一种预报城市流域洪涝的方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种城市流域洪涝的预测方法及系统，方法包括：根据历史资料确定城市地区的雨型时空分布；根据雨型时空分布及河道洪水边界条件，利用精细化洪涝模型通过模拟该地区不同情景下的参数建立洪涝模拟情景库；基于模拟数据建立暴雨洪涝关系式、内涝模拟关系式；根据雨型时空分布将获取预报降雨数据进行修正，划分不同的情景；将暴雨洪涝关系式、内涝模拟关系式与不同情景进行数据匹配，匹配度大于预设时，将洪涝模拟情景库中的模拟数据作为预报城市流域洪涝信息。本发明专利技术可快速计算预见期内各节点洪峰流量和洪水总量，以及积水点位置、积水深度、积水历时等信息，实现城市洪涝灾害的快速预报研判，为防洪排涝应急管理争取宝贵时间。

【技术实现步骤摘要】
一种预报城市流域洪涝的方法及系统
本专利技术涉及水文预测
，具体涉及一种预报城市流域洪涝的方法及系统。
技术介绍
洪涝灾害是当今世界上给人类带来损失最大的自然灾害之一，受城市雨岛效应的影响，城市范围局地短时强降雨频发，以及特殊的地形地势和下垫面条件，加之人口、社会经济等致灾因素的叠加，大大增加了城市洪涝灾害的风险性和不确定性。数值模型是城市防洪减灾的重要技术手段，随着城市洪涝模型日趋精细化，模拟要素及参数日渐丰富，模型发展与监测信息高度密集不匹配，模型算法冗余度持续增加，由于城市流域产流量大、汇流快的自然属性，存在预报模拟计算城市流域洪涝所需的时间较长，预留给防汛指挥决策的时间短的问题。
技术实现思路
因此，本专利技术提供的一种预报城市流域洪涝的方法及系统，克服了现有技术中在预报模拟计算城市流域洪涝所需的时间较长，预留给防汛指挥决策的时间短的缺陷。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：第一方面，本专利技术实施例提供一种城市流域洪涝的预测方法，包括：提取待预测城市地区历史场次降雨数据集，对各场次各雨量站在预设时间内的降雨时间序列样本进行分析，确定该城市地区的雨型时空分布；根据雨型时空分布及河道洪水边界条件，利用精细化洪涝模型，模拟该地区不同情景下各河道节点的洪水特征参数及积水特征参数，建立洪涝模拟情景库；基于洪涝模拟情景库的模拟数据，建立暴雨洪涝关系式、内涝模拟关系式；根据雨型时空分布，将获取预报降雨过程的降雨数据进行修正，划分安全情景和不利情景；将暴雨洪涝关系式、内涝模拟关系式分别与安全情景及不利情景进行数据匹配，当匹配度大于预设数值时，将洪涝模拟情景库中对应的模拟数据作为预报城市流域洪涝信息。在一实施例中，确定该城市地区的雨型时空分布的步骤，包括：根据待预测城市区域各场次各雨量站在预设时间内的降雨时间序列样本，计算各场次各雨量站在预设时间内的降雨比例；基于k-means算法对该地区的各场次的天气移动路径进行划分；利用k-means算法对天气移动路径及降雨比例进行聚类分析，分类提取各雨量站的降雨雨型；根据各雨量站点的位置构建泰森多边形，划分各雨量站雨型空间分布；基于各雨量站的降雨雨型及对应雨型空间分布，确定该地区的雨型时空分布。在一实施例中，通过以下公式计算各场次在预设时间内的降雨比例：xi＝max{Pij},j∈[1,n]其中，m为雨量站数量；n为降雨场次总数；T为降雨时段；xi为第i个雨量站预设时间降雨时间序列；Pij为第i个雨量站的第j场降雨的预设时间降雨总量，为第i个雨量站在预设时间按降雨序列中第t个时段雨量；为第i个雨量站预设时间降雨总量；为第i个雨量站的预设时间降雨序列中第t个时段雨量比例。在一实施例中，将预报降雨过程作为安全情景，将实际雨型修正后的预报降雨过程作为不利情景。在一实施例中，应用精细化洪涝模型，模拟该地区不同情景下各河道节点的洪水特征参数及积水特征参数，建立洪涝模拟情景库，包括：根据设计雨型、降雨雨型，区分长历时与短历时情景，获取长历时与短历时情景对应频率的河道洪水边界条件，应用精细化洪涝模型进行模拟，生成各河道雨量站点的洪峰流量和洪水总量、区域积水点位、积水深度及积水历时参数，构建洪涝模拟情景库。