CN113792437A - 多维度防汛形势综合研判方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多维度防汛形势综合研判方法及系统。适用于防洪风险评估领域。本发明的方法为：基于雨情、水情、工情及地形信息，利用洪水预报模型、洪水演进模型及洪水淹没模型分析水文中长期形势、河道行洪能力、水库蓄洪能力、病险工程安全、在建涉水工程安全、水库库区安全和洪水漫堤溃堤风险；所述洪水预报模型基于流域水文模型建立，用于预报河道重要断面最高水位、流量及时间；所述洪水演进模型采用流域产汇流模型和水动力模型相结合的方式建立，用于模拟预报洪水路线及沿程水位过程；所述洪水淹没模型采用二维水动力学模型建立，用于用于分析洪水淹没水深、淹没范围以及洪水到达时间，模拟堤防保护片内淹没情况。
Description
技术领域
本发明涉及一种多维度防汛形势综合研判方法及系统。适用于防洪风险评估领域。
背景技术
随着我国经济社会的快速发展和城镇化进程的不断加速，洪涝灾害影响越来越大，城市下垫面的硬化弱化了洪水调蓄能力，加快了洪水汇流，增加了防洪压力，对防洪安全保障提出了更高更综合的要求。同时国家大力推进智慧水利建设，数字化技术已成为提升流域防洪决策质量和效率的重要手段。然而现有流域防汛形势的风险研判方法，多以专家经验人为判断为主，基于卫星云图、实时监测的单一因素作为评判标准，无法形成整体、综合、高效的风险研判体系，且监测数据庞杂分散，人工统计分析繁琐，自动化水平低下，导致风险研判效率不高，不能为流域防洪提供智能化决策支撑。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种多维度防汛形势综合研判方法及系统。
本发明所采用的技术方案是：一种多维度防汛形势综合研判方法，其特征在于：
基于雨情、水情、工情及地形信息，利用洪水预报模型、洪水演进模型及洪水淹没模型分析水文中长期形势、河道行洪能力、水库蓄洪能力、病险工程安全、在建涉水工程安全、水库库区安全和洪水漫堤溃堤风险；
所述洪水预报模型基于流域水文模型建立，用于预报河道重要断面最高水位、流量及时间；所述洪水演进模型采用流域产汇流模型和水动力模型相结合的方式建立，用于模拟预报洪水路线及沿程水位过程；所述洪水淹没模型采用二维水动力学模型建立，用于用于分析洪水淹没水深、淹没范围以及洪水到达时间，模拟堤防保护片内淹没情况。
利用GIS平台分类展示所述水文中长期形势、河道行洪能力、水库蓄洪能力、病险工程安全、在建涉水工程安全、水库库区安全和洪水漫堤溃堤风险。
在GIS平台展示的所述水文中长期形势、河道行洪能力、水库蓄洪能力、病险工程安全、在建涉水工程安全、水库库区安全和洪水漫堤溃堤风险上叠加展示社会活动分布、经济活动分布、人口分布GIS图层。
所述洪水预报模型，通过山区与平原产汇流计算，考虑水库调度预报因素，接入网格化气象降雨3h-72h小时预报进行建立。
所述洪水演进模型中水动力学模型根据预报产汇流、边界流量和边界水位，结合水库实时接入数据、山区稳态计算模型，预报演进干流各断面的水位过程。
所述洪水淹没模型通过计算分区、洪水量级和溃口设置，对拟定的溃口和超标准洪水漫溢进行洪水计算。
所述水文中长期形势，基于气象长期预测成果，利用洪水预报模型预测水文中长期趋势，预判水雨情状况，比较洪水出现概率，明确未来汛期重点防御对象，输出风险地区位；
