洪水实时模拟与洪灾动态评估技术

任务来源：

技术领域：防灾减灾

技术来源： 省部计划。获计算机软件著作权，软件名称：洪水风险模拟分析软件（简称：HydroMPM_FloodRisk）V1.0。原始取得，登记号2014SR110651。自主研发计算引擎，研发的洪水风险模拟分析软件已被国家防总批准进入《重点地区洪水风险图编制项目软件名录》，被水利部科技推广中心列入《雄安新区水资源保障能力技术支撑推荐短名单》。该技术作为核心创新成果获2019年中国大坝工程学会科技进步一等奖。

技术原理

该技术包括复杂类型流域洪水通用性水动力模型、高精度建模下洪水高速模拟方法、洪灾动态评估技术、洪水实时模拟与洪灾动态评估平台等4个先进实用技术要点。研发的洪水风险模拟分析软件，根据当前的水情、雨情、工情进行洪灾风险实时动态识别与预报预警，可用于感潮河网洪水、沿海风暴潮、堤坝溃决（漫溢）洪水、游荡性河道洪水、山区性河流洪水模拟，模型稳定性强、计算速度快，实现了边计算、边渲染的洪涝实时分析及动态展示，为防洪信息化补短板提供重要技术支撑。

技术特色

（1）模型适用范围广：可用于感潮河网洪水、沿海风暴潮、堤坝溃决(漫溢)洪水、游荡性河道洪水、山区性河流洪水模拟。（2）模型鲁棒性强，计算稳定性强，精度高。（3）计算速度快：采用显卡GPU负责计算密集型任务处理，通过数以千计的线程并发，显著提升模型计算效率。（4）实时渲染：采用高速渲染方法，实现了边计算、边渲染的洪涝实时分析及动态展示。

技术指标

（1）在面积1500k㎡、30万个网格数量的区域，15天溃漫堤洪水演进过程模拟及洪灾损失评估的计算耗时为14.4min，比主流商业软件MIKE计算速度快5～30倍。（2）30万网格的洪水演进计算结果，单帧渲染的系统平均响应时间为0.81s。

应用范围及前景

适用于感潮河网洪水、沿海风暴潮、堤坝溃决（漫溢）洪水、游荡性河道洪水、山区性河流洪水风险实时动态识别与预报预警。该项技术已在珠江防总、松辽委防汛抗旱办公室、广东省三防办、湖北省水利厅水旱灾害防御处、广西区水利厅水旱灾害防御处、海南省水务厅、广西右江水利开发有限责任公司百色分公司、东莞市三防办、河源市三防办、惠州市三防办等10余个防汛业务主管部门进行了推广应用，取得了良好的应用效益。典型应用案例：案例1：“洪水实时模拟与洪灾动态评估技术”已应用于珠江防总的中顺大围等重点地区洪水风险图编制、典型防洪保护区洪涝灾害实时分析及动态展示、国家防汛抗旱指挥系统二期工程珠江洪灾评估系统等项目。作为典型应用，该技术在15min内可完成西江浔江段防洪保护区（面积约1500k㎡、计算网格30万）15d的溃漫堤洪水演进过程，计算速度满足洪灾实时预报预警需求。案例2：松干典型防洪保护区洪水风险实时分析系统于2015年10月开始应用于松辽委防汛抗旱办公室的防洪减灾等相关工作中，实现了松干左岸二肇大堤和松干右岸拉林河口至哈尔滨大堤防洪保护区洪水在线快速计算、洪水演进高速渲染等功能，实现了任意水文及溃口条件下洪水演进实时计算与动态展示等功能，在防汛应急决策中取得了较好的实际效果，可提高相关决策的科学性。案例3：东江流域防洪保护区洪水风险图及实时系统于2015年开始应用于广东省三防办的防洪减灾等相关工作中。综合考虑了东江干流洪水、河口潮水以及城市暴雨内涝洪水，对东江三角洲河网多种典型洪水情景进行了准确的模拟。项目编制的洪水风险图件成果被广东省三防办采纳；部署在广东省三防办的东江流域洪水实时分析及动态展示系统在防汛应急决策中取得了较好的实际效果。案例4：黄广大堤防洪保护区洪水风险图于2016年开始应用于湖北省水利厅水旱灾害防御处的防洪减灾等相关工作中。该项目运用洪水风险模拟分析软件HydroMPM_FloodRisk，构建了黄广大堤防洪保护区一维-二维耦合洪水演进模型，计算分析了长江干流洪水和西隔堤洪水等不同洪水条件下黄广大堤防洪保护区洪水风险时空分布特征，并编制了洪水风险图，项目成果被湖北省水利厅水旱灾害防御处采纳。案例5：“全要素复杂洪水实时模拟与动态评估技术”已应用于广西区水利厅水旱灾害防御处“广西重点地区洪水风险图编制项目”中多个编制区域，主要包括：南宁及柳州市城市洪水风险图编制，洛清江鹿寨县鹿寨镇、防城江防城区木头滩、清湾江城区段玉州区、富江富川县城区段等中小河流洪水风险图编制。项目采用珠江水利科学研究院研发的洪水风险模拟分析软件HydroMPM_FloodRisk，运用了一维河道高稳模拟方法、多尺度耦合技术和GPU并行计算技术，构建了一维-二维耦合洪水演进模型，计算分析了各保护区不同水文组合条件下洪水风险时空分布特征，并编制了洪水风险图。项目成果被广西区水利厅水旱灾害防御处采纳，并运用于实际的防汛应急预案编制、防洪规划与风险管理、防汛物资调配等工作中。案例6：“全要素复杂洪水实时模拟与动态评估技术”已应用于海南省水务厅“海南省洪水风险图编制项目（2013年度）”等项目中，项目计算分析了各保护区不同水文组合条件下洪水风险时空分布特征，并编制了洪水风险图件。利用GPU并行计算技术和精细化实景建模技术，实现了洪水风险的在线实时计算和二维、三维动态展示。项目成果被海南省水务厅采纳，并运用于实际的防汛应急预案编制、防洪规划与风险管理、防汛物资调配等工作中，在具体运用中取得较好的实际效果，提高了相关决策的科学性。

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