多尺度水文水资源预报预测预警关键技术及应用研究

2017-12-20

  【项目类别】国家重点研发计划“水资源高效开发利用”专项

  【项目编号】2016YFSF020004

  【起止年限】2016.07~2020.12

  【项目负责人】余钟波

  【牵头单位】河海大学

  【参与单位】清华大学、中国科学院大气物理研究所、淮河水利委员会水文局、黄河水利委员会水文局、海河水利委员会水文局、中国水利水电科学研究院、长江委水文局、武汉大学等16家单位。

  ● 研究背景

  在气候变化与高强度人类活动共同作用下,水循环时空规律发生了复杂变异,极端气候和水文事件时空格局出现了新特点,水文节律非稳态增强,不确定性加剧。现有水文科学理论和方法,无论是物理还是统计的都难以对此进行精细刻划和揭示,提高不同尺度降水和水文水资源预报预测精度仍是水文科学界和工程界面临的难题,正在发展的大数据、星地遥感技术、全景物理实验、人工智能和动力学数学模型的结合,为流域水文循环的精确模拟提供了新途径,据此创新变化环境下基于气陆耦合的水文水资源预报预测理论,发展降低控制不确定性的多尺度预报预测预警技术和方法十分迫切。

  ● 拟解决的关键问题

  (1)气候变化下区域降水时空特征变化对水文水资源演变的影响机理;

  (2)高强度人类活动扰动下水文过程的累积响应机制;

  (3)基于气陆耦合的短中长期多尺度水文水资源预报预测及不确定性;

  (4)基于大数据异构共享及集群计算的云平台构建技术。

  ● 研究内容

  (1)基于物理实验和大数据的水文水资源规律解析;

  (2)基于气陆耦合模式的多尺度降水预测及可利用度评价;

  (3)变化环境下水文预报理论与模型研究;

  (4)非一致性条件下中长期水资源预测模型与方法;

  (5)水文水资源预报预测不确定性分析及降低控制技术;

  (6)基于云平台的水文水资源预报预测预警模型集成与应用。

  ● 研究进展

  (一)基于物理实验和大数据的水文水资源规律解析

  综合高分辨率的地形、风速、植被等因素,提出了整合全球主要微波遥感卫星平台产品的方法、发展了多源卫星-站点降雨融合新算法,建立了基于多源卫星的土壤湿度遥感反演新方法。基于实验流域开展了长期和场次尺度上地表水与地下水的稳定同位素,揭示了半湿润区山坡产流机理,建立降雨径流本构关系。

  (二)基于气陆耦合模式的多尺度降水预测及可利用度评价

  开展了AHI资料与其它卫星资料的协同同化研究,评估了多源土壤湿度资料的适用性,探讨了适合于气陆耦合模式的陆面土壤湿度初始化方案,建立了多模式集成的动力-统计客观预报模型。

  (三)变化环境下水文预报理论与模型研究

  以汉江流域、海河流域、渭河流域等为代表性流域,考虑水库集水面积与库容双因素,提出一种改进水库指标,增加地表水、土壤水、地下水等串联的垂向转化耦合模式,削减地面径流、壤中流、地下径流等并联的横向运移耦合模式,构建了全过程中尺度大气-陆面-水文耦合模型,为开展了水利工程群影响下水文过程扰动和累积效应研究奠定了基础。

  (四) 非一致性条件下中长期水资源预测模型与方法

  基于水资源足迹的水资源承载力指数,识别不同水文要素时间序列一致性变化规律,重点研究序列重构方法,建立不同类型大数据挖掘预测模型。

  (五) 水文水资源预报预测不确定性分析及降低控制技术

  开展了不同卫星降水数据产品不确定性及时空效应分析,构建了实时洪水概率预报模型的总误差分析途径。

  (六) 基于云平台的水文水资源预报预测预警模型集成与应用

  开展了水文水资源预报预测预警云平台技术对比优选,分析了云平台构建的四大关键技术,完成了水文水资源预报预测预警云平台设计架构。

项目启动会

研究区位置

试验布置

 

实地调研与考察