所述河道行洪能力，通过河道断面以及水下地形测量成果，利用洪水演进模型对流域江道冲淤情况进行分析，计算河道设计洪水位变化；
所述水库蓄洪能力，根据气象降雨情况，结合水库所在流域下垫面数据及历史水文资料，动态计算水库在不同特征水位下的可蓄洪水量及可纳雨量；
所述病险工程安全，根据流域内已建水利工程的位置、规模、当年调度预案，结合水利工程安全鉴定以及渗流、沉降、偏移量，掌握病、险、弱水利工程的数量、空间分布以及安全情况；
所述在建涉水工程安全，基于在建涉水工程的空间位置、建设工况，利用洪水演进模型，分析工程施工对河道行洪及流域防洪的影响，再根据在建涉水工程度汛方案，明确度汛标准与度汛措施，结合实测、预报成果，分析洪水在不同水位流量情形下对工程安全的影响；
所述水库库区安全，根据实时水位，分析水库库区淹没，计算到达汛限水位、征地线以及移民线水量，根据洪水位判断库区淹没范围，结合周边人口、社会以及经济数据，提前分析库区淹没带来的风险与损失；
所述洪水漫堤溃堤风险，利用洪水预报模型、洪水演进模型和洪水淹没模型，计算洪水到达时间，分析漫堤与溃堤情形下的洪水淹没水深和淹没范围，动态绘制洪水风险图，对重点保护区的堤防安全、工程险情、险工险段进行风险分析与计算损失。
一种多维度防汛形势综合研判系统，其特征在于，包括数据监测单元、数据处理单元、显示单元，其中数据处理单元包括水利模型算法模块、防汛风险综合分析模块和GIS展示模块；
所述数据监测处理单元，用于监测获取雨情、水情、工情及地形信息；
所述水利模型算法模块，具有洪水预报模型、洪水演进模型及洪水淹没模型；
所述防汛风险综合分析模块，用于结合数据监测处理单元获取的雨情、水情、工情及地形信息，利用水利模型算法模块中的洪水预报模型、洪水演进模型及洪水淹没模型分析水文中长期形势、河道行洪能力、水库蓄洪能力、病险工程安全、在建涉水工程安全、水库库区安全和洪水漫堤溃堤风险；
所述GIS展示模块，用于在显示单元上结合GIS平台分类展示防汛风险综合分析模块中的水文中长期形势、河道行洪能力、水库蓄洪能力、病险工程安全、在建涉水工程安全、水库库区安全和洪水漫堤溃堤风险。
所述GIS展示模块还用于在在显示单元展示的水文中长期形势、河道行洪能力、水库蓄洪能力、病险工程安全、在建涉水工程安全、水库库区安全和洪水漫堤溃堤风险上叠加展示社会活动分布、经济活动分布、人口分布GIS图层。
本发明的有益效果是：本发明根据水雨情监测、江道地形测量、工程安全监测等感知数据，采用洪水预报、洪水演进以及洪水淹没模型，综合研判水文中长期形势、水库纳蓄能力、河道行洪能力，动态分析病险工程安全、在建涉水工程安全、水库库区安全、洪水漫堤溃堤等多类风险，结合GIS空间分析能力，实现风险自动预警，从以往基于专家经验、单一因素研判转变为多维度、多因素的综合研判，提高风险研判综合性、预见性、准确性与高效性，增强对洪水灾害的快速反应能力，提升防洪决策水平。
附图说明
图1为实施例的系统框图。
具体实施方式
本实施例为一种多维度防汛形势综合研判方法，包括：
基于监测获取的雨情、水情、工情及地形信息(气象降雨、实时水位、实时流量、江道地形、水利工程渗流、沉降以及偏移量等)，利用洪水预报模型、洪水演进模型及洪水淹没模型分析水文中长期形势、河道行洪能力、水库蓄洪能力、病险工程安全、在建涉水工程安全、水库库区安全和洪水漫堤溃堤风险；
