本书系统地介绍了洪水风险分析与灾害评估的理论、方法的研究进展及应用示范情况，主要内容包括洪水风险分析与灾害评估概论，洪水敏感区域水文特征分析与预报，复杂边界和地形上水动力洪水演进数值计算，洪水灾害风险分析理论与方法，洪水灾害动态评估及多级综合评价方法，洪水风险分析与灾害评估应用示范系统开发、集成及应用，以及洪水风险分析与灾害评估理论和方法应用示范。 本书可以作为水文学及水资源、环境科学、生态科学、水利工程等专业领域的科技工作者、工程技术人员的参考书，也可作为高等院校高年级本科生和研究生的教材。
本书涵盖了项目组在洪水致灾过程的模拟、预报和致灾后果的评价理论与方法体系等方面取得的研究成果，可以作为水文学及水资源、环境科学、生态科学、水利工程等相关专业领域的科技工作者、工程技术人员的参考书。
洪水是一种低概率、高危害的社会致灾因素，尤其是对于高坝大库和大江大河的堤防工程，一旦洪水爆发，危害巨大，将会严重危害国家公共安全。随着国家经济的发展、城市化进程的加快，以及社会转向以人为本的发展模式，这种低概率、高危害的灾害风险问题越来越成为人们关注的重点。洪水的形成是气象、水文、地质、材料、结构以及人类活动等多种因素在不同时间、不同空间尺度上综合作用的结果。这些外在致灾因子、孕灾因子存在不确定性，直接导致了洪灾的复杂性，多场耦合因素的作用机制增加了对洪水成灾风险识别和调控的难度。因此，著者在国家973课题、国家重点研发计划及国家自然科学基金的资助下，开展了卓有成效的研究工作，在洪水灾变系统不确定性分析、洪灾全过程模拟、不确定条件下洪水成灾机制、洪灾风险分析理论及其致灾后果评估方法、洪灾风险分析与灾害评估应用示范系统集成关键技术等若干研究方向实现了重要突破和创新，从经典洪水灾害评估与风险分析方法发展到多重复杂约束条件下的多维时空尺度评估、分析和决策系统动力学方法，解决了一系列重大科学问题，为项目建立洪水致灾过程模拟、预报和致灾后果评价理论与方法体系提供了坚实的理论基础和应用典范。本书是这一研究方向主要工作成果的初步总结。 本书共7章。第1章简述洪水风险分析与灾害评估的研究背景、洪水灾害系统基本特征，以及洪水风险分析与灾害评估的目标和任务，由刘懿、郭俊执笔。第2章讨论洪水敏感区域水文特征分析与预报，由郭俊执笔。第3章讨论复杂边界和地形上水动力洪水演进数值计算，由宋利祥执笔。第4章讨论洪水灾害风险分析理论与方法，由邹强执笔。第5章讨论洪水灾害动态评估及多级综合评价方法，由廖力执笔。第6章讨论洪水风险分析与灾害评估应用示范系统开发、集成及应用，由刘懿执笔。第7章介绍洪水风险分析与灾害评估理论和方法应用示范，由刘懿执笔。全书由刘懿统稿。 中国工程院张勇传院士在本书的编写和出版过程中给予了诸多指导、督促和建议；毕胜、张华杰、杨小玲、何耀耀、张炜、潘立武、王玉春、韦春夏、谢田、宁文瑶、周圣杰、徐赫等校友在本书的研究和成书过程中给予了我们大量的支持；舒海润、王馨莹、张云康、覃炀扬、邓振瀚、顾子也等在校研究生参与了本书的资料整理与文稿校订。在此一并致以衷心的感谢。 本书由十四五国家重点研发计划项目粤港澳大湾区衍生复合灾害评估与应急避险关键技术（2021YFC3001000）、十四五国家重点研发计划项目流域性大洪水场景推演及预案关键技术（2022YFC3002704）、十四五国家重点研发计划课题项目三水融合流域智慧管理平台构建及应用示范（2023YFC3209105）、国家自然科学基金资助项目长江流域水库群联合调度数字孪生构建方法研究（U2340211）、湖北省自然科学基金面上项目基于区块链的湖北省小流域防洪数据治理技术研究（2022CFB042）资助。 限于著者水平，书中难免有不妥及错误之处，敬请读者批评、指正。
