随着全球气候变化和城市化进程的加剧，暴雨-洪涝灾害呈现出突发性强、预见期短的特征，其时空变化的复杂性和不确定性日益突出，暴雨-洪涝灾害的模拟预警已经成为国际学术研究的热点前沿。大量已有研究基于稳定环境的理论假设，采用静态数据驱动的被动式模拟方法导致“数据滞后、分析滞后和决策滞后”的问题日益突出。针对暴雨-洪涝过程时空变化的复杂性和不确定性，本文提出了水文变化驱动的主动模拟方法，建立了动态水文观测数据与模拟过程的动态耦合机制，深入刻画了水文观测信息与洪涝过程之间的时空变化一致性关系，进一步提升了对暴雨-洪涝过程时空变化的实时感知、认知与定量分析能力。

本文系统深入地剖析了静态数据驱动的暴雨-洪涝模拟难以适应环境时空变化不确定性的突出问题，建立了以水文时空变化为驱动力的暴雨-洪涝灾害过程动态模拟机制；其次，面向动态水文观测信息与暴雨-洪涝过程之间的时空变化一致性描述，提出了暴雨-洪涝过程时空变化特征的显式表达和定量描述；设计实现了语义感知的水文变化信息发现，变化语义约束的动态水文观测数据滤波和模型参数智能优选等算法，从水文过程时空变化特征的认知、观测数据和模型参数3个层面降低了不确定性对模拟结果的影响。主要内容包括：

(1) 暴雨-洪涝模拟的不确定性分析。从地球空间信息学的角度，剖析了暴雨-洪涝灾害模拟的不确定性与动态水文观测数据的不确定性，并归纳总结了当前的国内外研究现状和存在的关键问题。

(2) 水文变化驱动的暴雨-洪涝模拟机制。详细分析了暴雨-洪涝灾害过程时空变化特征的复杂性和不确定性来源，深入总结了传统静态数据驱动模拟方法难以适应暴雨-洪涝时空变化的复杂性与不确定性的原因，建立了适应于暴雨-洪涝灾害过程时空变化不确定性的水文时空变化驱动的暴雨-洪涝灾害模拟机制和框架。

(3) 多源动态水文观测数据与模拟模型信息需求的统一描述。提出了暴雨-洪涝过程时空变化特征进行显式表达和定量描述模型，准确刻画暴雨-洪涝对象-时空过程-事件之间、传感器-水文观测信息、气象水文模型之间的语义关系，以清晰揭示暴雨-洪涝灾害过程的时变空变规律与动态水文观测数据时空变化信息之间的时空关联关系。

(4) 语义感知的水文变化发现和水文模型参数智能率定。提出了语义感知的动态水文观测数据变化发现方法，实现在动态水文观测数据接入过程中发现和提取其中蕴藏着的洪水周期变化、水文情势突变等时空变化模式；面向降低水文观测数据不确定性的目标，提出了变化语义约束的水文观测数据流在线滤波方法；最后，面向降低模型参数不确定性和提高模型参数对外界环境和下垫面条件时空变化适应性的目标，提出了水文时空变化信息驱动的暴雨-洪涝灾害模型参数智能率定方法，有效解决了传统参数率定过程中盲目随机游动性问题。

最后，设计开发了原型系统，并以2010年6月21日发生于江西省抚州市临川区抚河干流暴雨-洪涝灾害和2014年鲁甸地震牛栏山堰塞湖灾害的实时预报示范应用为例，验证了水文变化驱动的模拟方法在实际暴雨-洪涝灾害中的可用性和有效性。