基于遥感大数据的安阳河流域洪水预报技术设计

赵静怡

（安阳市彰武南海水库工程管理局，河南 安阳 455000）

1 工程概况

安阳河流域是海河流域卫河的第二大支流，流域全长164 km，面积1 920 km2，且流域地形总体呈西高东低趋势。安阳河流域在2016年7月发生“7·19”特大洪水后便开始着力建设全流域山洪灾害易发区检测预警系统以及群测群防系统，目前已经基本建成覆盖全流域的山洪灾害实时监测预报预警系统，现有的安阳河流域山洪灾害预警体系无法满足防汛部门对于江河范围洪水联合调度及联合预警方面的实际需求。以流域现有山洪灾害监测预警系统平台为依托，加强对监测成果的数据集成、挖掘分析，积极拓展现有监测系统的应用范围，构建起支撑江河范围的洪水联合调度及联合预报技术，对于流域平稳度汛及洪水资源合理开发利用意义重大。

2 洪水预报技术设计

技术体系设计在充分分析安阳河流域洪水预报预警现状及实际需求的前提下，提出以卫星遥感大数据为支撑的“天-空-地”三个层位的流域洪水预报技术。在该技术的基础上结合应用GIS中的成因推理工具、产汇流模型以及BTOPMC分布式水文模型，集合卫星遥感遥测技术、数字流域技术、航测技术及数字气象、地理信心技术，构建起以遥感大数据为依据和依托的安阳河流域降雨预报分析、水库联合调度、河道洪水演进等模块为核心的流域洪水测报模型，旨在实现安阳河流域从降水、防洪分析，到调度决策及决策评估等全过程的高效管理，使流域防洪联动及综合调度、会商等能力显著提升。

2.1 技术方案

2.1.1 收集数据

应用互联网技术收集全球范围内气象云图、辐射、雷达等资料，并进行影响数据、历史水文、地理数据等的高精度遥感；结合流域洪水测报需求收集流域范围内社会经济发展数据、河道地形地貌、水库利库容及水电站发电规模、灌区作物类型及灌水规模等参数；并通过具体技术手段打通流域洪水预报端与国家气象局、天气预报中心、气象厅等气象数据采集通道。

2.1.2 分析数据

数据清洗可采用自动或手动两种方式，在数据分析前应进行数据库格式的统一设置，应用数字高程模型（Digital Elevation Model，DEM）生成全球水系图，结合土地利用、地形地貌、全球影像等数据进行对应流域历史水文数据及参数的自动分析并校正，基于此，将从多渠道获取的气象水文数据融合处理，自动生成5 km2×5 km2网格化数据后输入模型，并同时修正模型参数，从而形成数据闭环，使测报精度不断提升。

2.1.3 技术方案

安阳河流域梯级水库数量多、规模大，关联范围广，且流域水系复杂，出于防洪调度系统便捷集成、灵活部署、稳定高效运行、维护简便等方面的考虑，以水利行业现行标准及信息安全机制为根基，以安阳市水利业务信息交互共享及发布为依托，构建起兼具防洪形势分析、防洪调度演算、调度方案管理及复查评估、防洪预案研判等功能在内的由数据层、应用层、功能层及用户层所构成的流域洪水测报系统。具体见图1和图2。安阳河流域洪水测报技术模型主要采用混合云结构，其私有云部分的作用在于采集、分析互联网公共数据并进行模型运算、数据提炼和推送；而公共云部分则主要用于数据存储、地理信息服务和门户网站托管等。

图1 安阳河流域洪水预报预警平台技术框架图

图2 安阳河流域洪水测报服务系统图

2.2 技术特点及优势

构建的安阳河流域洪水预报模型依托于统一感知和海量计算，能有效实现流域雨洪一体化测报，具备区域服务通用化、测报结果实用化等特征，能显著提升流域雨洪预报的时效性与准确性，对于无测报设施的流域洪水预报优势明显。该模型所依托的地形地貌、降水等专业数据均来自全球公共资源数据库，信息量大，权威且可靠。模型参数可直接提取自地表物理特征，测报精度高、运算速度快，并注重大数据、云计算等技术与流域洪水测报过程的有机结合，突出迭代演进，可保证模型数据的实时更新。

以卫星遥感大数据为依托的流域降水及洪水测报技术可使流域降水测报的时空分辨率显著提升。从空间和时间两个角度对卫星降水数据进行降尺度分解，并根气象雷达和地面气象数据加工、清洗、修正卫星降水数据，生成5 km2×5 km2、1/2h～72h 的连续性、高精度、网格化洪水测报信息。构建的以GIS 技术为支撑的BTOPMC 分布式水文物理模型为水文资料缺乏流域和地区洪水测报提供了可行思路。该水文模型在所计算出的土壤含水量的基础上进行土壤实时下渗率推求，并比照降水过程模拟净雨过程，深入分析影响流域河网调蓄因素的基础上构建起契合流域实际的汇流模型，具有很强的普适性和通用性。

3 洪水预报模型的应用情况

构建的安阳河流域洪水测报系统根基流域水雨情及水库工程工情服务要求，由流域管理局统一部署、集成适用。其中计算服务、web 服务及业务数据库、后台服务等均为需部署的内容。

自2021年初起，该设计成果便开始应用于安阳河流域洪水测报预警及水库防汛调度活动中，根据相关统计，在2021年汛期内安阳河流域灌区耕地淹没面积减少1万hm2，直接增收粮食产量约36.45万t，直接受灾人口数减少25.40万人，并有效避免了流域流经范围内公路、铁路及沿岸乡镇等交通设施设备、建筑物受淹。按照安阳河流域2021年汛期防洪减灾效益相关统计数据及报表并结合《已成防洪工程经济效益分析计算及评价规范》（SL 206-2014）等进行计算，2021年汛期安阳河流域直接防洪经济效益逾8 865万元，经济效益和社会效益十分显著。

4 结论

在结合卫星遥感大数据降水预报技术以及GIS 产汇流模型、BTOPMC分布式水文物理模型等现有流域洪水预报技术的基础上，提出的基于遥感大数据的安阳河流域洪水预报技术模型具有较强的普适性和通用性，可大大延长流域洪水预测期与预见期，保证测报精度。项目成果在安阳市其他流域水旱灾防御领域得到应用，经济效益和社会效益较为凸显。