CN116469227A - 一种流域洪水预警系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种流域洪水预警系统，包括：雨水情监测设施、雨水情监测传输系统、洪水风险动态模拟系统、汛情识别系统、洪水预警发布系统和可视化防汛在线访问系统；雨水情监测传输系统用于实时采集各雨水情监测设施的雨水情监测数据；洪水风险动态模拟系统用于生成洪水发生时的临界指标和不同雨水情信息对应的洪水灾害损失值；汛情识别系统将接收到的临界指标作为预警指标，根据实时雨水情监测数据与预警指标的大小关系判断是否进行预警；可视化防汛在线访问系统显示实时雨水情监测数据、预警和洪水灾害损失值。本发明可以提高流域防洪应急响应速度，为流域洪涝灾害管理提供实时信息服务。

Description

一种流域洪水预警系统
技术领域
本发明涉及智慧水务监测领域，尤其涉及一种流域洪水预警系统。
背景技术
气候变暖增加了全球大部分地区极端降水发生的频率和强度，这会使一些地区频繁的发生洪水灾害事件。随着社会经济发展，洪泛区内的资产价值也随之增加，预计未来因洪水灾害造成的损失也将随之增加，结合流域具体情况开展暴雨洪涝灾害监测、模拟、预警发布及应急响应系统，已成为未来流域防洪管理的必然趋势。准确、快速的洪水预报可以降低洪涝灾害对人类生产生活造成的影响。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种流域洪水预警系统。
具体方案如下：
一种流域洪水预警系统，包括：雨水情监测设施、雨水情监测传输系统、洪水风险动态模拟系统、汛情识别系统、洪水预警发布系统和可视化防汛在线访问系统；
雨水情监测设施布设在待监测流域内，用于采集雨水情信息；
雨水情监测传输系统用于实时采集各雨水情监测设施的雨水情监测数据并发送至汛情识别系统和可视化防汛在线访问系统；
洪水风险动态模拟系统用于生成洪水发生时的临界指标和不同雨水情信息对应的洪水灾害损失值，并输出至汛情识别系统和可视化防汛在线访问系统；
汛情识别系统将接收到的临界指标作为预警指标，根据实时雨水情监测数据与预警指标的大小关系判断是否进行预警，当进行预警时，发送预警信息至洪水预警发布系统和可视化防汛在线访问系统；
洪水预警发布系统接收到预警信息后进行预警；
可视化防汛在线访问系统接收实时雨水情监测数据并在地图中雨水情监测设施的布设位置显示对应的数据，并根据预警信息显示预警，根据实时雨水情监测数据显示对应的洪水灾害损失值。
进一步的，雨水情监测设施包括：气象站、水位站、水文站、土壤湿度监测仪、径流样方以及在河道和水库设置的预警线。
进一步的，洪水风险动态模拟系统包括洪水淹没模型、社会经济暴露模型和承灾体脆弱性模型；洪水淹没模型用于洪水淹没范围与深度的模拟，输出临界指标和洪水淹没地图；社会经济暴露模型用于流域资产暴露与人口暴露评估，输出人口暴露图与资产暴露图；承灾体脆弱性模型用于不同承灾体的脆弱性评估，输出各承灾体的脆弱性曲线。
进一步的，洪水灾害损失值由洪水淹没地图、人口暴露图与资产暴露图、脆弱性曲线三者的乘积获得。
进一步的，洪水淹没模型中临界指标的获取方法为：耦合MIKE SHE和MIKE11模型，构建流域下垫面信息；将历史时期降雨时间序列文件或流量水位序列文件输入模型；根据模型模拟河道洪水淹没地图，当洪水淹没范围溢出河道，则将此时模型的输入数据作为预警指标。
进一步的，临界指标包括临界雨量和临界流量。
进一步的，降雨时间序列文件包括单位时间降雨强度与持续时间的对应关系或一次降雨事件累计降雨量与持续时间的对应关系；流量水位序列文件包括河道断面处流量与水位的对应关系。
本发明采用如上技术方案，可以提高流域防洪应急响应速度，为流域洪涝灾害管理提供实时信息服务。
附图说明
图1所示为本发明实施例的系统的结构示意图。
图2所示为该实施例中流域综合防洪预警系统布设示意图。
图3所示为该实施例中洪水风险动态模拟系统的示意图。
具体实施方式
为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。
现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