利用GIS平台分类展示所述水文中长期形势、河道行洪能力、水库蓄洪能力、病险工程安全、在建涉水工程安全、水库库区安全和洪水漫堤溃堤风险，并在GIS平台展示的水文中长期形势、河道行洪能力、水库蓄洪能力、病险工程安全、在建涉水工程安全、水库库区安全和洪水漫堤溃堤风险上叠加展示社会活动分布、经济活动分布、人口分布GIS图层。
本例中采用流域水文模型通过山区与平原产汇流计算，考虑水库调度预报因素，接入网格化气象降雨3h-72h小时预报进行建立洪水预报模型；采用流域产汇流模型和水动力模型相结合的方式进行建立洪水演进模型，水动力学模型根据预报产汇流、边界流量和边界水位，结合水库实时接入数据、山区稳态计算模型，预报演进干流各断面的水位过程；采用二维水动力学模型建立洪水淹没模型，通过计算分区、洪水量级和溃口设置，对拟定的溃口和超标准洪水漫溢进行洪水计算。
本实施例中水文中长期形势，基于气象长期预测成果，利用洪水预报模型预测水文中长期趋势，预判水雨情状况，比较洪水出现概率，明确未来汛期重点防御对象，输出风险地区位；河道行洪能力，通过河道断面以及水下地形测量成果，利用洪水演进模型对流域江道冲淤情况进行分析，计算河道设计洪水位变化；水库蓄洪能力，根据气象降雨情况，结合水库所在流域下垫面数据及历史水文资料，动态计算水库在不同特征水位下的可蓄洪水量及可纳雨量；病险工程安全，根据流域内已建水利工程的位置、规模、当年调度预案，结合水利工程安全鉴定以及渗流、沉降、偏移量，掌握病、险、弱水利工程的数量、空间分布以及安全情况；在建涉水工程安全，基于在建涉水工程的空间位置、建设工况，利用洪水演进模型，分析工程施工对河道行洪及流域防洪的影响，再根据在建涉水工程度汛方案，明确度汛标准与度汛措施，结合实测、预报成果，分析洪水在不同水位流量情形下对工程安全的影响；水库库区安全，根据实时水位，分析水库库区淹没，计算到达汛限水位、征地线以及移民线水量，根据洪水位判断库区淹没范围，结合周边人口、社会以及经济数据，提前分析库区淹没带来的风险与损失；洪水漫堤溃堤风险，利用洪水预报模型、洪水演进模型和洪水淹没模型，计算洪水到达时间，分析漫堤与溃堤情形下的洪水淹没水深和淹没范围，动态绘制洪水风险图，对重点保护区的堤防安全、工程险情、险工险段进行风险分析与计算损失。
本实施例还提供一种多维度防汛形势综合研判系统，包括数据监测单元、数据处理单元、显示单元，其中数据处理单元包括水利模型算法模块、防汛风险综合分析模块和GIS展示模块。
本例中数据监测处理单元用于监测获取雨情、水情、工情及地形信息，包括气象降雨、实时水位、实时流量、江道地形、水利工程渗流、沉降以及偏移量等。本实施例中数据监测处理单元中的水位、流量信息接收来自水库、河道、闸泵、潮汐的水位站点，水利工程渗流、沉降以及偏移量水利工程渗流、沉降以及偏移量接受来自水库大坝、堤防的工程安监设备。
本实施例中水利模型算法模块具有洪水预报模型、洪水演进模型和洪水淹没模型，其中洪水预报模型用于预报河道重要断面最高水位、流量及时间，洪水演进模型用于模拟预报洪水路线及沿程水位过程，洪水淹没模型用于分析洪水淹没水深、淹没范围以及洪水到达时间，模拟堤防保护片内淹没情况。
本实施例中防汛风险综合分析模块结合数据监测处理模块获取雨情、水情、工情以及地形，利用水利模型算法模块中的算法，用于分析水文中长期形势、河道行洪能力、水库蓄洪能力、病险工程安全、在建涉水工程安全、水库库区安全、洪水漫堤溃堤风险7大类防汛风险研判因素：
水文中长期形势，基于气象长期预测成果，利用水利模型算法模块中的洪水预报模型预测水文中长期趋势，提前预判整个年度水雨情状况，同期比较洪水出现概率，明确未来汛期重点防御对象，输出风险地区位；
