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基本信息
- 項目名稱：
- 暴雨洪澇災(zāi)害預(yù)報預(yù)警服務(wù)系統(tǒng)
- 小類：
- 數(shù)理
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 系統(tǒng)以甘肅隴南地區(qū)為例，在C#平臺上通過ArcGIS Engine進(jìn)行二次開發(fā)，以歷史氣象資料和天氣預(yù)報產(chǎn)品為基礎(chǔ)，分布式水文模型SWAT為核心，對隴南地區(qū)的河道徑流量進(jìn)行模擬，分析出現(xiàn)堰塞湖時的上游水位情況，并提供三小時暴雨等級預(yù)警服務(wù)。系統(tǒng)從暴雨數(shù)據(jù)讀取、SWAT水文模型徑流模擬、洪水淹沒模擬，到預(yù)報預(yù)警的二、三維顯示與輸出，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)、模型、模擬、二三維顯示的一體化、智能化全功能服務(wù)。
- 詳細(xì)介紹：
- 洪澇災(zāi)害是當(dāng)今世界上給人類帶來損失最大的自然災(zāi)害之一。我國是洪澇災(zāi)害的重災(zāi)區(qū)，20世紀(jì)90年代以來，由洪澇災(zāi)害帶來的經(jīng)濟(jì)損失占全部自然災(zāi)害損失的62%，相當(dāng)于同期GDP的1.55%。我國的災(zāi)害性洪水主要由暴雨形成，夏季暴雨災(zāi)害多為季節(jié)性暴雨。甘肅省隴南地區(qū)是我國西北部暴雨災(zāi)害的一大重災(zāi)區(qū)，其降水具有面積小、強(qiáng)度大的特點(diǎn)，每年均發(fā)生不同程度的暴雨洪澇災(zāi)害，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。構(gòu)建暴雨洪澇災(zāi)害預(yù)報預(yù)警系統(tǒng)，為政府提供實時、直觀的暴雨預(yù)報預(yù)警服務(wù)，在防災(zāi)減災(zāi)方面具有重要意義。 系統(tǒng)以甘肅隴南地區(qū)為例，在C#平臺上通過ArcGIS Engine進(jìn)行二次開發(fā)，以歷史氣象資料和天氣預(yù)報產(chǎn)品為基礎(chǔ)，分布式水文模型SWAT為核心，對隴南地區(qū)的河道徑流量進(jìn)行模擬，分析出現(xiàn)堰塞湖時的上游水位情況，并提供三小時暴雨等級預(yù)警服務(wù)。系統(tǒng)從暴雨數(shù)據(jù)讀取、SWAT水文模型徑流模擬、洪水淹沒模擬，到預(yù)報預(yù)警的二、三維顯示與輸出，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)、模型、模擬、二三維顯示的一體化、智能化全功能服務(wù)。 一、系統(tǒng)功能： 1.基礎(chǔ)數(shù)據(jù)模塊。系統(tǒng)在二維或三維顯示模式下加載基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（包括氣象數(shù)據(jù)、土壤數(shù)據(jù)、地形地貌數(shù)據(jù)、道路河網(wǎng)數(shù)據(jù)以及高分辨率遙感影像），可進(jìn)行放大縮小、三維旋轉(zhuǎn)、飛行瀏覽、查詢屬性信息等操作。 2.氣象數(shù)據(jù)模塊。支持歷史與預(yù)報氣象信息的導(dǎo)入、查詢、編輯和修改等功能。 3.徑流模擬模塊。根據(jù)導(dǎo)入的實測（預(yù)報）降水、氣溫信息，通過SWAT模型，系統(tǒng)可自動或手動對每條河道進(jìn)行徑流量模擬，并以不同粗細(xì)、不同顏色線條展示徑流量大小，也可通過點(diǎn)擊查詢或圖表形式給出各條河流的模擬徑流量數(shù)值。 4.洪水模擬模塊。出現(xiàn)堰塞湖時，用戶選擇某河段的堵塞位置以及堵塞日期，生成堵塞后的河道水深折線圖，模擬河道水位上漲過程并預(yù)測溢出時間，對堵塞后的上游危險區(qū)域進(jìn)行預(yù)報。 5.暴雨預(yù)警模塊。系統(tǒng)自動讀取三小時降水預(yù)報數(shù)據(jù)，生成降水狀況的柱狀專題圖和時間序列折線圖，根據(jù)雨量大小生成縣級暴雨等級專題圖，針對不同等級的暴雨災(zāi)害，給出決策建議。 二、創(chuàng)新性： 1.