本发明实施例提供了一种流域洪水预警系统，如图1所示，包括雨水情监测设施、雨水情监测传输系统、洪水风险动态模拟系统、汛情识别系统、洪水预警发布系统和可视化防汛在线访问系统。
(1)雨水情监测传输系统
雨水情监测传输系统用于实时采集各雨水情监测设施的雨水情监测数据并发送至汛情识别系统和可视化防汛在线访问系统。
雨水情监测传输系统与汛情识别系统和可视化防汛在线访问系统之间的数据通信可以通过WIFI等无线通信方式进行。
雨水情监测设施布设在待监测流域内，用于采集雨水情信息。如图2所示，该实施例中设定雨水情监测设施包括：气象站、水位站、水文站、土壤湿度监测仪、径流样方以及在河道和水库设置的预警线。雨水情监测设施的布设位置根据流域具体情况尽可能覆盖不同区域与重点河段、水库、水闸等防洪关键部位，实时监测流域的降水，水库水位、河道水位的变化情况。通过设置的雨水情监测设施，可以实时监测降雨量、土壤湿度、水位、流量、流速等雨水情信息。
通过设置雨水情监测传输系统，不仅可以实时观测到降雨信息，河道和水库水位信息，而且还可以从源头开始观测土壤湿度信息，可以观测径流样方判断径流产生时刻或者用连续方程与达西公式进行上产流量计算产生地表径流时刻，雨水情监测传输系统会迅速将土壤湿度情况传输到可视化防汛在线访问系统进行显示。
(2)洪水风险动态模拟系统
洪水风险动态模拟系统用于生成洪水发生时的临界指标和不同雨水情信息对应的洪水灾害损失值，并输出至汛情识别系统和可视化防汛在线访问系统。
如图3所示，该实施例中洪水风险动态模拟系统包括洪水淹没模型、社会经济暴露模型和承灾体脆弱性模型。
a)洪水淹没模型用于洪水淹没范围与深度的模拟，输出临界指标和洪水淹没地图。
洪水淹没模型可以使用水文水动力模型(MIKE SHE与MIKE11进行耦合)可以输入流域相关信息，如：土地利用、土壤、河道断面、DEM以及水库、水闸等水利工程的调度方式构建下垫面条件，其次输入当前和未来预估的降雨或流量、河道水位进行洪水淹没模拟，实现洪水淹没动态演进，绘制洪水淹没范围分布图、洪水淹没历时分布图。基于此，可以得出洪水淹没模型中临界指标(如临界雨量和临界流量)的获取方法为：耦合MIKE SHE和MIKE11模型，构建流域下垫面信息；将历史时期降雨时间序列文件或流量水位序列文件输入模型；根据模型模拟河道洪水淹没地图，当洪水淹没范围溢出河道，则将此时模型的输入数据作为预警指标。
该实施例中设定降雨时间序列文件包括单位时间降雨强度与持续时间的对应关系或一次降雨事件累计降雨量与持续时间的对应关系；流量水位序列文件包括河道断面处流量与水位的对应关系。
洪水淹没模型动态模拟以下信息：
1、根据当前降雨过程变化以及土壤湿度、河道断面、流域下垫面信息以及水库、水闸等水利工程的调度方式、水库泄洪信息，模拟洪水淹没图并计算灾害损失，结合灾害损失的空间分布绘制流域洪水风险地图。
2、根据河道水位-流量变化，以及土壤湿度、河道断面、流域下垫面信息以及水库、水闸等水利工程的调度方式、水库泄洪信息，模拟洪水淹没图并计算灾害损失，结合灾害损失的空间分布绘制流域洪水风险地图。
3、根据天气预报的未来降雨信息以及土壤湿度、河道断面、流域下垫面信息以及水库、水闸等水利工程的调度方式、水库泄洪信息，模拟未来洪水淹没图并计算未来灾害损失，结合灾害损失的空间分布绘制流域洪水风险地图。
b)社会经济暴露模型用于流域资产暴露与人口暴露评估，输出人口暴露图与资产暴露图。其将流域GDP、人口密度地图和土地利用地图数据输入GIS平台，结合人口、社会、经济信息计算单位面积的资产暴露和人口暴露。
c)承灾体脆弱性模型用于不同承灾体的脆弱性评估，输出各承灾体的脆弱性曲线。其通过收集不同承灾体(如居民建筑、商业用地、工业用地等)的淹没深度损失率曲线，以确定流域承灾体的淹没深度脆弱性曲线。
通过将洪水淹没模型、社会经济暴露模型和承灾体脆弱性模型输出的洪水淹没地图、人口暴露图与资产暴露图、脆弱性曲线三者相乘，即可得到洪水灾害损失值。
(3)汛情识别系统
汛情识别系统将接收到的临界指标作为预警指标，根据实时雨水情监测数据与预警指标的大小关系判断是否进行预警，当进行预警时，发送预警信息至洪水预警发布系统和可视化防汛在线访问系统。