在一实施例中，通过以下公式将获取预报降雨过程的降雨数据进行修正：式中，为第i个区域的第t时段修正后的降雨量；Pi为第i个区域的预报降雨总量；为第i个区域的第t时段降雨比例。在一实施例中，基于洪涝模拟情景库的模拟数据，建立暴雨洪涝关系式、内涝模拟关系式，包括：根据不同场景的洪水总量、洪峰流量、峰现时间的线性关系建立线性回归数学表达式，作为暴雨洪涝关系式；根据不同场景的积水深度、积水历时、积水范围的线性关系建立线性回归数学表达式，作为内涝模拟关系式。第二方面，本专利技术实施例提供一种城市流域洪涝的预测系统，包括：雨型时空分布确定模块，用于提取待预测城市地区历史场次降雨数据集，对各场次各雨量站在预设时间内的降雨时间序列样本进行分析，确定该城市地区的雨型时空分布；洪涝模拟情景库建立模块，用于根据雨型时空分布及河道洪水边界条件，利用精细化洪涝模型，模拟该地区不同情景下各河道节点的洪水特征参数及积水特征参数，建立洪涝模拟情景库；洪涝、内涝关系式建立模块，用于基于洪涝模拟情景库的模拟数据，建立暴雨洪涝关系式、内涝模拟关系式；城市流域洪涝信息预报模块，用于根据雨型时空分布，将获取预报降雨过程的降雨数据进行修正，划分安全情景和不利情景；将暴雨洪涝关系式、内涝模拟关系式分别与安全情景及不利情景进行数据匹配，当匹配度大于预设数值时，将洪涝模拟情景库中对应的模拟数据作为预报城市流域洪涝信息。第三方面，本专利技术实施例提供一种终端，包括：至少一个处理器，以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器，其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器执行本专利技术实施例第一方面所述的城市流域洪涝的预测方法。第四方面，本专利技术实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行本专利技术实施例第一方面所述的城市流域洪涝的预测方法。本专利技术技术方案，具有如下优点：本专利技术提供的城市流域洪涝的预测方法及系统，根据历史资料确定城市地区的雨型时空分布；根据雨型时空分布及河道洪水边界条件，利用精细化洪涝模型通过模拟该地区不同情景下的参数建立洪涝模拟情景库；基于模拟数据建立暴雨洪涝关系式、内涝模拟关系式；根据雨型时空分布将获取预报降雨数据进行修正，划分不同的情景；将暴雨洪涝关系式、内涝模拟关系式与不同情景进行数据匹配，匹配度大于预设时，将洪涝模拟情景库中的模拟数据作为预报城市流域洪涝信息。本专利技术可快速计算预见期内各节点洪峰流量和洪水总量，以及积水点位置、积水深度、积水历时等信息，实现城市洪涝灾害的快速预报研判，为防洪排涝应急管理争取宝贵时间。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的一种城市流域洪涝的预测方法的一个具体示例的流程图；图2为本专利技术实施例提供的北京市6种雨型类型图；图3为本专利技术实施例提供的北京市6种雨型分布图；图4为本专利技术实施例提供的张家湾闸降雨量与洪峰流量关系图；图5为本专利技术实施例提供的一种城市流域洪涝的预测系统的模块组成图；图6为本专利技术实施例提供的一种终端一个具体示例的组成图。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种城市流域洪涝的预测方法，其特征在于，包括：/n提取待预测城市地区历史场次降雨数据集，对各场次各雨量站在预设时间内的降雨时间序列样本进行分析，确定该城市地区的雨型时空分布；/n根据雨型时空分布及河道洪水边界条件，利用精细化洪涝模型，模拟该地区不同情景下各河道节点的洪水特征参数及积水特征参数，建立洪涝模拟情景库；/n基于洪涝模拟情景库的模拟数据，建立暴雨洪涝关系式、内涝模拟关系式；/n根据雨型时空分布，将获取预报降雨过程的降雨数据进行修正，划分安全情景和不利情景；将暴雨洪涝关系式、内涝模拟关系式分别与安全情景及不利情景进行数据匹配，当匹配度大于预设数值时，将洪涝模拟情景库中对应的模拟数据作为预报城市流域洪涝信息。/n