分布式水文模型SWAT是在空間信息技術(shù)發(fā)展基礎(chǔ)上形成的基于物理過程的徑流模擬模型，具有較高的準(zhǔn)確性和科學(xué)性，本系統(tǒng)將其脫離以往平臺ArcGIS（或ArcView），嵌入自行開發(fā)的系統(tǒng)軟件，克服SWAT模型在ArcGIS平臺下分步驟繁瑣運(yùn)行的缺點(diǎn)，實現(xiàn)徑流量的快速模擬 2.開發(fā)前期進(jìn)行大量數(shù)據(jù)處理，建立天氣發(fā)生器、土壤數(shù)據(jù)庫等，令軟件自帶隴南地區(qū)相應(yīng)信息，使用戶只需更新日降水、氣溫數(shù)據(jù)即可運(yùn)行SWAT模型，實現(xiàn)“傻瓜式”操作 3.添加三維洪澇災(zāi)害顯示功能，使用戶可針對不同需求進(jìn)行二三維切換，得到立體形象的洪澇災(zāi)害情景。 三、科技性： 1.系統(tǒng)中嵌入分布式水文過程模型SWAT模型，程序設(shè)計相應(yīng)參數(shù)接口，通用性、智能化水平高。 2.將氣象、水文、地形地貌等數(shù)據(jù)與水文徑流模型、暴雨預(yù)報預(yù)警等應(yīng)用模型耦合，利用GIS空間分析及可視化技術(shù)實現(xiàn)了水文徑流模擬、暴雨預(yù)報預(yù)警的二三維直觀展示。 四、社會價值： 1.對洪水進(jìn)行預(yù)報，預(yù)先了解洪水的影響范圍和程度，避免不必要的財產(chǎn)損失及人員傷亡 2.對各縣進(jìn)行暴雨預(yù)警，提供決策方案，便于相關(guān)部門安排工作，降低次生災(zāi)害所造成的損失 3.通過疊加基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為防災(zāi)減災(zāi)決策制定提供科學(xué)依據(jù)
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 一、發(fā)明目的：在全球氣候變化的背景下，區(qū)域性極端天氣現(xiàn)象發(fā)生的頻率越來越高，暴雨天氣的影響也越來越大。甘肅省隴南地區(qū)作為暴雨災(zāi)害的重災(zāi)區(qū)，迫切需要構(gòu)建暴雨洪澇災(zāi)害預(yù)報預(yù)警系統(tǒng)為政府提供實時、直觀的暴雨預(yù)報預(yù)警服務(wù)，在防災(zāi)減災(zāi)方面具有重要意義。 二、創(chuàng)新點(diǎn)：本系統(tǒng)將SWAT模型脫離以往平臺ArcGIS，嵌入自行開發(fā)的系統(tǒng)軟件，克服SWAT模型在ArcGIS平臺下分步驟繁瑣運(yùn)行的缺點(diǎn)，實現(xiàn)徑流量的快速模擬；開發(fā)前期進(jìn)行大量數(shù)據(jù)處理，建立天氣發(fā)生器、土壤數(shù)據(jù)庫等，令軟件自帶隴南地區(qū)相應(yīng)信息，使用戶只需更新日降水、氣溫數(shù)據(jù)即可運(yùn)行SWAT模型，實現(xiàn)“傻瓜式”操作；添加三維洪澇災(zāi)害顯示功能，使用戶可針對不同需求進(jìn)行二三維切換，得到立體形象的洪澇災(zāi)害情景。 三、關(guān)鍵技術(shù)：系統(tǒng)中嵌入分布式水文過程模型SWAT模型，程序設(shè)計相應(yīng)參數(shù)接口，通用性、智能化水平高；將氣象、水文、地形地貌等數(shù)據(jù)與水文徑流模型、暴雨預(yù)報預(yù)警等應(yīng)用模型耦合，利用GIS空間分析及可視化技術(shù)實現(xiàn)了水文徑流模擬、暴雨預(yù)報預(yù)警的二三維直觀展示。 四、技術(shù)指標(biāo)：在二、三維顯示模式下加載基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，可進(jìn)行放大縮小、三維旋轉(zhuǎn)、飛行瀏覽、查詢屬性等操作；支持歷史與預(yù)報氣象信息的管理；根據(jù)導(dǎo)入的氣象信息，系統(tǒng)通過SWAT模型可自動或手動對每條河道進(jìn)行徑流量模擬，實現(xiàn)徑流監(jiān)測；出現(xiàn)堰塞湖時，模擬河道水位上漲過程并預(yù)測溢出時間，對堵塞后的上游危險區(qū)域進(jìn)行預(yù)報；自動讀取三小時降水預(yù)報數(shù)據(jù)，生成專題圖，針對不同等級的暴雨災(zāi)害，給出決策建議。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 本系統(tǒng)引入分布式水文模型——SWAT模型進(jìn)行徑流模擬，此模型經(jīng)過十多年的完善，經(jīng)歷8個版本，是現(xiàn)今具有較大影響力的水文模型。