基于贝叶斯理论的洪水实时预报调度关键技术研究

我国防洪安全和兴利除害必须坚持工程措施和非工程措施同时并举。洪水预报调度技术作为重要的防洪非工程措施之一，不仅是防洪减灾实际工作的重要内容，其中蕴含的诸多科技问题，如降雨径流模拟、RS、GIS和水文模型耦合技术、模型参数估计及不确定性及水库调洪演算不确定性等，也是当今国际水科学的研究热点，在国内外均取得了较大进展。但将这些理论和技术有机耦合，解决洪水预报及防洪调度中不确定性的描述问题及风险（率）评估研究尚不充分。本申请通过多学科理论的交叉研究，建立基于GIS平台、耦合RS信息的半分布式新安江模型，发展基于Bayes理论的参数估计方法，研制水库调洪演算随机模型，形成一套基于不确定性分析理论的洪水预报和防洪调度的方法理论体系。研究成果为进一步揭示产汇流规律、提高实时洪水预报精度、实时评估调洪过程风险率、降低防洪调度决策风险提供科学支撑和实际工作指导。

经过3年的研究，主要完成4部分主要内容：①对基于RS、土壤和土地利用的HRU划分开展研究，并分别建立了基于HRU和基于自然子流域的新安江模型，实验流域洪水模拟表明，两者精度相差不大；②基于贝叶斯理论，推求任意一场洪水过程模拟时新安江模型的敏感参数SM和CS后验分布，并采用MCMC抽样技术，定量评估了参数的不确定性，在此基础上实现概率洪水预报。这种方法不仅可以提供和确定性模型一样的定值预报，还能提供丰富的不确定信息，如变异系数、方差、不同置信水平对应的置信区间等；③推求水库调洪验算随机模型，并分别建立了模型Ⅰ 和模型Ⅱ，并以基于参数估计不确定性的实时洪水概率预报定量评估水库入库洪水预报的不确定性，实现了实时洪水预报调度风险率评估，以山美水库为例，进行了实例研究，与国内已有成果对比表明模型Ⅰ 的结果更合理；④通过实例研究，开发标准化模块，并进行系统集成。通过以上研究，构建了一套预报→调度→超控制水位风险率的理论方法体系。经过三年的研究，目前发表基金支持的中文核心3篇，英文期刊1篇，SCI（Journal of Hydrology）在审1篇,SCI投稿（Hydrology Process）一篇，目前共撰写及发表6篇相关文章，完成软件注册权申请一项，参加国际会议一项，与其他老师合作培养研究生3名。综上，已圆满完成项目任务。