基本信息
- 项目名称：
- 暴雨洪涝灾害预报预警服务系统
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 数理
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 系统以甘肃陇南地区为例，在C#平台上通过ArcGIS Engine进行二次开发，以历史气象资料和天气预报产品为基础，分布式水文模型SWAT为核心，对陇南地区的河道径流量进行模拟，分析出现堰塞湖时的上游水位情况，并提供三小时暴雨等级预警服务。系统从暴雨数据读取、SWAT水文模型径流模拟、洪水淹没模拟，到预报预警的二、三维显示与输出，实现了数据、模型、模拟、二三维显示的一体化、智能化全功能服务。
- 详细介绍：
- 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。我国是洪涝灾害的重灾区，20世纪90年代以来，由洪涝灾害带来的经济损失占全部自然灾害损失的62%，相当于同期GDP的1.55%。我国的灾害性洪水主要由暴雨形成，夏季暴雨灾害多为季节性暴雨。甘肃省陇南地区是我国西北部暴雨灾害的一大重灾区，其降水具有面积小、强度大的特点，每年均发生不同程度的暴雨洪涝灾害，造成巨大的经济损失。构建暴雨洪涝灾害预报预警系统，为政府提供实时、直观的暴雨预报预警服务，在防灾减灾方面具有重要意义。 系统以甘肃陇南地区为例，在C#平台上通过ArcGIS Engine进行二次开发，以历史气象资料和天气预报产品为基础，分布式水文模型SWAT为核心，对陇南地区的河道径流量进行模拟，分析出现堰塞湖时的上游水位情况，并提供三小时暴雨等级预警服务。系统从暴雨数据读取、SWAT水文模型径流模拟、洪水淹没模拟，到预报预警的二、三维显示与输出，实现了数据、模型、模拟、二三维显示的一体化、智能化全功能服务。 一、系统功能： 1.基础数据模块。系统在二维或三维显示模式下加载基础数据（包括气象数据、土壤数据、地形地貌数据、道路河网数据以及高分辨率遥感影像），可进行放大缩小、三维旋转、飞行浏览、查询属性信息等操作。 2.气象数据模块。支持历史与预报气象信息的导入、查询、编辑和修改等功能。 3.径流模拟模块。根据导入的实测（预报）降水、气温信息，通过SWAT模型，系统可自动或手动对每条河道进行径流量模拟，并以不同粗细、不同颜色线条展示径流量大小，也可通过点击查询或图表形式给出各条河流的模拟径流量数值。 4.洪水模拟模块。出现堰塞湖时，用户选择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线图，模拟河道水位上涨过程并预测溢出时间，对堵塞后的上游危险区域进行预报。 5.暴雨预警模块。系统自动读取三小时降水预报数据，生成降水状况的柱状专题图和时间序列折线图，根据雨量大小生成县级暴雨等级专题图，针对不同等级的暴雨灾害，给出决策建议。 二、创新性： 1.分布式水文模型SWAT是在空间信息技术发展基础上形成的基于物理过程的径流模拟模型，具有较高的准确性和科学性，本系统将其脱离以往平台ArcGIS（或ArcView），嵌入自行开发的系统软件，克服SWAT模型在ArcGIS平台下分步骤繁琐运行的缺点，实现径流量的快速模拟 2.开发前期进行大量数据处理，建立天气发生器、土壤数据库等，令软件自带陇南地区相应信息，使用户只需更新日降水、气温数据即可运行SWAT模型，实现“傻瓜式”操作 3.添加三维洪涝灾害显示功能，使用户可针对不同需求进行二三维切换，得到立体形象的洪涝灾害情景。 三、科技性： 1.系统中嵌入分布式水文过程模型SWAT模型，程序设计相应参数接口，通用性、智能化水平高。 2.将气象、水文、地形地貌等数据与水文径流模型、暴雨预报预警等应用模型耦合，利用GIS空间分析及可视化技术实现了水文径流模拟、暴雨预报预警的二三维直观展示。 四、社会价值： 1.对洪水进行预报，预先了解洪水的影响范围和程度，避免不必要的财产损失及人员伤亡 2.对各县进行暴雨预警，提供决策方案，便于相关部门安排工作，降低次生灾害所造成的损失 3.通过叠加基础数据，为防灾减灾决策制定提供科学依据
