乏資料地區暴雨洪水預報新技術 郭俊 朱雙 劉懿 9787577218793 【台灣高等教育出版社】

內容簡介
本書系統地介紹了乏資料地區暴雨洪水預報的研究進展及應用示範情況，主要內容包括乏資料地區複雜地形對水文氣象影響機制分析及數值計算，乏資料地區降水短臨和短期預報方法，乏資料地區暴雨洪水預報模型，乏資料地區徑流區間預報模型和不確定性分析方法，乏資料地區暴雨洪水預報應用示範系統開發、集成與應用。
本書適用于水文學及水資源、環境科學、生態科學、水利工程等專業領域的科技工作者、工程技術人員，也可作為高等院校高年級本科生和研究生的教學參考書。

作者簡介
郭俊，華中科技大學土木與水利工程學院副教授，長期從事流域暴雨水情預測預警技術研究與應用，近5年主持國家自然科學基金青年項目、國家重點研發計劃專題2項，參與其他各類科研與成果轉化項目10余項，發表國內外SCI檢索學術論文30餘篇，授權國家發明專利58項，獲中國衛星導航協會科技進步一等獎、中國專利優秀獎、湖南省科技進步二等獎等科技獎勵10余項。

目錄

第1章 緒論/1
1 1 研究背景與意義/1
1 2 國內外研究現狀/2
1 2 1 乏資料地區水文氣象觀測國內外研究進展/3
1 2 2 無資料地區產匯流計算國內外研究進展/4
1 3 本研究的特色與創新/6
參考文獻/7
第2章 乏資料地區複雜地形對水文氣象影響機制分析及數值計算 /11
2 1 乏資料複雜地形對水文氣象影響機制分析/11
2 1 1 現有雨量觀測站數據的不足分析/11
2 1 2 暴雨與地形的關聯關係分析/13
2 2 複雜地形下氣象要素精細化計算模型/16
2 2 1 複雜地形下氣象要素精細化計算難題/16
2 2 2試驗設計和模型介紹/18
2 2 3複雜地形下氣象要素精細化計算結果/25
2 2 4 結論/31
2 3 小結/32
參考文獻/32
第3章 乏資料地區降水短臨和短期預報方法/35
3 1 耦合雷達和深度學習的乏資料地區降水短臨預報模型/35
3 1 1 短臨降水預報概述/35
3 1 2 數據和試驗設計/37
3 1 3 降水預測方法/39
3 1 4 降水預測結果及分析/42
3 1 5 總結和討論/48
3 2 融合三維氣象要素場的乏資料地區降水短期預報模型/48
3 2 1 短期降水預報概述/48
3 2 2 三維卷積神經網絡模型簡介/51
3 2 3 研究區域及短期降水建模方法研究/54
3 2 4 短期降水預測結果及分析/57
3 3 小結/60
參考文獻/60
第4章 乏資料地區暴雨洪水預報模型/63
4 1 融合多源空間數據的乏資料地區暴雨洪水預報模型/63
4 1 1 融合多源空間數據的乏資料地區產匯流特徵分析/63
4 1 2 乏資料地區自適應暴雨洪水預報建模方法研究/72
4 2 基於高空間分辨率降水數據的徑流預報方法/77
4 2 1 研究思路/77
4 2 2 流域與數據/79
4 2 3 研究方法/82
4 2 4 研究結果/87
4 2 5 結果討論/94
4 2 6 結論/97
4 3 物理機制和深度學習雙模驅動的洪水預報模型/97
4 3 1 引言/98
4 3 2 方法/99
4 3 3 數據及研究區域/105
4 3 4 水文模型性能評估/106
4 3 5 討論/114
4 3 6 結論/116
4 4基於圖神經網絡和長短期記憶網絡的徑流預測/118
4 4 1 模型理論基礎/118
4 4 2 圖的概念/118
4 4 3 圖神經網絡/121
4 4 4 融合流域空間屬性/122
4 4 5 基於圖神經網絡和長短期記憶網絡的徑流預測模型結構設計/124
4 4 6 實驗分析/126
4 4 7 結論/137
4 5基於多模型耦合校正的洪水預報模型/138
4 5 1總體技術思路/138
4 5 2模型評價指標/140
4 5 3計算結果分析/141
4 6 耦合氣象-海洋-陸地數據的徑流預報誤差校正方法/151
4 6 1 引言/152
4 6 2 研究方法概述/153
4 6 3 實例驗證及結果分析/160
4 6 4 結果分析/163
4 6 5 結論/174
4 7 小結/175
參考文獻/176
第5章 乏資料地區徑流區間預報模型和不確定性分析方法/183
5 1 單目標與多目標的區間預測方法/183
5 1 1 引言/184
5 1 2 理論與方法/185
5 1 3 實例分析/190
5 1 4 結果分析/191
5 1 5 討論/199
5 1 6 結論/200
5 2 基於LSTM和高斯過程回歸的徑流不確定性預測方法/200
5 2 1 基於LSTM和GPR的不確定性徑流預測模型/201
5 2 2 模型理論基礎/201
5 2 3 實驗設置/206
5 2 4 實驗結果對比與分析/211
5 2 5 結論/224
5 3 基於分位數回歸和區間校正的不確定性徑流預測方法/224
5 3 1 基於LSTM、分位數回歸和區間校正的不確定性預測模型結構/224
5 3 2 模型理論基礎/226
5 3 3 實驗設置/229
5 3 4 實驗結果對比與分析/231
5 3 5 結論/242
5 4 神經網絡模型不確定性分析及降低不確定性方法/243
5 4 1 水文模型不確定分析方法參數設置/243
5 4 2 水文模型參數不確定性程度評價指標/244
5 4 3 徑流序列異方差性處理/244
5 4 4 誤差分佈類型確定/244
5 4 5 模型不確定性結果分析/245
5 4 6 模型結構優化及不確定性分析/250
5 5 小結/255
參考文獻/256
第6章 乏資料地區暴雨洪水預報應用示範系統開發、集成與應用/259
6 1 白龍江暴雨洪水災害概況/259
6 1 1 白龍江流域地形地貌/259
6 1 2 白龍江流域水文氣象特徵/260
6 1 3 白龍江歷史重大暴雨洪水災害/261
6 2 系統架構設計/262
6 2 1 系統總體架構/262
6 2 2 系統部署架構/263
6 2 3 模型總體架構/263
6 3 系統功能設計/265
6 3 1 氣象預報模型/265
6 3 2 分布式柵格新安江水文模型/268
6 3 3 災情推演模型/271
6 4 小結/282
參考文獻/282

