河海大学3项成果入选科技部支撑防汛救灾重点专项！
中国校园在线2020-09-02 17:53
近日，科技部在“重大自然灾害监测预警与防范”等重点专项中遴选出24项技术装备、成果来支撑防汛救灾。河海大学短时临近精细化雨量预报场技术、网格化精细预报降雨径流水文模型技术和精细化网格预报与智能化预报技术等3项科研成果获推荐应用。
今年以来，我国中小河流洪水频发重发，长江、淮河、太湖等多流域洪水并发，多地发生严重洪涝灾害。面对严峻汛情，河海大学国家重点专项“中小河流洪水防控与应急管理关键技术研究与示范”项目组成员主动作为，推进技术研发，强化科技支撑，服务防汛工作。紧密围绕防汛减灾工作的现实需要，通过气象预报、洪水预报预警等方面的技术服务，为水利、应急管理部门提供防汛科技支撑，积极为打赢防汛减灾硬仗贡献智慧和力量。
详细介绍如下：
短时临近精细化雨量预报场技术
该技术基于多源信息融合的雨量实况场、雷达智能外推和GRAPES-3公里模式，通过最优融合技术构建逐分钟级精细化网格降水实况，并利用多尺度光流法技术构分钟级临近降水预报，提供未来2小时逐10分钟全国精细化降水预报。利用气象水文耦合技术，将降雨数值预报结果和洪水预报进行耦合，降雨预报精度提高了3%至5%，洪水预报的预见期从过去的1天延长到3天。该技术已经于2020年4月正式成为中国气象局精细化降水预报业务体系组成部分，并在汛期前正式落地国家级智能网格降水系统平台投入业务应用，为突发性精细化降水的临近预报提供支撑。
国家级智能网格降水预报系统平台
例：
2020年6月18日16-17时北京发生局地中γ尺度强降水，局地小时雨强达到30-50毫米。这次傍晚的北京局地强降水，表现为局地性强，可预报性低的特点，难以在短期预报中给予准确预报。利用本技术支撑的短临降水预报，可以提前30分钟到1小时，给出该局地强降水预报。因此分钟级临近预报能提前30分钟到1小时给出较好的位置和强度的预报。
北京6月18日16:50-17:00实况降水(左） 16:30起报16:50-17:00预报降水（右）
2020年7月6日20时-7日20时安徽黄山市地区受强降水影响，局地小时雨强达到30-50毫米。这次安徽黄山市地区的强降水主雨带东移南压，但其中包含多数中小尺度对流系统，表现为局地性强，可预报性低的特点，难以在短期预报中给予准确预报。利用本技术支撑的短临降水预报，针对强降水中心，具备1小时以上的预见期，给出该局地强降水预报，对防灾减灾进一步延长了预报时效。因此分钟级临近预报能提前30分钟到1小时给出较好的位置和强度的预报。
2020年7月7日05时+60分钟黄山市地区10分钟短时强降水实况图
2020年7月7日06时黄山市地区10分钟短时强降水预报图
网格化精细预报降雨径流水文模型技术
该技术综合考虑我国华北地区下垫面变化影响以及西北地区超渗产流的水文模型。项目研发的栅格新安江-海河模型、栅格蓄超动态组合模型和栅格蓄超动态组合-拦蓄模型，实现了对流域超渗产流和蓄满产流的时空过程甄别和对地表水利工程拦蓄与地下水超采影响的精细刻画，有效地提高了半干旱半湿润和人类活动影响较强地区的洪水模拟预报精度。目前模型已经开发完成，初步具备应用到海河流域等预报难点地区，为今年“七下八上”华北防洪关键期洪水防范应对工作提供了技术支撑。
