中都河流域“8·16”山洪致灾机理分析

我国西南地区地形地貌条件复杂，极端暴雨山洪灾害频发，显著制约地区社会经济发展。为科学认识暴雨山洪形成过程，揭示受灾地区致灾机制，构建符合区域特征的山洪灾害预警体系，以四川省屏山县中都河流域“8.16”山洪灾害为例，结合实地调查及基础资料，从地区降雨特性、洪水陡涨过程及人类活动三方面入手，系统分析了此次暴雨山洪的灾变响应过程，以及采用水位流量反推法和洪水上涨率判定法计算山洪灾害预警指标阈值。结果表明：此次山洪灾害成因主要在于上游马边县地区短时强降雨导致下游屏山县中都镇河水陡涨，极大缩短了沿河居民转移时间；当地居民围滩造地侵占河道，减少了行洪面积，属于典型的地区强降雨与人类活动综合影响下的突发性暴雨山洪灾害；对比上述两种预警方法的结果，发现水位流量反推法预警精度稍差且多次出现漏警，洪水上涨率法预警期显著延长，预警效果更为可靠。因此，建议中都河流域山洪灾害防御采用洪水上涨率法和传统预警相结合，以流域划分模式构建马边屏山两县行政联合的山洪预警体系，可为该区域乃至其他类似山洪灾害频发地区的防治提供科学依据。     

山区小流域暴雨山洪灾害分区预警研究

受水沙耦合致灾作用，暴雨山洪灾害一般表现为山洪洪水灾害、山洪水沙灾害及山洪泥石流灾害三种模式，不同灾害模式的成灾特点、灾害规模、致灾指标及阈值常存在显著差异。传统暴雨山洪灾害防治预警技术的研究思路主要以“雨量-径流-成灾水位”雨水情分析为主，缺乏“雨-水-沙”变化系统研究，未充分考虑洪水泥沙耦合作用下山洪灾害易灾区的成灾特征，造成泥沙超量补给的“沟床淤积-水位陡增”型山洪灾害极易漏警。结合金沙江支流中都河小流域和岷江支流白沙河小流域山洪灾害实地调查及分析，初步表明流域内山体滑坡形成的松散体是流域水沙运动的重要泥沙补给源，从而极易诱发暴雨山洪水沙灾害和山洪泥石流灾害。采用TRIGRS模型分析中都河小流域和白沙河小流域的滑坡易发性，将滑坡低风险区划为暴雨山洪洪水灾害预警区，对具有丰富固体物源的滑坡中、高风险区，根据陡缓衔接河段泥沙易灾区判别法划分为山洪水沙灾害和山洪泥石流灾害预警区。结合4种暴雨山洪洪水灾害预警方法即洪水水位上涨率判定法、实时累积雨量法、水位-流量反推法及简易雨量站广播预警法，计算中都河小流域典型暴雨山洪灾害预警区的预警指标，以基于河床冲淤变化的洪水位上涨率法确定白沙河小流域暴雨条件下山洪水沙灾害预警区的预警水位。结果表明：TRIGRS模型划分的滑坡风险区与中都河小流域和白沙河小流域滑坡、泥石流灾害调查较为吻合；中都河小流域滑坡风险较低，沿河村落均可划为山洪洪水灾害预警区；白沙河小流域下游滑坡风险较低的沿河村落可划为山洪洪水灾害区，中、上游为滑坡中、高风险区，其中沟床陡缓坡衔接段划为山洪水沙灾害预警区、陡坡段划为山洪泥石流预警区。中都河小流域暴雨山洪灾害预警分析表明水位-流量反推法和简易雨量站广播预警法预警效果较差；洪水上涨率判定法与实时累积雨量法精度较高，对暴雨山洪洪水致灾时刻能够提前捕捉，而且能够显著提高预警处置时效性。此外，采用河床冲淤变化的水位上涨率法，白沙河小流域暴雨山洪水沙灾害预警效果较好。因此，本文构建的山区小流域暴雨山洪灾害分区预警方法具有较好的可靠性，可为山洪灾害预警提供技术支持。     

中都河流域“8·16”山洪致灾机理分析

中国西南地区地形地貌条件复杂,极端暴雨山洪灾害频发,显著制约地区社会经济发展。为科学认识暴雨山洪形成过程,揭示受灾地区致灾机制,构建符合区域特征的山洪灾害预警体系,以四川省屏山县中都河流域"8·16"山洪灾害为例,结合实地调查及基础资料,从地区降雨特性、洪水陡涨过程及人类活动3方面入手,系统分析了此次暴雨山洪的灾变响应过程,以及采用水位流量反推法和洪水水位陡涨率判定法计算山洪灾害预警指标阈值。结果表明:此次山洪灾害成因主要在于上游马边县地区短时强降雨导致下游屏山县中都镇河水陡涨,极大缩短了沿河居民转移时间;当地居民围滩造地侵占河道,减少了行洪面积,属于典型的地区强降雨与人类活动综合影响下的突发性暴雨山洪灾害;对比两种预警方法的结果,发现水位流量反推法预警精度稍差且多次出现漏警,洪水水位陡涨率法预警期显著延长,预警效果更为可靠。因此,建议中都河流域山洪灾害防御采用洪水水位陡涨率法和传统预警相结合,以流域划分模式构建马边屏山两县行政联合的山洪预警体系,可为该区域乃至其他类似山洪灾害频发地区的防治提供科学依据。     