精彩書摘
無。

前言/序言
我國是洪水災害頻繁的國家。據1950—2013年中國水旱災害公報統計數據，洪澇災害年均導致受災人口約1 5億人次，死亡人口約4327人，直接經濟損失達1387 98億元。近年來，隨著極端氣候變化，暴雨洪水災害依然呈高發態勢，國家應急管理部公佈的2020年全國十大自然災害中，前4項均為暴雨洪澇災害，因暴雨洪澇受災人口達5581萬人，因災死亡、失蹤約279人，直接經濟損失達2255億元。暴雨洪澇災害是我國*嚴重的自然災害之一。
開展暴雨洪澇災害的預測預警是科學應對暴雨洪水災害的重要技術保障，國內外在暴雨洪水規律及其預報模型研究方面取得了較大的進展，但是目前我國水文觀測站點密度較小。據統計，全國每個水文站的控制面積為150平方公里至1萬平方公里，特別是暴雨洪水災害多發、環境惡劣的部分微地形區域，水文觀測站點和觀測數據更少。現有國內常用洪水預報模型，如新安江模型、單位線模型等，對水文觀測資料的依賴程度較高，使得資料缺乏或無資料地區的暴雨洪水預報結果難以達到預想的精度要求。
因此，著者在國家自然科學基金、國家重點研發計劃項目等的資助下，圍繞乏資料地區微地形暴雨響應機理及暴雨洪水預報方法開展了系統性的研究工作，在乏資料地區複雜地形對水文氣象影響機制分析及數值計算、乏資料地區降水短臨和短期預報方法、乏資料地區暴雨洪水預報建模理論、乏資料地區徑流區間預報模型和不確定性分析方法等方面都取得了重要創新和進展，可為乏資料地區暴雨洪水預報建模提供一種新的思路。項目成果已在甘肅智慧水利項目中得到應用，有力支撐了白龍江舟曲段實現暴雨洪水災害”10天風險預警，3天預報預警，實時監測預警”，未來還可進一步在其他暴雨洪水多發的區域推廣應用。
本書共6章 。第1章 簡述乏資料地區暴雨洪水預報的背景與意義，並分析乏資料地區暴雨洪水預報存在的主要技術難題，由郭俊編寫；第2章 探討乏資料地區複雜地形對水文氣象的影響機制及數值計算方法，由郭俊、劉懿編寫；第3章 討論乏資料地區降水短臨和短期預報方法，由郭俊編寫；第4章 討論乏資料地區暴雨洪水預報建模理論與方法，由朱雙、郭俊編寫；第5章 討論乏資料地區徑流區間預報模型和不確定性分析方法，由朱雙、郭俊編寫；第6章 介紹乏資料地區暴雨洪水預報應用示範系統開發、集成與應用，由劉懿編寫。全書由郭俊統稿。
中國工程院張勇傳院士在本書的編撰和出版過程中給予了諸多的指導和建議；常新雨、衛翔謙、舒海潤、倪修、胡海、劉心怡、王岩、張聖楚、李淪、張茂煜等在校博士和碩士研究生參與了本書資料整理和文稿校對。在此一併表示感謝。
本書的出版得到了國家自然科學基金青年科學項目”乏資料地區微地形暴雨響應機理及自適應暴雨洪水預報方法研究”(編號：52109004)、”十四五”國家重點研發計劃項目課題4”多業務融合知識平臺構建技術及智慧管理決策方法”(編號：2023YFC3209104)等資助。
限於作者水平，書中難免會有錯誤、疏漏之處，請廣大讀者朋友不吝批評指正。

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