[00130695]水沙灾害快速评估与预测的关键技术研究

本项研究针对流域泥沙灾害和水沙灾害链中的若干关键环节，开展水沙灾害快速评估与预测的系统研究，取得了系统性的创新成果。　　（1）提出了一种创新性的水土流失动态变化的快速评估方法。通过参照组选择、参照组匹配和基于综合信息元多源数据集成等手段，有效克服了现有常用的USLE（美国水土流失通用方程）等方法在实际应用中存在模型参数不易确定、数据重用性差和无法定量评估人类活动的影响等不足，能够适用于不同空间尺度流域的水土流失动态评估，比传统方法节约总开支60%以上。　　有关成果也被行业国际著名期刊Journal of Soil and Water Conservation，有关研究成果在评审过程中被认为“提出了一个评估水土流失的新方法”（The paper is written in a clear and compelling fashion and describes a new approach to assessing soil erosion）；“有许多关于水土流失模型的非常好的见地，但更重要的是提出了一个另辟新径的新方法”（Many excellent points about soil erosion modeling are made but more importantly an alternative approach is proposed）　　（2）建立了突发性泥沙灾害危险性快速区划方法。通过快速聚类、匹配技术、估测技术和多种环境变量的综合结构性相似判断进行危险度的划定等手段，有效克服了常规区划模型在模型结构和参数选取方面存在的问题以及模型应用的地域性局限等问题，可用于大范围的突发性泥沙灾害危险性区划。采用该方法进行一次全国泥石流滑坡崩塌危险性评价比传统方法节约时间和费用50%。　　（3）建立了高含沙洪水快速预测模型。通过将传统一维非恒定输沙数学模型与径向基人工神经网络模型相结合，有效解决了目前主要针对低含沙水流而研发的水沙数学模型无法进行高含沙洪水预测的难题，洪水流量序列模拟的总精度达到92.8%，计算速度提高近50倍。　　（4）建立了黄河下游溃堤过程的快速预测模型。针对黄河下游“悬河”河势、高含沙水流和溃堤特点建立的溃堤数学模型，通过四叉树可变大小网格技术和有限体积法很好解决了均匀网格系统在处理“大尺度”河道和“小尺度”堤防不能协调计算精度和计算速度的难题，从而能够快速进行溃堤过程中口门局部流场、地形、展宽速度等预测，并使水量和泥沙守恒误差明显减小（小于5%），速度比均匀网格提高1000多倍，验证结果理想，能够满足了堵口措施制定的技术支撑需求。　　（5）建立了分洪后蓄滞洪区洪水风险和反馈的快速预测模型。通过将水动力模型和人工智能模型相结合，以数据流技术进行模型与地理信息系统的集成等手段，解决了已有洪水演进模型在实际应用中因计算时间长而不能满足实时预测与决策需要的问题，能够对蓄滞洪区的单个或多个特定敏感点的洪水演进过程、洪水风险和反馈进行快速预测，速度提高50倍，基本可以达到实时预测和快速反馈的要求。　　该成果创新性、系统性和实用性强，已被黄委会水土保持局、黄委会防汛办、中国地质环境监测院和湖北省水利水电勘察设计院等单位采用，社会、经济和生态效益显著，并具有很大的推广应用价值。