基于时效差的山洪预警评定方法

水文模型在山洪预警中得到了广泛应用,但由于传统的模型评定指标着重于从数理统计上判断模拟预报的精度,认为真值两侧的误差影响相同,易造成山洪虚警、漏警同概率出现。山洪灾害防治以人民生命安全为首要问题,山洪漏警带来的人员伤亡比虚警导致的经济损失更值得关注。因此,“优先减少漏警”应为山洪模拟的重要原则。在综合考虑立即转移预警时刻、准备转移预警时刻和成灾水位出现时刻对预警的影响后,本文提出了“山洪预警时效差”评定指标,对山洪预警中的水文模型进行评判。以官山河流域1975年以来的较大山洪为例,分别以“山洪预警时效差”以及洪峰流量相对误差、峰现时间绝对误差和纳什效率系数三个传统方法为评判指标,采用TOPMODEL模型、TVGM模型和新安江模型对各场次洪水进行模拟和山洪预警,然后对预警结果进行评定。结果表明：“山洪预警时效差”和传统指标的评定结果存在明显差异;通过传统的评定指标,认为TVGM模型最优;而山洪预警时效差指标却认为TOPMODEL模型最优。这是因为TVGM模型虽然准确度更高,但会造成更多的漏警,符合传统数理评定标准但不符合山洪预警要求。因此,依据“山洪预警时效差”对水文模型进行评定,可有效提高山洪预警的有效性和可靠性,比传统评定指标更符合山洪预警要求。     

小流域山洪灾害预警指标计算方法应用研究

文中以匡门沟流域为例,在对该流域降雨、洪水等资料进行统计分析的基础上,选取推理公式法和地区经验公式法对山洪灾害预警指标进行计算。为了检验方法的适用性,选取1996年和2016年暴雨洪水资料进行分析,确定该流域山洪灾害预警指标计算方法,并推导出一套适用于该流域雨量预警的公式,利用该公式可以对山洪灾害进行实时滚动预报,以减少山洪灾害所造成的损失。该方法对临近无资料流域具有一定的借鉴意义。     

宣城市宣州区山洪灾害调查与评价

为客观评价宣城市宣州区山洪灾害危险性,采用外业与内业相结合的实施思路,推求水位-流量关系曲线和水位-人口关系曲线,计算不同重现期下的设计洪水过程,推算致灾水位和危险水位。结果显示,章家湾村致灾水位230.80m,约为7年1遇洪水。章家湾村山洪灾害调查和评价方法可作为进一步完善山洪灾害防治的非工程措施。     

河北省山洪灾害区预警预报系统

山洪灾害是河北省主要灾害之一,山洪灾害预测预警系统是山洪灾害防治的重要非工程措施。结合河北省山洪灾害防治区流域实际情况,开发研制一套集面雨量计算、前期影响雨量分析、产流计算、流域汇流计算、河道洪水演算、预警分析为一体的,适合河北省山洪灾害预警预报工作特点的河北省山洪灾害预警预报系统。     

