数据驱动的暴雨洪涝灾害过程模拟方法

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“五害之首水为大”,洪水一直以来都是全球各种自然灾害中最频发、危害最为严重的一种,我国作为遭受洪涝灾害最为严重的国家之一,每年洪涝灾害都会造成巨大的经济损失甚至危害生命,严重影响了社会的繁荣与稳定。科学认识暴雨洪涝问题并利用科学技术手段来减少洪水灾害带来的损失是亟待解决的问题。近年来,随着GIS、计算机技术的快速发展,洪涝模拟技术作为重要的减灾防灾手段,在防洪抢险、灾情评估、减灾辅助决策过程中发挥着重要的作用。与此同时,我国高分卫星数据和水文观测数据获取日益丰富,为灾害的评估与救灾提供了更加详细的实测数据。本文分析了近年来洪涝过程模拟技术的发展现状,以基于元胞自动机模型的洪涝过程模拟模型来进行模拟,具有建模简单、顾及水文损失的优点,阐述了元胞自动机的原理及其与洪涝过程模拟之间的关系,然后建立了基于元胞自动机的暴雨洪涝过程模拟模型,重点分析了在暴雨洪涝情形中模型的产流、汇流计算过程。之后,分析了由于模型参数的不确定性引发的模拟结果的差异,提出了利用实测数据如水文观测数据、遥感数据提取的实测淹没信息与模拟结果进行对比分析对基于元胞自动机的洪涝过程模型提出了参数优化规则与方法流程,通过参数优化来获取更加准确的洪涝模拟结果,避免了以往模拟过程中针对不同的地理环境,模拟参数是静态的、不可调整的情况。针对2014年5月22日-25日粤北清远地区发生的暴雨洪涝事件,结合降雨数据、水位数据、遥感影像、基础地理数据等数据进行洪涝过程模拟实验。实验分析了模型参数对模拟结果产生的影响,基于CA模型模拟了暴雨洪涝发生的过程,然后基于本文提出的参数优化方法利用高分卫星数据提取的淹没范围和淹没水深以及实测水位数据分别对模型进行了参数优化。研究结果表明数据驱动的暴雨洪涝过程模拟模型利用现有实测数据作为模型数据源,通过对模型参数按照一定的规则进行优化,减小了由于模型参数的不确定性导致的模拟结果的误差,更为准确地模拟了洪水的趋势、受灾情况,为防汛减灾工作提供极大决策支持,可以极大地减轻灾害造成的影响。但是本文的方法也有不足之处,在遥感影像洪水水深的提取、对洪水蒸发量的忽略以及未考虑城市排水管网的问题需要今后进步一探讨。
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