汛情识别系统还可以存储接收到的实时雨水情监测数据、临界指标和洪水灾害损失值，以后后续查询或统计。
预警判断时可以直接设定当雨水情监测数据大于预警指标时进行预警，还可以在雨水情监测数据大于预警指标时，根据对应的洪水灾害损失值的大小进行不同危险程度的预警。
(4)洪水预警发布系统
洪水预警发布系统接收到预警信息后进行预警，具体的预警方式可以通过通过短信、广播、电视、网络通讯设施向公众和有关部门责任人发布。也可以根据洪水灾害损失值大小对应的暴雨或洪水等级划分标准，发布蓝色、黄色、橙色、红色等不同等级的预警。
(5)可视化防汛在线访问系统
可视化防汛在线访问系统接收实时雨水情监测数据并在地图中雨水情监测设施的布设位置显示对应的数据，并根据预警信息显示预警，根据实时雨水情监测数据显示对应的洪水灾害损失值。
可视化防汛在线访问系统中的地图在GIS平台中构建，可以首先构建流域下垫面地图，包括流域土地利用、高程、水系、湖泊；其次构建流域各雨水情监测设施，如水文站、气象站、水工建筑(水库、水闸)等；最后构建流域社会经济图层(人口、社会、经济)。基于构建的地图进行可以进行实时访问。
可视化防汛在线访问系统可以实现流域范围内降雨量、水情分布情况的可视化，当降雨量、水情超出预设的预警阈值时，系统屏幕上将标注出提示信息。管理人员也可以通过第三方设备(如数字化城市管理综合服务中心大屏幕、手机等)实时査看雨情、涝情变化态势，实现功能齐全、界面友好的洪水风险实时访问系统。
本发明实施例可以提高流域防洪应急响应速度，为流域洪涝灾害管理提供实时信息服务。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种流域洪水预警系统，其特征在于，包括：雨水情监测设施、雨水情监测传输系统、洪水风险动态模拟系统、汛情识别系统、洪水预警发布系统和可视化防汛在线访问系统；
雨水情监测设施布设在待监测流域内，用于采集雨水情信息；
雨水情监测传输系统用于实时采集各雨水情监测设施的雨水情监测数据并发送至汛情识别系统和可视化防汛在线访问系统；
洪水风险动态模拟系统用于模拟洪水淹没范围生成洪水发生时的临界指标和不同雨水情信息对应的洪水灾害损失值，并输出至汛情识别系统和可视化防汛在线访问系统；
汛情识别系统将接收到的临界指标作为预警指标，根据实时雨水情监测数据与预警指标的大小关系判断是否进行预警，当进行预警时，发送预警信息至洪水预警发布系统和可视化防汛在线访问系统；
洪水预警发布系统接收到预警信息后进行预警；
可视化防汛在线访问系统接收实时雨水情监测数据并在地图中雨水情监测设施的布设位置显示对应的数据，并根据预警信息显示预警，根据实时雨水情监测数据显示对应的洪水灾害损失值。
2.根据权利要求1所述的流域洪水预警系统，其特征在于：雨水情监测设施包括：气象站、水位站、水文站、土壤湿度监测仪、径流样方以及在河道和水库设置的预警线。
3.根据权利要求1所述的流域洪水预警系统，其特征在于：洪水风险动态模拟系统包括洪水淹没模型、社会经济暴露模型和承灾体脆弱性模型；洪水淹没模型用于洪水淹没范围与深度的模拟，输出临界指标和洪水淹没地图；社会经济暴露模型用于流域资产暴露与人口暴露评估，输出人口暴露图与资产暴露图；承灾体脆弱性模型用于不同承灾体的脆弱性评估，输出各承灾体的脆弱性曲线。
4.根据权利要求3所述的流域洪水预警系统，其特征在于：洪水灾害损失值由洪水淹没地图、人口暴露图与资产暴露图、脆弱性曲线三者的乘积获得。
5.根据权利要求1所述的流域洪水预警系统，其特征在于：洪水淹没模型中临界指标的获取方法为：耦合MIKE SHE和MIKE11模型，构建流域下垫面信息；将历史时期降雨时间序列文件或流量水位序列文件输入模型；根据模型模拟河道洪水淹没地图，当洪水淹没范围溢出河道，则将此时模型的输入数据作为预警指标。
6.根据权利要求5所述的流域洪水预警系统，其特征在于：临界指标包括临界雨量和临界流量。
7.根据权利要求5所述的流域洪水预警系统，其特征在于：降雨时间序列文件包括单位时间降雨强度与持续时间的对应关系或一次降雨事件累计降雨量与持续时间的对应关系；流量水位序列文件包括河道断面处流量与水位的对应关系。
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