《山东省山洪灾害监测预警关键技术研究与应用》

山洪灾害点多面广,发生迅速,防御难度大,是中国自然灾害中造成人员伤亡和经济损失都很严重的主要灾种。2006年,国务院批复了《全国山洪灾害防治规划》,正式开启了全国长达十二年的系统化山洪灾害防治工作。该项目正是在这样的时代背景下,依托山东省山洪灾害防治项目,立足解决山洪灾害监测预警全信息链中的技术难题,围绕山洪灾害“监测技术-风险识别-预警技术-信息平台”四个环节,开展了长达十年的关键技术研究。取得的主要科技创新成果如下:

(1)山东省山洪灾害全要素监测关键技术。提出了水雨情站点多目标优化布局方法,科学确定了山东省水雨情站点的空间分布;提出了基于深度学习理论的高分辨率遥感影像及激光雷达数据的小流域山洪灾害全要素自动提取与分析关键技术,研发了基于激光雷达数据的山丘区地面点、植被、建筑物、河道断面、湿润河道、小流域属性等的成套自动化快速提取技术,实现了遥感数据、激光雷达数据、地面调查数据的综合集成与应用,促进了现代测绘技术在山东省水利行业快速应用和技术发展。

(2)山洪灾害风险识别技术。构建了基于山洪灾害发生及发展机理的D(驱动力)-P(压力)-S(状态)-I(影响)-R(响应)风险指标框架,确定了36个核心指标,采用主成分分析法(PCA)提取关键致灾因子、层次分析法(AHP)确定指标权重,发展了基于小流域单元的HEV三维山洪灾害风险评价模型,提出了基于深度学习的山洪灾害风险识别技术,使山洪风险识别的命中率达79%以上,明晰了57个县1208个高风险对象,为山洪灾害分级防御和精准应对提供了基础。

(3)山洪灾害动态预报预警技术。提出了具有物理机理的适用于短历时强降雨条件下的山丘区小流域产流模型,发展了无资料小流域聚合水库蓄放模拟方法,研发了基于PEST和SCE-UA的水文模型参数多目标优化智能算法,构建了以小流域分布式水文模型为核心,结合实时土壤含水量计算模型的小流域山洪灾害动态预报预警方法,形成了相互验证、滚动修正、持续率定的山洪灾害预警模型,使山洪预警的准确率达70%以上,解决了山洪小流域山洪快速预报的关键技术难题,大大延长了山丘区洪水预见期。

(4)山洪灾害监测预警平台。提出了一种面向对象、基于行政区划和小流域代码的全要素关联方法,构建了多维度、全要素动态数据库;研发了基于OpenStack分布式部署和Docker可插拔快速存储的实时可扩容云服务技术,构建了基于计算机软硬件的一硬一软,基于水文过程的一纵一横山洪灾害预报预警并行计算技术,开发了山东省山洪灾害监测预警应用系统,实现了多层次全信息链的山洪灾害实时监测、预报、预警服务。

项目直接投资15亿元,共发表论文116篇(SCI/EI 48篇)、授权国家发明专利8项,软件著作权18项,专著6部,主编规范及行业指导文件22项。项目成果已成功应用于山洪防御实践,累计发布预警8683次,发布预警短信32万条,转移人数1.5万人,有效降低了山洪灾害造成的人员伤亡和财产损失。

成果说明

“山东省山洪灾害监测预警关键技术”已在山东省14市、57县山洪灾害防治工作推广应用,并在北京、湖南、河南等多省(市)山洪灾害防治中得到推广应用。 1、全国应用 项目完成的技术文件《山洪灾害调查与评价技术规范》等,已成功应用于全国山洪灾害防治工作,指导了全国山洪灾害调查评价基础数据的提取和省、地市级山洪灾害监测预警信息管理系统的建设,规范了全国山洪灾害调查评价的工作流程。 2、省内、外水利部门应用 项目提出的“山洪灾害监测和预警技术”已成功应用于山东省、市、县的山洪灾害防御工作,对现有监测站点进行了

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