其模型研究時不受空間尺度和時間尺度的限制，在提高模擬精度方面，可以將研究區(qū)域細(xì)分成若干計算單元，以達(dá)到提高模擬精度的效果。針對甘肅隴南地區(qū)，本系統(tǒng)采用SWAT模型最新版本SWAT2009模擬河道徑流量，預(yù)報預(yù)警暴雨洪澇災(zāi)害。現(xiàn)今SWAT模型的使用需在ArcGIS或ArcView平臺上，非專業(yè)GIS人員要掌握其使用較為困難，即便是GIS專業(yè)人員，在使用時，需進(jìn)行大量前期數(shù)據(jù)準(zhǔn)備及處理，操作復(fù)雜，準(zhǔn)備繁瑣。此外，若要更新氣象信息，需重新運(yùn)行ArcSWAT，耗時長，極為不便。在自行開發(fā)的軟件中，針對隴南地區(qū)，事先將變化較小的地理數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，建立天氣發(fā)生器和數(shù)據(jù)庫，使得用戶只需更新氣象信息便可運(yùn)行SWAT模型，方便快捷。系統(tǒng)界面友好，操作簡單，非專業(yè)人士也可輕松使用。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 無
作品所處階段
- 實驗室階段，即將納入業(yè)務(wù)化運(yùn)行
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 實物 產(chǎn)品 現(xiàn)場演示 圖片 錄像
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- 一、使用說明：該系統(tǒng)的使用需導(dǎo)入氣象數(shù)據(jù)，建議使用一年以上的實測氣象數(shù)據(jù)以達(dá)到較準(zhǔn)確的模擬結(jié)果。此外，由于系統(tǒng)支持三維顯示，對計算機(jī)要求較高，若該計算機(jī)顯卡配置較差，可能會出現(xiàn)三維顯示模塊圖像滯后的情況，建議在較好配置的計算機(jī)上使用，以便更加清晰流暢地進(jìn)行三維瀏覽，充分發(fā)揮系統(tǒng)作用。 二、適用范圍及前景：該系統(tǒng)適用于甘肅省隴南地區(qū)，能為該地區(qū)的暴雨洪澇災(zāi)害進(jìn)行預(yù)報預(yù)警服務(wù)。本系統(tǒng)提供了暴雨洪澇災(zāi)害預(yù)報預(yù)警系統(tǒng)的一個模式，通過更改部分信息，系統(tǒng)即可移植到全國各地，讓隴南模式更好地為其他易遭受暴雨洪澇災(zāi)害的地區(qū)服務(wù)。 三、經(jīng)濟(jì)效益：該系統(tǒng)開發(fā)的目的為防災(zāi)減災(zāi)，并不存在通常意義上的商業(yè)價值。但由于自然災(zāi)害的特殊性，一旦爆發(fā)，往往造成大量經(jīng)濟(jì)損失甚至威脅到人民的生命安全。甘肅省隴南地區(qū)平均每年由暴雨洪澇災(zāi)害造成的經(jīng)濟(jì)損失多達(dá)千萬。如能提前有效的對暴雨洪澇災(zāi)害經(jīng)行預(yù)報預(yù)警，則可最大程度的減少不必要的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡，即間接帶來的經(jīng)濟(jì)效益可估算為每年近千萬。
同類課題研究水平概述
- 針對洪澇災(zāi)害頻發(fā)的現(xiàn)狀，國內(nèi)多采用監(jiān)測—預(yù)報一體的預(yù)警方法，實時監(jiān)測水文情勢，一有異常立刻采取相應(yīng)措施；通過水文模型模擬流域各水文特征量，提早發(fā)現(xiàn)洪澇災(zāi)害，發(fā)布應(yīng)急預(yù)案防災(zāi)減災(zāi)。從上世紀(jì)70年代開始，我國從國外引進(jìn)流域水文模型，通過徑流模擬展開預(yù)報工作。通過40多年的學(xué)習(xí)發(fā)展，我國水文預(yù)報工作從無到有、由點(diǎn)到面迅速發(fā)展起來。目前，在水文作業(yè)預(yù)報中，我國所采用的水文預(yù)報模型主要由我國自行研制開發(fā)的新安江模型、雙超產(chǎn)流模型、河北雨洪模型、姜灣徑流模型等，從國外引進(jìn)的模型主要有Tank、Sacramento和SMAR等模型，以及改進(jìn)的國外模型，如連續(xù)API模型、CLS模型和NAM模型等。
