低洼地区含堤防溃决情景的综合性洪水实时预报系统

《Scientific Reports》：Real-time flood forecasting in lowland rivers exposed to levee breaches using GPU hydrodynamics

　　

摘要

由于气候变化导致极端水文气象事件日益频繁，以及低洼地区因堤防突然溃决引发的洪水频发，能够对处于危险中的人群发出警报的早期预警系统已成为当代洪水风险管理的重要基石。尽管洪水预报技术近期取得了进展，但在低洼地区实现准确预测仍是一项重大的实际挑战，因为这需要将高分辨率水文模型和水力动力模型进行耦合，同时确保出色的计算效率。此外，广泛存在且日益老化的堤防系统，其溃决往往由多种不确定过程驱动，这要求增强这些工具以纳入潜在溃堤引发的洪水情景。本研究开发了一套综合洪水预报系统，用于实时预测洪水，包括由堤防溃决引发的洪水。该建模链条将气象预报与观测数据收集、降雨径流模型以及利用图形处理单元（GPUs）的二维水力动力模型整合于一个统一的运营平台中。该程序设计用于提前识别潜在风险区域，为洪水风险管理的及时决策提供支持。在意大利北部一低洼地区的应用表明，所提出的框架能够在高分辨率下模拟复杂的洪水动力学过程，通过重现2025年3月发生的真实事件并提前最多两天提供假设性堤坝溃决洪水情景，从而为即使反应迅速的流域的民事保护行动提供支持。