刘懿，男，1984年生，湖北洪湖人，理学博士，华中科技大学土木与水利工程学院副教授，工程博士生导师，华中科技大学智慧水利技术中心主任，欧洲地球科学联合会（EGU）会员，中国卫星导航定位协会北斗资源环境应用专委会副秘书长，甘肃省水利厅智慧水利建设工作推进领导小组专家评议组副组长（2019-2024）。作为技术骨干主持或参与了20余项国家重点科技开发与攻关项目的设计、论证、组织与开发集成工作，包括国家重点基础研究发展计划（973计划）、国家十一五科技支撑计划、国家十三五重点研发专项、国家自然科学基金重点项目、青年基金、水利部公益性行业科研专项项目、中国工程院重点咨询项目，以及20余项横向项目。主要从事流域水资源管理、复杂系统分析与建模、城市湖泊生境修复、水动力学数值模拟、洪灾风险分析与灾害评估、数字流域技术及应用、地理信息系统、决策支持系统开发与集成等方面的研究工作。研究成果、工作业绩受到行业同行专家广泛认可和好评，获2019年*科技进步一等奖、2018年度水力发电科学技术一等奖、2017年度湖北省科学进步特等奖、2017年水利部长江水利委员会科学技术特等奖、中国卫星导航定位科学进步二等奖、湖北省优秀工程咨询成果奖三等奖。近年来依托相关项目研究，已发表论文40余篇，其中SCI收录26篇，获发明专利51项，多项软件著作权。研究成果广泛应用于水旱灾害防治、基层防汛预报预警体系、水库发电及防洪调度、径流预报、流域水资源管理等方面。
第1章 洪水风险分析与灾害评估概论/1 1.1 洪水风险分析与灾害评估研究背景/1 1.2 洪水灾害系统基本特征/2 1.3 洪水风险分析与灾害评估的目标和任务/3第2章 洪水敏感区域水文特征分析与预报/6 2.1 流域非线性复杂水文系统特性分析/6 2.1.1 基于小波方法的流域径流变化特性分析/7 2.1.2 多尺度下流域径流时间序列相关性分析/13 2.1.3 流域径流时间序列混沌动力特性分析/15 2.2洪水敏感区域水文径流高精度预报/20 2.2.1 基于支持向量回归的径流预测模型/21 2.2.2 基于单目标的径流预测模型参数率定方法/24 2.2.3 基于多目标的径流预测模型参数率定方法/25 2.2.4 概念性流域水文模型参数多目标优化率定/29 2.3 水文预报模型不确定性分析/32 2.3.1 SCEM-UA算法/32 2.3.2 基于formal和informal范式的不确定性分析/34 2.3.3 概念性水文预报模型不确定性分析/35第3章 复杂边界和地形上水动力洪水演进数值计算/41 3.1 二维浅水动力学理论/41 3.1.1 三维Navier-Stokes方程/42 3.1.2 二维浅水方程/43 3.2 基于有限体积法的洪水数值计算模型/47 3.2.1 黎曼问题及近似黎曼求解器/47 3.2.2 梯度限制器/49 3.2.3 高阶时间格式/49 3.2.4 摩阻项处理/50 3.2.5 底坡源项处理/51 3.2.6 边界处理/52 3.2.7 稳定性条件/52 3.3 复杂边界和不规则地形下网格自适应技术/53 3.3.1 网格密集化/54 3.3.2 网格稀疏化/54 3.3.3 网格自适应准则/55 3.4 模型验证/55 3.4.1 过驼峰的波传播问题/55 3.4.2 具有收缩扩散段的水槽试验/56 3.4.3 抛物型有阻力河床上的自由水面/58 3.5 实际地形洪水演进数值模拟/60 3.5.1 广东省佛山市禅城区某河道洪水计算/60 3.5.2 湖北省漳河水库的洪水计算/62 3.5.3 