祖丽皮耶姆·居麦
新疆白杨河流域管理局水利管理中心 新疆乌鲁木齐 830000
摘要：近年来，水文站网建设不断加大，水文站、水位站、雨量站、水质站、墒情站点增加，水雨情时空信息迅猛增长。高程、植被、土地利用与土壤类型等基于网格的基础数据，中国、欧洲、日本等较高时空分辨率的数值天气预报产品、雷达测雨、卫星遥感等天地一体的高分辨遥感遥测数据愈加丰富，可为流域洪水防控与应急处置提供重要数据支撑。本文对中小河流洪水防控与应急管理关键技术进行探讨。
关键词：中小河流；洪水防控；应急管理
1概述
洪水作业预报常态化工作正在我国稳步推进，洪水预警发布社会化服务也在稳步推进，但目前存在成果可读性差、服务针对性弱、缺少影响评估等问题。据统计，我国流域面积200～3000km2的中小河流超过8600多条。我国的中小河流众多，洪水频发，灾害严重，是当前洪水防控重点薄弱环节。
2开展中小河流洪水防控工作需要解决的技术难题
2.1高时空分辨率雨量场构建与短临精准预报技术
近年来，中国、欧洲、日本等具有较高时空分辨率的数值天气预报产品、雷达测雨、卫星遥感等天地一体的高分辨遥感遥测数据愈加丰富，借助卫星、雷达测雨等多源降水数据是提高降水时空分辨率和精准度的重要途径。在地面观测基础上，结合地理信息系统，研究不同水文气象分区短历时降水特性与高分辨率地形降水订正技术，建立与卫星、雷达测雨的尺度匹配与融合方法，可有效提高实况降水精度与时空分辨率;在天气雷达网基础上，采用机器智能学习回归模型研究分雨型雷达回波-降水映射关系，建立雷达智能外推临近预报模型，提升临近(0～2h)定量降水预报精度;将基于WＲF的数值预报快速同化系统与雷达智能外推技术动态订正融合，可有效提高短时(2～12h)定量降水预报精度。
2.2基于环境感知的模型重配置技术
基于下垫面遥感信息构建模型运行的环境空间，研究国内外代表性模型在华北、西北、华东和西南等地典型流域的适应性，挖掘产汇流模拟模块与水文气候特征、地形地貌、土地覆盖、土壤类型等环境要素的响应关系，建立基于环境感知的模型重配置技术，对于缩短作业预报时间，提高预报精度具有重要价值。例如，在实时预报中，在蓄满产流为主的流域，久旱之后下了一场雨强很大、历时不长、总雨量也不大的暴雨，可以灵活配置地面下渗能力模块，及时把超渗地面径流分割出来，进行精准计算。
2.3基于暴雨洪水特征模式的中小河流智能预报技术
中小河流洪水陡涨陡落、洪水过程不平稳，在实时预报过程中能够学习的雨水情信息有限，人工神经网络与支持向量机等传统数据驱动模型难以使用。基于聚类、符号化等技术的模式挖掘方法，可以对典型流域历次洪水的降雨时空分布、流域状态、洪水过程、洪水情势与下垫面地理特性等进行模式提取，构建暴雨洪水特征模式库。针对中小河流洪水变化趋势难以把握、预报结果不确定性大，研究基于初始建模-情势优化-形状控制的三阶段智能预报方法。首先通过相似洪水过程簇训练，采用基于时序偏互信息的变量选择方法，优化时间加权径向基函数神经网络结构;然后利用实测雨水情、土壤含水量、河道与库塘坝蓄水等信息智能修正模型状态，建立基于集合卡尔曼滤波与径向基函数神经网络融合的智能预报方法;最后从模式库中匹配相似历史洪水特征模式进行实时反馈，建立基于过程形状控制的洪峰预报校正方法，解决非平稳水文过程的预报不确定性问题。
2.4不同信息条件下考虑库塘闸坝蓄泄的作业预报技术
