基于集合降雨预报和可变模糊集的洪水预报方法研究

The flood can bring threat to the human and can also be used through some technological means by the human. Flood forecasting, as one of the most important means, build a bridge of mutual understanding between the human and the flood. But by the limitation of technology, forecasting model, social developing and diversified needs of users, the uncertainty have become the key contributor to affect the forecasting to be widely applied. The study, according to Maslow’s hierarchy of human needs analysis and the social development background, mostly focus on the uncertainty information’s transmission and handling during the coupling process of rainfall forecasting and flood forecast, and the cognition of uncertainty information in the process of application requirements. Based on the Variable Fuzzy Sets theory and methods, through the data mining and analysis, build the flood forecasting uncertainty Variable Fuzzy Recognition method, and form the dynamic tracing to the uncertainty of flood forecast. Analyzing the requirement of prediction results’ application objects to the diversification and detailed forecast information, changing the mode of supply-decided to be the demand-decided, solving the information asymmetry phenomenon between the flood forecast and the application requirement. Architecture the uncertainty information exchange platform in the coupling process of hydrology and meteorology, getting the flood forecast information can be transferred, then balance the requirement of user to the forecast uncertainty and that they were supplied at the same time, using the HEC-HMS (distributed) and the Xin An Jiang (lumped) flood forecasting models to simulate the runoff generation and confluence, and finally evaluate the flood forecasting consequence comprehensively.

洪水既可给人类带来威胁，也可被人类利用，洪水预报架起了人类认识洪水的桥梁；但受预报技术、模型以及社会发展多元化与精细化需求限制，预报的不确定成为影响其广泛应用的关键。本项目以马斯诺理论与社会发展需求为背景，围绕降雨预报与洪水预报耦合过程中不确定性信息的传递与处理方式及在应用需求中对不确定信息的认识展开研究。分析洪水预报的目标用户对预报信息的多元化、精细化需求，以需定供，解决洪水预报与应用对象需求间的信息不对称现象；基于可变模糊集理论与方法，通过数据挖掘与分析，构建预报不确定性的可变模糊识别方法，形成对洪水预报不确定性的动态监测；通过架构水文气象耦合过程中不确定性的信息交换平台，实现传统洪水预报信息的有效传递，同时也可兼顾用户对预报不确定信息的预期并在预报结果中将其在一定程度上反映出来；运用HEC-HMS与新安江洪水预报模型进行产汇流模拟计算，并用可变模糊集方法对结果进行综合评估。

本项目原计划研究内容包括水文气象耦合输出、产流预报、汇流预报、单一防洪预报预警应用、区间值预报预警应用、水库防洪调度应用几个方面，基本完成了上述几个方面的研究内容，且结合降雨预报、洪水预报以及当下水资源缺乏亟需加大开发利用潜力挖掘的实际需求，在实现总体研究目标的基础上，将研究内容从水文延伸至水资源，在两个方面的耦合进行了初步的探索研究，主要开展的研究内容可以概括为以下几个方面：.（1）集合降雨区间预报方法.提出建立一种基于集合预报区间值的降雨预报方法及集合预报产品，丰富了当前集合预报产品的多样性选择，以提高集合预报对高影响天气的预报能力。此外，预报产品由单一值预报变成区间的概率预报，用户决策所用的信息不再由预报员替他们来选择，而是用户根据自身对气象条件、降雨预报结果的依赖程度来抉择。.（2）基于集合区间降雨预报的洪水预报以及预警研究.在降雨区间预报的结果与基础上，进一步分析该降雨预报信息在防洪预警中的可利用性及其与单一值相比所存在的优势，提出了基于降雨区间预报信息的防洪预警原理与方法。.（3）提出了“模糊-云”耦合评价方法.本研究将可变模糊集理论与云模型的主要思想进行结合，构建可变-云模型，既考虑了可变模糊集模糊不确定性的一面，又考虑了事物变化随机性的一面，既描述了事物发展过程中的模糊动态可变属性，又展示了事物在发展变化过程中的随机分布性特征，并在水资源评价中进行了探索性应用。 .通过本项目研究，主要在集合降雨区间预报以及预警应用方面取得了一定的突破与进展，研究提出的集合降雨区间预报方法经验证对于大、中、小不同量级降雨的预报精度均有所提高，且最关键的是通过区间的方式将预报结果本身包含的不确定性范围传递出来，对于降雨预报产品的用户而言，具有更加实际的参考意义，不论是较为缺水的北方地区还是较为湿润的南方地区，区间降雨的预报结果可以为用户后续所采取的决策具有非常重要的科学依据。