荆江分洪区的洪水演进计算/64第4章 洪水灾害风险分析理论与方法/66 4.1 复杂条件下洪水危险性识别/67 4.1.1 组合权重模糊聚类迭代模型/68 4.1.2 自适应混沌差分进化算法/74 4.2 可变时空尺度下洪灾易损性诊断/78 4.2.1 改进灰色关联理想解法/79 4.2.2 基于分形理论的客观权重确定/85 4.3 洪水风险综合评价理论与方法/87 4.3.1 基于属性区间识别理论的洪水风险评价/87 4.3.2 基于可变模糊集理论的洪灾风险评价/89第5章 洪水灾害动态评估及多级综合评价方法/94 5.1 洪水灾害损失评估原理与方法/94 5.1.1 研究目的及意义/94 5.1.2 洪灾损失评估研究内容及研究现状/95 5.1.3 洪灾损失评估原理/96 5.1.4 基于GIS的洪灾损失评估方法研究/98 5.1.5 基于GIS的损失评估工作流程/102 5.2 基于GIS的洪水灾害损失动态评估模型/103 5.2.1 动态淹没分析模型/103 5.2.2 洪灾损失计算模型/109 5.2.3 洪灾损失动态评估模型/111 5.3 洪水灾情多级综合评价理论与方法/113 5.3.1 基于模糊聚类迭代的洪水灾害评估方法/114 5.3.2 自适应差分进化算法及其在模糊聚类中的应用/117 5.4 洪水灾情多级综合评价模型/121 5.4.1 基于混沌DE算法和模糊聚类迭代模型的洪水灾情多级综合评价模型/121 5.4.2 基于混沌DE算法和PP多项式函数的洪灾等级评估/125 5.5 洪水洪灾损失动态评估与灾情多级综合评价应用实例/133 5.5.1 洪水洪灾损失动态评估应用实例/133 5.5.2 洪水灾情多级综合评价应用实例/139第6章 洪水风险分析与灾害评估应用示范系统开发、集成及应用/142 6.1 基于持续集成方法和面向服务体系的分布式松耦合系统集成平台/142 6.1.1 面向服务的分布式专业系统/143 6.1.2 分布式系统的持续集成方法/145 6.1.3 系统关键技术/147 6.2 基于统一平台的海量多源异构数据集成、组织与共享方法/149 6.2.1 流域水资源管理决策支持系统数据统一支持平台需求分析/149 6.2.2 非结构与半结构数据集成中数据抽取问题/151 6.2.3 多源异构数据融合中数据不一致问题/153 6.2.4 流域水资源管理统一数据共享平台/154 6.3 基于GIS的开放式决策支持系统交互平台动态生成技术/156 6.3.1 开放式决策支持系统平台相关技术简介/156 6.3.2 基于GIS的水资源管理空间信息仿真交互技术/158 6.3.3 基于WPF的动态生成交互平台/162 6.4 基于水动力学的水资源管理情景数值仿真及可视化模拟/163 6.4.1 面向流域水资源管理的空间数据挖掘与聚类/163 6.4.2 数字流域空间信息服务的组织与二维和三维表达/163第7章 洪水风险分析与灾害评估理论和方法应用示范/167 7.1 长江荆江分蓄洪区洪水风险分析与灾害评估应用示范/167 7.1.1 系统概述/168 7.1.2 洪水来源分析子系统/174 7.1.3 洪水影响分析子系统/179 7.1.4 洪灾损失评估子系统/183 7.2 洪水风险图编制与应用平台/190 7.2.1 系统概述/190 7.2.2 基础信息管理子系统/190 7.2.3 风险图管理/193 7.2.4 避洪转移分析/193 7.2.5 应急避险决策/201参考文献/207
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