【技术特征摘要】
1.一种城市流域洪涝的预测方法，其特征在于，包括：
提取待预测城市地区历史场次降雨数据集，对各场次各雨量站在预设时间内的降雨时间序列样本进行分析，确定该城市地区的雨型时空分布；
根据雨型时空分布及河道洪水边界条件，利用精细化洪涝模型，模拟该地区不同情景下各河道节点的洪水特征参数及积水特征参数，建立洪涝模拟情景库；
基于洪涝模拟情景库的模拟数据，建立暴雨洪涝关系式、内涝模拟关系式；
根据雨型时空分布，将获取预报降雨过程的降雨数据进行修正，划分安全情景和不利情景；将暴雨洪涝关系式、内涝模拟关系式分别与安全情景及不利情景进行数据匹配，当匹配度大于预设数值时，将洪涝模拟情景库中对应的模拟数据作为预报城市流域洪涝信息。


2.根据权利要求1所述的城市流域洪涝的预测方法，其特征在于，确定该城市地区的雨型时空分布的步骤，包括：
根据待预测城市区域各场次各雨量站在预设时间内的降雨时间序列样本，计算各场次各雨量站在预设时间内的降雨比例；
基于k-means算法对该地区的各场次的天气移动路径进行划分；利用k-means算法对天气移动路径及降雨比例进行聚类分析，分类提取各雨量站降雨雨型；
根据各雨量站点的位置构建泰森多边形，划分各雨量站雨型空间分布；基于各雨量站的降雨雨型及雨型空间分布，确定该地区的雨型时空分布。


3.根据权利要求2所述的城市流域洪涝的预测方法，其特征在于，通过以下公式计算各场次在预设时间内的降雨比例：









其中，m为雨量站数量；n为降雨场次总数；T为降雨时段；xi为第i个雨量站预设时间降雨时间序列；为第i个雨量站的第j场降雨的预设时间降雨总量，为第i个雨量站在预设时间按降雨序列中第t个时段雨量；为第i个雨量站预设时间降雨总量；为第i个雨量站的预设时间降雨序列中第t个时段雨量比例。


4.根据权利要求1所述的城市流域洪涝的预测方法，其特征在于，将预报降雨过程作为安全情景，将实际雨型修正后的预报降雨过程作为不利情景。


5.根据权利要求1所述的城市流域洪涝的预测方法，其特征在于，应用精细化洪涝模型，模拟该地区不同情景下各河道节点的洪水特征参数及积水特征参数，建立洪涝模拟情景库，包括：
根据设计雨型、降雨雨型，区分长历时与短...

【专利技术属性】
技术研发人员：李永坤，罗彬珈，刘洪伟，张岑，邸苏闯，于磊，霍风霖，薛志春，王丽晶，卢亚静，张东，
申请(专利权)人：北京市水科学技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11