008年起，有213个城市发生过不同程度的积水内涝，占调查城市的61％；内涝灾害一年超过3次的城市有137个。内涝灾害最大积水深度超过50mm 的城市占74.6％，积水深度超过15mm的城市占比超过90％；积水时间超过0.5h(小时)的城市占78.9％，其中有57个城市的最大积水时间超过12h。另外，根据2013年南宁、广州、成都、武汉等地先后发生的雨水内涝事件来看，城市内涝灾害情况呈现明显的上升趋势。

洪水预报作为一种重要的防洪非工程措施，在防洪减灾中起着重要的决策支持作用。正确及时的洪水预报可以为水库、水利枢纽等工程管理运行单位提供决策支持，使得通过合理的洪水调度，将灾害损失降到最低，防洪非工程措施研究在防洪减灾中具有重要意义。

水文模型是洪水预报的核心，主要是根据前期和实时的水文气象等信息构建水文模型，揭示和预测洪水的发生及其变化过程。传统水文模型(SWAT、AVSWAT、SIMHYD、VIC、TOPMODEL、SHE、HEC、SWMM、MIKE等)目前应用广泛，其中很多分布式水文模型(SHE、TOPMODEL、HEC、VIC、IHDM、WATFLOOD、SWAT、SWMM、MIKE等)在流域径流模拟中起着重要的作用。这些模型均需要通过已有资料率定流域模型中的参数，然后用率定后的模型来推求流域水文过程，并与实测资料进行对比来调整改进模型。以此建立的水文模型预报误差不可避免，模型的输入误差、结构误差、参数误差、实测值的测量误差以及状态变量初值误差成为模型不确定性的主要来源。

城市内涝灾害在洪水灾害中的比重不断增加，给人民生命财产带来了极大的威胁，精确的洪水模拟预报是重要的非工程防洪减灾措施。目前，国内外现有的洪水预测方法主要针对流域地表流量，主要模型方法有流域水文模型和城市雨洪模型两种，相对独立。众所周知，流域、城市在时空尺度上密不可分，因此针对洪水过程模拟预报建模，应该综合考虑流域、城市共同作用下的水文机理。但是，对于目前常用的流域水文模型而言，城市地区复杂的下垫面与城市排水管网规划影响没有被充分考虑，城市化对流域水文过程的影响没有完全体现；对于城市水文模型而言，也未考虑流域径流量对城市地区水量的影响，并且缺乏对城市所处水环境依存的自然空间水文过程的理解和预测；同时，这两种模型的参数优化方法单一低效，无法实时校准。这些因素都在很大程度上影响洪水模型的模拟预报精度。

城市分布集中，但是空间面积在流域尺度上占比较小，拿黄河来说，干流经过30多个城市，其中10座大城市建成区面积占比仅有0.32％，但黄河水沙因为气候变化、人类活动分别减少了70％和40％，这说明人类活动在极小的空间范围内，可以对流域水文过程产生极大的影响，甚至影响流域产汇流机制使其发生根本变化。

一方面，随着信息社会不断发展，雷达、遥感、微波、网络爬取等洪水观测技术也在不断发展，而传统水文模型数据输入已经不能满足实际需求，多源数据驱动模型成为未来水文模型的发展趋势；另一方面，洪水灾害的非线性特征愈发明显，传统的基于物理成因机制的水文模型计算效率低，已不能满足实际生产需要。