中小河流的中小型水库、水塘和淤地坝数量多，大都缺乏实测水文资料和无闸门控制，如何在作业预报中考虑库塘闸坝蓄泄影响是中小河流洪水预报面临的重要问题。需要基于水利普查与卫星遥感等信息，估算库塘闸坝的蓄水容量特性，提出无水文资料库塘坝入库洪水预报方法。研究库塘闸坝蓄水量的动态计算方法，基于库塘坝蓄量动态变化和容量特性，研发无闸门控制库塘坝的泄流预报方法。基于库塘闸坝空间拓扑结构确定产汇流计算的阻断节点，在实时洪水预报中，动态进行库塘闸坝蓄泄预报，可以更加精确地进行中小河流的洪水预报。每场洪水的初始条件、边界条件与状态变量不相同，因此中小河流作业预报通常会面临不同的信息条件。需要根据不同的降雨条件、流域初始状态及状态变化快速自动适配预报方案，目前作业预报中多采用人工方法进行优选。中小河流水雨情信息变化快，作业预报的不同阶段需要读取的信息也不同，初始预报阶段更关注降雨预报信息与流域初始状态，预报过程中还要关注降雨的时空动态变化与流域工况等状态的变化。
2.5中小河流库塘闸坝蓄泄影响下防洪联合智能调度技术
中小河流洪水陡涨陡落、局部因素影响大，调控对象组合复杂、调度信息不完备，如何快速生成库塘闸坝蓄泄影响下的防洪优化调度方案是中小河流洪水防控面临的重要问题。针对中小河流防洪调度不确定性、快速响应和自动决策问题，需要通过中小河流库塘闸坝蓄泄情景模拟分析中小河流水利工程运行对河道行洪的作用，研究库塘闸坝蓄泄影响洪水特征量的时空分布规律和联动效应;分析中小河流流域内承灾体的类型及承灾能力;在此基础上建立中小河流洪水孕灾保障防洪安全和中小河流洪水致灾减小洪灾损失两类情势下的中小河流防洪调度目标函数和约束条件集;运用知识驱动和数据驱动相耦合的方法建立中小河流库塘闸坝蓄泄影响下水库群多目标多约束条件防洪联合智能调度技术;研究满足有闸控制库塘闸坝预蓄预泄调度、水库动态联调和溃坝应急调度等需求的调度预案库构造技术;形成基于智能搜索的调度方案快速自动匹配技术和基于计算智能的调度方案自动干预技术。
2.6多层次按需服务云平台构建及多重情景仿真技术
中小河流洪水防控与应急管理涉及多源数据处理、模型构建与配置、作业预报与调度、影响预报与风险评估、应急处置等多个环节，需要分析中小河流洪水防控与应急管理多业务协同关系，提出针对“情景-仿真-应对”模式的可视化技术，为实现预报预警和应急处置的快速动态展示提供技术保障;研发云环境下具有状态和交互特征的模型封装服务技术，实现不同时空尺度中小河流预报预警、风险评估、智能调度等模型耦合集成，提供数据、算法和模型多层次按需服务;开展示范流域防洪能力与灾害的数据调查，建立示范流域防洪能力与灾害数据库;研究洪水淹没区快速生成算法，在三维GIS环境下实现虚拟现实仿真技术以及动态淹没分析方法，实现影响预报、风险预警、应急处置的可视化技术，提供不同层次的中小河流洪水预警的数字产品和服务。研究云平台构建技术，研制中小河流洪水预警预报智能调度决策支持平台，依据洪水防控与应急处置目标，实时制作发布洪水影响预报结果，实现提高洪水预报精度和延长预见期的目标。
结束语
洪涝灾害是自然界严重的自然灾害，近年来在中小河流频发。中小河流洪水陡涨陡落、局部因素影响大、洪水灾害突发性强、发展速度快，加强中小河流洪水防控的理论基础研究、构建中小河流精细与智能实用预报模型及预警预报智能调度决策支持平台，对于提升中小河流的洪水防控能力与流域应急管理水平具有重要的科学和工程应用推广价值。
参考文献
[1]孙新国．水利工程影响下的洪水预报及历史暴雨洪水重现研究［D］．大连:大连理工大学，2016．
[2]侯静雯，叶爱中，甘衍军，等．洪水灾害危险性评价方法的研究与改进［J］．南水北调与水利科技，2018，16(1):57-62，