基于水文-水动力集成模型的洪水高效预警方法及其应用

技术特征：
1.一种基于水文-水动力集成模型的洪水高效预警方法，其特征为：包括如下步骤：步骤1：收集某区域地形数据和土地利用数据；步骤2：输入逐小时降雨强度r；步骤3：通过水文物理模型，利用质量守恒定律建立起集水区内总输入速率、总贮水量增长速率和总输出速率之间的平衡关系；步骤4：根据2d kinematic-wave水动力模型建立起断面出流速度和断面平均水深的水力联系；步骤5：在步骤3和步骤4的基础上，根据水文物理模型与2dkinematic-wave水动力模型所求断面出流速度和集水区内的总贮水量应该时时相等，搭建起两个模型的两层联立关系；步骤6：根据步骤5，构建基于水文-水动力集成模型的洪水高效预警方程；步骤7：根据历史观测资料，对基于水文-水动力集成模型的洪水高效预警方法中的计算参数继续率定；步骤8：输出洪水水深、流速的计算结果。2.根据权利要求1所述的基于水文-水动力集成模型的洪水高效预警方法，其特征为：所述步骤1中的数据包括数字高程信息(dem)和下垫面糙率系数。3.根据权利要求1所述的基于水文-水动力集成模型的洪水高效预警方法，其特征为：所述步骤3中水文物理模型结构为：假设某一集水区为一个概念性水箱，设定概念性水箱内的水高h乘以集水区面积a表征集水区内的总贮水量w，水箱侧边出口的出流速率q乘以集水区面积a表征集水区边界p点的出流速度q。4.根据权利要求3所述的基于水文-水动力集成模型的洪水高效预警方法，其特征为：所述步骤3中平衡关系；q＝q
x
×
a(x),w＝h
x
×
a(x)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)式中,r为降雨强度(mm/h)；qx为集水区出流速率(m/s)；hx为计算位置上游集水区平均水深(m)；i为集水区入渗速率(m/s)；t为时间(s)；q为集水区出流速度(m3/s)；w为集水区总贮水量(m3)；a(x)为计算位置上游集水区面积(m2)。5.根据权利要求1所述的基于水文-水动力集成模型的洪水高效预警方法，其特征为：所述步骤4中2d kinematic-wave水动力模型设定为在一个集水区的地表面，一部分降雨渗透进土壤中，剩余的降雨在地表面聚集形成径流，在地表面的径流只考虑径流沿x方向和y方向的平面流动，不考虑径流沿z方向的垂直流动，集水区内的径流最终全部经过x断面流出。6.根据权利要求5所述的基于水文-水动力集成模型的洪水高效预警方法，其特征为：所述步骤4中平衡关系水力联系为：骤4中平衡关系水力联系为：
式中，h为断面处水深(m)；n
m
为曼宁系数(s/m
1/3
)；qx为x方向线出流量(m2/s)；qy为y方向线出流量(m2/s)；sx为x方向地形梯度(1)；sy为y方向地形梯度(1)。7.根据权利要求1所述的基于水文-水动力集成模型的洪水高效预警方法，其特征为：所述步骤5两个模型的两层联立关系：8.根据权利要求1所述的基于水文-水动力集成模型的洪水高效预警方法，其特征为：所述步骤6中洪水高效预警方程：式中，qx为计算位置x-断面处出流速率(m/s)；为集水区平均曼宁系数(s/m
1/3
)；s为计算处置处地形梯度(1)；为集水区平均地形梯度(1)；hx为计算位置处上游集水区平均水深(m)；h(x)为计算位置处的水深(m)；b(x)为计算位置处的断面宽度(m)；v(x)x为计算位置处x方向的流速(m/s)；v(x)y为计算位置处y方向的流速(m/s)；a(x)为计算位置处b(x)所对应的上游集水面积(m2)。9.根据权利要求1所述的基于水文-水动力集成模型的洪水高效预警方法，其特征为：所述步骤7中历史观测资料包括逐小时降雨量r、洪水水深和流速。10.将权利要求1-9任一所述的基于水文-水动力集成模型的洪水高效预警方法应用于洪水预警系统中。

技术总结
基于水文-水动力集成模型的洪水高效预警方法及其应用，包括如下步骤：收集某区域地形数据和土地利用数据；输入逐小时降雨强度R；通过水文物理模型，利用质量守恒定律建立起集水区内总输入速率、总贮水量增长速率和总输出速率之间的平衡关系；根据2Dkinematic-wave水动力模型建立起断面出流速度和断面平均水深的水力联系；根据水文物理模型与水动力模型所求断面出流速度和集水区内的总贮水量应该时时相等，搭建起两个模型的两层联立关系；构建基于水文-水动力集成模型的洪水高效预警方程；根据历史观测资料，对基于水文-水动力集成模型的洪水高效预警方法中的计算参数继续率定；输出洪水水深、流速的计算结果。流速的计算结果。


技术研发人员：朱玉龙 张亚芬 杨家强 王远坤
受保护的技术使用者：华北电力大学
技术研发日：2022.04.21
技术公布日：2022/7/22