河道行洪能力，通过河道断面以及水下地形测量成果，利用水利模型算法模块中的洪水演进模型，对流域江道冲淤情况进行分析，计算河道设计洪水位变化；
水库蓄洪能力，根据气象降雨情况，结合水库所在流域下垫面数据及历史水文资料，分析产汇流，按照水库的当前水位、水位库容曲线等基本信息，结合运行状态，动态计算水库在不同特征水位下的可蓄洪水量及可纳雨量；
病险工程安全，根据流域内已建水利工程的位置、规模、当年调度预案，结合水利工程安全鉴定以及渗流、沉降、偏移量等监测数据，掌握病、险、弱水利工程的数量、空间分布以及安全情况；
在建涉水工程安全，利用在建涉水工程的空间位置、建设工况等情况，利用水利模型算法模块中的洪水演进模型，分析工程施工对河道行洪及流域防洪的影响，再根据在建涉水工程度汛方案，明确度汛标准与度汛措施，结合实测、预报成果，分析洪水在不同水位流量情形下对工程安全的影响；
水库库区安全，根据实时水位，分析水库库区淹没，计算到达汛限水位、征地线以及移民线等水量，根据洪水位判断库区淹没范围，结合周边人口、社会以及经济数据，提前分析库区淹没带来的风险与损失。
洪水漫堤溃堤风险，利用水利模型算法模块中的洪水预报模型+洪水演进模型+洪水淹没模型，计算洪水到达时间，分析漫堤与溃堤情形下的洪水淹没水深和淹没范围，动态绘制洪水风险图，对重点保护区的堤防安全、工程险情、险工险段进行风险分析与计算损失。
本实施例中GIS展示模块用于在显示单元上利用GIS平台将防汛风险综合分析模块中的7大类防汛风险研判因素按不同专题进行分类展示，结合实测和预测成果，与社会活动分布、经济活动分布、人口分布等GIS图层进行叠加分析，分析区域风险，实现预警，并模拟不同级别洪水情形下灾害防御应对措施。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种多维度防汛形势综合研判方法，其特征在于：
基于雨情、水情、工情及地形信息，利用洪水预报模型、洪水演进模型及洪水淹没模型分析水文中长期形势、河道行洪能力、水库蓄洪能力、病险工程安全、在建涉水工程安全、水库库区安全和洪水漫堤溃堤风险；
所述洪水预报模型基于流域水文模型建立，用于预报河道重要断面最高水位、流量及时间；所述洪水演进模型采用流域产汇流模型和水动力模型相结合的方式建立，用于模拟预报洪水路线及沿程水位过程；所述洪水淹没模型采用二维水动力学模型建立，用于用于分析洪水淹没水深、淹没范围以及洪水到达时间，模拟堤防保护片内淹没情况。
2.根据权利要求1所述的多维度防汛形势综合研判方法，其特征在于：利用GIS平台分类展示所述水文中长期形势、河道行洪能力、水库蓄洪能力、病险工程安全、在建涉水工程安全、水库库区安全和洪水漫堤溃堤风险。
3.根据权利要求2所述的多维度防汛形势综合研判方法，其特征在于：在GIS平台展示的所述水文中长期形势、河道行洪能力、水库蓄洪能力、病险工程安全、在建涉水工程安全、水库库区安全和洪水漫堤溃堤风险上叠加展示社会活动分布、经济活动分布、人口分布GIS图层。
4.根据权利要求1所述的多维度防汛形势综合研判方法，其特征在于：所述洪水预报模型，通过山区与平原产汇流计算，考虑水库调度预报因素，接入网格化气象降雨3h-72h小时预报进行建立。
5.根据权利要求1所述的多维度防汛形势综合研判方法，其特征在于：所述洪水演进模型中水动力学模型根据预报产汇流、边界流量和边界水位，结合水库实时接入数据、山区稳态计算模型，预报演进干流各断面的水位过程。