栅格新安江-海河模型通过地下和地表拦蓄元件实现了对地表水利工程拦蓄与地下水超采影响的精细刻画。地下水开采是海河流域非常重要的人类活动，导致地下水面快速下降。模型通过概化地下水与河道的水力联系，可有效计算出“地下拦蓄水库”的空间分布，从而科学地反映地表径流、壤中流和地下径流对地下水库的补给。新中国成立以来尤其是改革开放以来，海河流域兴建了大量的水利工程及水土保持工程，这些工程具有拦蓄洪水和消减洪峰的作用，对洪水影响显著。模型中的“地表拦蓄水库”元件可精确定位主要水利工程的控制区域，对控制区域的地表径流进行拦截。栅格新安江-海河模型的概念性“双拦蓄水库”元件准确刻画了人类活动的流域水文响应，有效地提高了海河流域人类活动影响较强地区的洪水模拟预报精度。
北辛店流域区域地下水水位空间分布图
栅格蓄超动态组合模型可将超渗产流和蓄满产流机制有机结合，充分利用下垫面的土壤和植被空间分布信息模拟产流的空间变化；模型亦可根据降雨强度和土壤湿度的综合效应模拟某一区域从超渗产流到蓄满产流的转变。准确描述产流模式的时空动态变化，并生动展现超渗产流区域和蓄满产流区域的变化与发展规律。该模型可有效提高半干旱半湿润地区的洪水模拟预报精度。
栅格蓄超动态组合-拦蓄模型结合了栅格新安江-海河模型和栅格蓄超动态组合模型的优点，既可反映海河流域地下水超采、水利水保工程建设和土地利用变化对流域水文过程的影响，又能准确捕捉降雨、土湿等动态因子对产流模式的控制效应。可以适应海河流域的自然与社会区域特性，充分展现流域产汇流过程对人类活动和自然因素的综合响应，有效提高该流域的洪水预报精度。
北辛店流域模型模拟的产流模式时空动态变化过程
精细化网格预报与智能化预报技术
该技术通过精细化网格预报模型与智能化预报模型的形式集成到中小河流预报预警与智能调度平台中，通过网格化流域预报，能够预报流域内任何一个地点的流量及水位。目前，中小河流预报预警与智能调度平台架构已经完成，实现了模型管理、方案管理、作业预报、自动预报等功能，并对降雨、水文、流量等实时水雨情信息进行可视化展示。平台基于微服务的架构支持众多水文预报模型、降雨预报模型、调度模型以及风险评估模型的集成，基于分布式计算提供精细化网格模型的快速高效计算，以支持实时的水文预报。在安徽屯溪、福建漳州平和、龙山、马口以及南京秦淮河等5个中小河流流域实时预报中得到应用，取得满意效果。
秦淮河流域洪水预报决策支持平台
漳州市中小河流洪水预报决策支持平台
近期将集成临近降雨预报、土壤含水量模型、流域初始状态计算模型、快速预警模型、集合预报、智能调度、风险评估、应急处置等功能，支持洪水预警、预报、风险防控，实现中小流域洪水防控的完整业务流程。
3项科研成果均依托国家重点研发计划“重大自然灾害监测预警与防范”重点专项“中小河流洪水防控与应急管理关键技术研究与示范”而开发研制。该重点专项由河海大学水文学院和信息学部计信学院牵头，水利部信息中心、国家气象中心、南京水利科学研究院、中国水利水电科学研究院、清华大学、浙江大学、河北省水文水资源勘测局、陕西省水文水资源勘测局、安徽省水文局10个单位组成的项目组承担。国家重点研发计划“重大自然灾害监测预警与防范”重点专项主要面向重大自然灾害监测预警与防范的国家重大战略需求，针对重大地震灾害、重大地质灾害、极端气象灾害、重大水旱灾害的监测预警、风险防控与综合应对中的关键科学技术问题开展基础研究、技术研发和集成应用示范，为经济社会持续稳定安全发展提供科技保障，为提升国家防灾减灾救灾能力，保障人民生命财产安全和国家社会经济安全可持续发展提供科技支撑。
来源：河海大学 河海大学官网、水文院 编辑：小海螺记者团 张茜；柏蓉
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