山区暴雨山洪水沙灾害预报预警关键技术研究构想与成果展望

山洪灾害为全球重大自然灾害之一,本世纪全球因山洪灾害造成的经济损失已高达每年460多亿美元。我国山洪灾害防治区面积约占陆地面积的40%,山洪灾害造成的人员死亡约占洪涝灾害死亡人数的70%。近年来,我国全面开展山洪灾害防治项目建设,目前已基本建成了专群结合的山洪灾害防治体系,山洪灾害监测预警技术水平明显提升。山区暴雨山洪灾害实例表明,重大人员伤亡与重大财产损失的山洪灾害事件往往源于洪水和泥沙的共同作用,然而,以往在进行山洪灾害防治时,大多仅关注“洪水”的作用,忽视了“洪水和泥沙”共同作用将显著增大山洪灾害的致灾风险乃至出现“小洪水大灾害”。为了进一步提高山洪灾害防控能力和完善山洪灾害防御体系,亟需深入研究暴雨山洪水沙灾害预报预警关键技术。“山区暴雨山洪水沙灾害预报预警关键技术研究与示范”项目,以洪水和泥沙共同作用为切入点,凝练了四个需攻克的关键科学技术问题：1)山区暴雨作用下流域产流产沙异变机制、水沙过程与沟床剧变耦合致灾机制；2)山区暴雨山洪水沙灾害早期识别与致灾要素一体化智能监测技术；3)山区暴雨山洪水沙运动过程模拟与快速预报技术；4)基于山洪水沙灾害动力过程的灾害风险动态评估与预警防控技术。围绕关键科学技术问题的内涵,提出五个需开展的重点研究内容：1)山区暴雨产流产沙过程与水沙耦合致灾机制研究；2)山区暴雨山洪水沙灾害早期识别与智能监测技术；3)山区暴雨山洪水沙运动过程模拟与快速预报技术；4)山区暴雨山洪水沙灾害风险动态评估与预警技术；5)山区暴雨山洪水沙灾害预报预警防控平台构建与示范。研究成果将揭示山区暴雨产流产沙过程与水沙耦合致灾机制,提出山区暴雨山洪水沙灾害早期识别方法、山区暴雨山洪水沙灾害智能监测技术体系、山洪水沙运动过程模拟与快速预报技术、山洪水沙灾害风险动态评估与预警技术等,构建集早期识别、风险评估及综合防控一体化的暴雨山洪水沙灾害预报预警防控平台,提升我国暴雨山洪灾害监测预警与防控的实时性、精准度和智能化水平。     

山区河流宽窄相间河段山洪水沙输移2维数值试验

山区河流山洪过程常挟带大量泥沙,并引发河床剧烈变形,尤其是宽窄相间河段河床急剧调整、水位陡涨极易增加展宽河段的洪水淹没风险,深入研究山洪演进的水沙输移及河床变形对于防洪减灾具有重要意义。本文采用二维水沙动力学数值试验探究了上游来沙变化条件下宽窄相间河段水沙输移及河床变形过程。结果表明：当上游来沙充足时,洪水携带泥沙在展宽段淤积、缩窄段冲刷,河床在泥沙输移过程中整体上抬;而当上游没有来沙时,河床整体呈现下切趋势。究其原因,主要在于河道饱和输沙导致河床整体淤抬,而河床淤抬导致上游水位陡涨增加水面比降,床面切应力变大,从而提高河道输沙率,而宽窄河段床面起伏则增大床面形态阻力,促使上游水位上涨;泥沙来量较少时,河床冲刷为主,水位下降、水面比降趋于变缓。     

基于GIS技术的辽宁省山洪灾害风险区划研究

依据辽宁省1970—2013年的基础资料,包括降水、水位流量、数字高程与历史山洪灾害资料,采用临界雨量系数法与表面分析法,应用GIS平台进行多层属性信息的空间叠加与分析,获得辽宁省山洪灾害风险区划,以期为辽宁省防洪减灾决策提供理论依据。研究结果表明:大连市、鞍山市、抚顺市、本溪市、营口市、丹东市、朝阳市和葫芦岛市属于山洪灾害防治重点区域,其中,大连市、鞍山市、本溪市、营口市和丹东市重点防治的灾害类型是溪河洪水、泥石流和滑坡,抚顺市重点防治的灾害类型是溪河洪水,朝阳市重点防治的灾难类型是溪河洪水与泥石流,葫芦岛市应重点防治泥石流与滑坡;其他各市分别存在一种或两种中易发风险的灾害,应针对当地实际制定相应防范措施。     

小流域洪水计算及防洪措施

小流域洪水具有汇流快、峰量大、预测难度大、破坏性强等特点。白溪小流域为典型的山溪性河流,一旦发生洪水,将对溪河周围的居民产生严重的威胁。对白溪小流域的设计洪水、设计洪水位,以及在不同险情下的临界雨强的分析,可以成为小流域防洪措施的实施的依据,并据此设计洪水位进行堤防等工程措施的建设,根据临界雨强确定流域内的预警范围,建立防灾减灾体系。     

不同水沙条件下弯道河床冲淤与漫滩洪水特性研究

我国西南山区山洪灾害频发,严重威胁山区社会发展和人民生命财产安全。由于地形限制,山区常见弯曲河道,而弯曲段时常发生山洪灾害。以往弯曲河道水沙运动及河床演变的研究成果难以有效识别弯曲河道漫滩洪水下凹岸易灾区域范围。基于四川省芦山县王家村弯曲河道漫滩洪水灾害的现场观测,本文设计了弯曲水槽模型,测量了不同水沙条件下弯道水面超高、河床地形、凹岸水位和滩槽纵向流速,探讨了漫滩洪水的致灾机制,识别了漫滩洪水下弯曲河道易灾区范围。结果表明,上游流量是弯道漫滩洪水致灾的关键因素,而上游泥沙补给是次要因素。弯道水面超高随泥沙补给增加而增大,经对比计算,兰运长等的率定参数能较好预测河床冲淤稳定的弯道水面超高。水流不漫滩时,泥沙补给仅造成弯道凸岸轻微淤积,对弯道凹岸水位提升的影响很小。洪水漫滩后,上游流量增大造成凹岸水位和滩地流速显著增加。随着泥沙补给不断增大,弯曲主河道河床整体淤积,但淤积对水位和滩地流速的影响较小。30-60°断面区域是90°弯曲河道的易灾区范围,这是因为该区域内的滩地流速大于主河道流速和上游来流流速,滩地最大流速出现在弯道50°断面,其值可达上游来流流速的1.3倍。从水动力学角度分析,洪水漫滩时,滩地流速显著增大是王家村弯曲河段弯顶附近滩地成灾的原因。     