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 一、发明目的：在全球气候变化的背景下，区域性极端天气现象发生的频率越来越高，暴雨天气的影响也越来越大。甘肃省陇南地区作为暴雨灾害的重灾区，迫切需要构建暴雨洪涝灾害预报预警系统为政府提供实时、直观的暴雨预报预警服务，在防灾减灾方面具有重要意义。 二、创新点：本系统将SWAT模型脱离以往平台ArcGIS，嵌入自行开发的系统软件，克服SWAT模型在ArcGIS平台下分步骤繁琐运行的缺点，实现径流量的快速模拟；开发前期进行大量数据处理，建立天气发生器、土壤数据库等，令软件自带陇南地区相应信息，使用户只需更新日降水、气温数据即可运行SWAT模型，实现“傻瓜式”操作；添加三维洪涝灾害显示功能，使用户可针对不同需求进行二三维切换，得到立体形象的洪涝灾害情景。 三、关键技术：系统中嵌入分布式水文过程模型SWAT模型，程序设计相应参数接口，通用性、智能化水平高；将气象、水文、地形地貌等数据与水文径流模型、暴雨预报预警等应用模型耦合，利用GIS空间分析及可视化技术实现了水文径流模拟、暴雨预报预警的二三维直观展示。 四、技术指标：在二、三维显示模式下加载基础数据，可进行放大缩小、三维旋转、飞行浏览、查询属性等操作；支持历史与预报气象信息的管理；根据导入的气象信息，系统通过SWAT模型可自动或手动对每条河道进行径流量模拟，实现径流监测；出现堰塞湖时，模拟河道水位上涨过程并预测溢出时间，对堵塞后的上游危险区域进行预报；自动读取三小时降水预报数据，生成专题图，针对不同等级的暴雨灾害，给出决策建议。
科学性、先进性
- 本系统引入分布式水文模型——SWAT模型进行径流模拟，此模型经过十多年的完善，经历8个版本，是现今具有较大影响力的水文模型。其模型研究时不受空间尺度和时间尺度的限制，在提高模拟精度方面，可以将研究区域细分成若干计算单元，以达到提高模拟精度的效果。针对甘肃陇南地区，本系统采用SWAT模型最新版本SWAT2009模拟河道径流量，预报预警暴雨洪涝灾害。现今SWAT模型的使用需在ArcGIS或ArcView平台上，非专业GIS人员要掌握其使用较为困难，即便是GIS专业人员，在使用时，需进行大量前期数据准备及处理，操作复杂，准备繁琐。此外，若要更新气象信息，需重新运行ArcSWAT，耗时长，极为不便。在自行开发的软件中，针对陇南地区，事先将变化较小的地理数据进行处理，建立天气发生器和数据库，使得用户只需更新气象信息便可运行SWAT模型，方便快捷。系统界面友好，操作简单，非专业人士也可轻松使用。
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 实验室阶段，即将纳入业务化运行
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 实物 产品 现场演示 图片 录像
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 一、使用说明：该系统的使用需导入气象数据，建议使用一年以上的实测气象数据以达到较准确的模拟结果。此外，由于系统支持三维显示，对计算机要求较高，若该计算机显卡配置较差，可能会出现三维显示模块图像滞后的情况，建议在较好配置的计算机上使用，以便更加清晰流畅地进行三维浏览，充分发挥系统作用。 二、适用范围及前景：该系统适用于甘肃省陇南地区，能为该地区的暴雨洪涝灾害进行预报预警服务。本系统提供了暴雨洪涝灾害预报预警系统的一个模式，通过更改部分信息，系统即可移植到全国各地，让陇南模式更好地为其他易遭受暴雨洪涝灾害的地区服务。 三、经济效益：该系统开发的目的为防灾减灾，并不存在通常意义上的商业价值。但由于自然灾害的特殊性，一旦爆发，往往造成大量经济损失甚至威胁到人民的生命安全。甘肃省陇南地区平均每年由暴雨洪涝灾害造成的经济损失多达千万。如能提前有效的对暴雨洪涝灾害经行预报预警，则可最大程度的减少不必要的经济损失和人员伤亡，即间接带来的经济效益可估算为每年近千万。
同类课题研究水平概述
- 针对洪涝灾害频发的现状，国内多采用监测—预报一体的预警方法，实时监测水文情势，一有异常立刻采取相应措施；通过水文模型模拟流域各水文特征量，提早发现洪涝灾害，发布应急预案防灾减灾。从上世纪70年代开始，我国从国外引进流域水文模型，通过径流模拟展开预报工作。通过40多年的学习发展，我国水文预报工作从无到有、由点到面迅速发展起来。目前，在水文作业预报中，我国所采用的水文预报模型主要由我国自行研制开发的新安江模型、双超产流模型、河北雨洪模型、姜湾径流模型等，从国外引进的模型主要有Tank、Sacramento和SMAR等模型，以及改进的国外模型，如连续API模型、CLS模型和NAM模型等。