6.根据权利要求1所述的多维度防汛形势综合研判方法，其特征在于：所述洪水淹没模型通过计算分区、洪水量级和溃口设置，对拟定的溃口和超标准洪水漫溢进行洪水计算。
7.根据权利要求1所述的多维度防汛形势综合研判方法，其特征在于：
所述水文中长期形势，基于气象长期预测成果，利用洪水预报模型预测水文中长期趋势，预判水雨情状况，比较洪水出现概率，明确未来汛期重点防御对象，输出风险地区位；
所述河道行洪能力，通过河道断面以及水下地形测量成果，利用洪水演进模型对流域江道冲淤情况进行分析，计算河道设计洪水位变化；
所述水库蓄洪能力，根据气象降雨情况，结合水库所在流域下垫面数据及历史水文资料，动态计算水库在不同特征水位下的可蓄洪水量及可纳雨量；
所述病险工程安全，根据流域内已建水利工程的位置、规模、当年调度预案，结合水利工程安全鉴定以及渗流、沉降、偏移量，掌握病、险、弱水利工程的数量、空间分布以及安全情况；
所述在建涉水工程安全，基于在建涉水工程的空间位置、建设工况，利用洪水演进模型，分析工程施工对河道行洪及流域防洪的影响，再根据在建涉水工程度汛方案，明确度汛标准与度汛措施，结合实测、预报成果，分析洪水在不同水位流量情形下对工程安全的影响；
所述水库库区安全，根据实时水位，分析水库库区淹没，计算到达汛限水位、征地线以及移民线水量，根据洪水位判断库区淹没范围，结合周边人口、社会以及经济数据，提前分析库区淹没带来的风险与损失；
所述洪水漫堤溃堤风险，利用洪水预报模型、洪水演进模型和洪水淹没模型，计算洪水到达时间，分析漫堤与溃堤情形下的洪水淹没水深和淹没范围，动态绘制洪水风险图，对重点保护区的堤防安全、工程险情、险工险段进行风险分析与计算损失。
8.一种多维度防汛形势综合研判系统，其特征在于，包括数据监测单元、数据处理单元、显示单元，其中数据处理单元包括水利模型算法模块、防汛风险综合分析模块和GIS展示模块；
所述数据监测处理单元，用于监测获取雨情、水情、工情及地形信息；
所述水利模型算法模块，具有洪水预报模型、洪水演进模型及洪水淹没模型；
所述防汛风险综合分析模块，用于结合数据监测处理单元获取的雨情、水情、工情及地形信息，利用水利模型算法模块中的洪水预报模型、洪水演进模型及洪水淹没模型分析水文中长期形势、河道行洪能力、水库蓄洪能力、病险工程安全、在建涉水工程安全、水库库区安全和洪水漫堤溃堤风险；
所述GIS展示模块，用于在显示单元上结合GIS平台分类展示防汛风险综合分析模块中的水文中长期形势、河道行洪能力、水库蓄洪能力、病险工程安全、在建涉水工程安全、水库库区安全和洪水漫堤溃堤风险。
9.根据权利要求8所述的多维度防汛形势综合研判系统，其特征在于：所述GIS展示模块还用于在在显示单元展示的水文中长期形势、河道行洪能力、水库蓄洪能力、病险工程安全、在建涉水工程安全、水库库区安全和洪水漫堤溃堤风险上叠加展示社会活动分布、经济活动分布、人口分布GIS图层。
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2021
- 2021-09-22 CN CN202111106871.8A patent/CN113792437A/zh active Pending
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