基于产汇流耦合的洪水预报模型参数实时校正方法研究

本课题以我国江河防洪为研究背景，鉴于对洪水预见期及预报精度的需求，开展水动力学模型与降雨径流模型相结合的洪水预报理论研究，分析两者相互影响的特点及规律，建立流域水文、水动力学耦合的洪水预报校正模型。首先通过耦合模型的误差传递方式，分析坡面与河道汇流两种衔接模式的误差传播类型，结合滤波技术，建立有针对性的误差校正理论并构建校正方法；利用实时获得的河道水情信息校正水动力学模型参数，并基于流域水量平衡原理，以水量校正作为中间环节，将水量不平衡量误差向上反馈至降雨产流模型；最终在原有模型结构的基础上，通过分析水文模型参数的敏感度及不确定性，建立产流参数校正模型，实现水文、水动力学模型联动的校正方法，以达到延长洪水预见期及提高预报精度的目标。研究成果将丰富流域洪水误差校正理论，对阐明模型误差的累积效应、揭示水文、水动力学参数的敏感性规律具有重要的理论意义，对提高防洪减灾决策手段等具有重要的实用。

为客观描述流域降水径流过程，并为洪水预报提供实时、准确的计算数据，基于水量平衡原理，结合卡尔曼滤波方法，提出了产、汇流模型与实时校正技术相结合的洪水预报方法，并进一步刻画产流对流域下垫面客观条件的响应，从而提高洪水预报精度。.（1）建立了河网水动力学校正模型.以河网水动力学三级解法为基础，将散落的校正信息通过河网节点传递，实现全系统水力要素的整体校正更新。将该方法应用于长江下游洪水预报，结果显示预报洪水过程确定性系数均达到0.9以上。.（2）提出了水文、水动力学耦合模型的校正方法.首先，根据子流域与河道的拓扑关系，建立水文与水动力学耦合模型；再结合河网水动力学校正模型，通过实时获得的水流实测信息，完成河网水力要素校正。依据耦合模型间的衔接方式，将河网汇流环节的校正信息反馈至水文产流模型中，实现流域洪水预报过程中水文模块的校正，提高流域整体洪水预报精度。将该方法用于三峡库区以及长江下游河段，其结果显示洪峰误差较校正前平均降低61%。.（3）提出了考虑下垫面特征的流域产流计算方法.基于变动产流面积理论和非饱和带土壤水运动理论，提出了分布式流域蓄水容量计算新方法：通过建立地形数据、土壤类型信息与流域栅格土壤缺水量之间的关系，获得栅格蓄水容量。分析不同气候环境下产流主导因素修正模型结构。以冻融区产流为例，包气带厚度及土壤含水量的冻融变化规律是影响当地水文模型产流计算的显著因素，构建冻融活动区流域产流计算模型。将该方法应用于三江源流域，其结果显示径流模拟确定性系数在0.8以上。