[发明专利]一种基于WRF-Hydro模型的混合产流区次洪预报方法

说明书

本发明提供一种基于WRF‑Hydro模型的混合产流区次洪预报方法，包括搜集典型雨洪过程资料，还包括以下步骤：输入场采用高分辨率同化降雨数据，设置WRF‑Hydro水文模式参数；基于WRF‑Hydro水文模式参数，输出径流预报结果；对径流预报结果进行评价；当径流预报结果不在许可误差范围内时，对WRF‑Hydro水文模式参数进行优化；基于优化后的WRF‑Hydro水文模式参数，输出新的径流预报结果并进行评价；发布预报结果。本发明针对当前WRF‑Hydro陆面水文模式测试和应用的不足，结合混合产流区的特点，综合考虑洪峰流量、峰现时间、径流量和洪水过程4个洪水要素，以最少的参数方案减小WRF‑Hydro水文模式模拟与预报的不确定性，以使水文模型能够更好地满足中小流域的洪水预报需求。

技术领域

本发明涉及径流模拟与预报的技术领域，特别是一种基于WRF-Hydro模型的混合产流区次洪预报方法。

背景技术

在传统的水文预报中，水文模型的输入主要是雨量计观测到的“落地雨”。预报时间取决于流域的汇流时间，预报的准确性受雨量计数量的限制。为了进一步延长预报提前时间和提高预报精度，越来越多地使用中尺度数值天气预报模式(NWP)，以取代“落地雨”模式。目前，将水文模型与细尺度NWP模型(1-10 km)结合在一起进行流量实时预报已成为一种很有前途的方法。水文模型与精细尺度大气模型的耦合已被证明有可能充分预测流域出口的流量。近年来，大气-水文耦合预报系统的研究正朝着描述更详细、更复杂的陆面水文过程的方向发展。

WRF-Hydro包含了高分辨率的地形和水文数据，如产汇流、下渗、蒸发等，由多个参数组成，具有很大的不确定性，关键参数的选取对于准确再现径流过程具有重要意义，通过考虑径流以及过程线的整体形状来校准参数。

2019年第11期的《水电能源科学》杂志上公开了刘昱辰、刘佳、李传哲、王维、焦裕飞的题目为《WRF-Hydro模式在水文模拟与预报应用中的研究进展》的文章，介绍了WRF-Hydro模式的应用进展，探讨和总结了WRF-Hydro在水文模拟与预报中的应用概况、主要参数的敏感性及在应用中WRF/WRF-Hydro双耦模式与WRF独立运行模式的异同。结果表明，WRF-Hydro能够对水循环关键要素如降水、土壤湿度、产流等实现在耦合、非耦合情况下的模拟和预报，是具有物理机制的数值预报工具，能够进一步改进水文气象要素的模拟和预报能力；在应用和分析其水文性能前，应对WRF-Hydro的主要参数进行敏感性试验和率定。通常，入渗系数（REFKDT）被认为是对产流量影响最敏感的参数，曼宁糙率系数（MannN）是对流量过程线影响最大的参数；与WRF模式相比，WRF/WRF-Hydro双耦模式能够在不同空间网格上实现对大气、陆面和水文过程的多尺度模拟，能够更好地模拟和预报降雨和陆面水循环过程；WRF-Hydro与大气模式的耦合将成为未来大气水文耦合模拟与预报研究的发展趋势，但现在双向耦合的研究尚未完全成熟，还需在更多不同气候区的不同类型流域、针对不同降雨产流过程进行进一步的验证，同时开展参数优化技术研究，以提高水文气象要素的预报能力。但是，WRF-Hydro模式的径流预报效果不仅与关键参数的不确定性密切相关，还与驱动数据密切相关。该方法的缺点是，WRF-Hydro模式参数的率定不能消除驱动数据带来的降雨预报误差，因此，更真实的降雨驱动是非常必要的，如多源数据同化技术同化天气雷达的观测数据等，可以在一定程度上提高参数优化的准确性，提高降雨预报的精度和水文预报的效果。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明提出的一种基于WRF-Hydro模型的混合产流区次洪预报方法，针对当前WRF-Hydro陆面水文模式测试和应用的不足，结合混合产流区的特点，综合考虑洪峰流量、峰现时间、径流量和洪水过程4个洪水要素，一定程度上减小WRF-Hydro水文模式模拟与预报的不确定性，采用高分辨率同化降雨数据代替大气模式输出的降雨数据，提供运行时段的气象要素预报，不仅可以为该模式在研究区内的预报径流提供依据，同时为气象、水利等有关部门调整参数取值提供合理的预报方案，以使水文模型能够更好地满足小流域的洪水预报需求。