2维水动力模型中入流边界优化处理方法

在极端暴雨事件频率和强度不断加剧的趋势下,防洪安全面临着极其严峻的考验,研究河道洪水演进、漫溢及淹没过程,有效评估洪水灾害风险就显得尤为重要。为精确模拟河道洪水演进过程,本文采用基于非结构网格有限体积法建立的二维水动力模型,构建了一种基于虚拟单元法的入流边界改进方法。该方法采用基于地形网格数据的纵断面提取法以近似确定深泓线的位置,从而计算出河道平均纵比降;在入流边界各网格上以均匀流的方式入流,计算出不同流量下的对应水位;依据各网格上的水深和入流边长计算权重以合理地分配流量,再结合单宽流量边界条件确定边界外侧虚拟单元上的水力要素,最后耦合至模型通量部分进行计算,实现入流模块的优化。将该方法应用于Toce河物理模型试验的模拟,在入流边界附近计算出的水位、流速和流态都更为合理;河道中各测点水位与试验数据吻合度较高,洪水到达测点时间及各点间洪水运动传播时间与测量值较为接近,纳什效率系数在0.82~0.95之间,验证了该方法的可行性和模型的准确性;并且在单机上用时86s完成计算,效率较高,表明模型能高效准确的模拟洪水演进过程。通过对入流模块的改进优化,模型可以更好地应用于洪水演进过程的模拟预警及灾情评估工作,为洪水灾害管理决策提供技术支撑。     

基于IACO-BP算法的洪涝灾害应急物资需求预测

为了提高洪涝灾害应急物资需求预测的准确性,提出了一种改进蚁群优化BP神经网络智能算法.以受灾转移人数为预测对象,选取受灾人口、最大降雨量、洪水等级、降雨等级、受灾范围、房屋倒塌数、降雨时长和预报水平等洪涝灾害指标为研究因素,获得基于IACO-BP算法的受灾转移人数预测模型.结合库存管理知识间接预测洪涝灾害应急物资需求量.结果表明:IACO-BP算法获得预测值的均方误差比BP和PSO-BP算法获得的均方误差分别小93.62%和90.91%;IACO-BP、PSO-BP和BP网络运行时间分别为3、10和33 s;IACO-BP算法具有更高的精度和网络迭代效率.     

东苕溪流域2010年“03·06”洪水研究

以2010年春东苕溪流域一次长历时降雨为例,分析了此次降雨的分布、强度、特性、频率等,对洪水成因以及过程、特征和调度情况做了仔细的分析,对东苕溪流域的预报调度提出了切实可行的意见,为该流域防洪减灾提供科学依据,具有一定的参考价值.     

华南丘陵区马贵河小流域暴雨山洪灾害强降水特征

降水强度及持续时间是引发山洪灾害的重要气象因素,短时间内高强度的降水极易诱发山洪灾害,研究降水因子时空变化是防范及预警山洪灾害的关键环节。为了探索不同时间尺度的降水与局地山洪灾害之间的潜在联系,本文利用2010—2018年稠密的气象自动站逐小时降水观测数据,统计分析了以马贵河小流域为中心的华南丘陵区多尺度降水特征,重点从短时强降水（小时降水量≥20 mm/h）的角度揭示了诱发该流域山洪灾害的可能降水成因,并分类建立了该区域典型短时强降水事件的天气学概念模型。研究表明：马贵河小流域并非华南丘陵区的年降水、年暴雨高频中心,但短时强降水发生频次较高、强度较大;山洪灾害频发与时间尺度更短的短时强降水关系更为密切,而非普遍关注的暴雨天气过程;该流域的短时强降水具有双峰型分布特征,华南前汛期（4~6月）短时强降水频次与强度略高于后汛期（7~9月）,但后汛期午后的峰值频次更为集中;典型短时强降水过程可分为冷式切变型、低空低涡型、偏南急流型和热带气旋型等四种基本类型,不同环流类型的系统配置与环境条件具有明显差异。该成果一方面加深了对华南丘陵区短时强降水与山洪灾害内在联系的科学认识,另一方面可为当地短时强降水及山洪灾害预报预警提供技术支持。