基于中国山洪水文模型的动态临界雨量研究及应用

以中国山洪水文模型为基础,综合考虑前期影响雨量、累积雨量、降雨强度及雨型分布、地形地貌等因素的影响,提出了基于分布式水文模型的小流域动态临界雨量预警指标分析方法。以四川省不同水文分区3个典型小流域(赶场、西宁和新生流域)为例,评估了该指标用于小流域山洪预警的精度。研究表明:(1)中国山洪水文模型在研究区内具有较好的适用性,3个小流域率定期和验证期的山洪模拟合格率均在90%以上;(2)以1h、3h和6h为预警时段,赶场、西宁和新生流域的临界雨量分别为20～250mm、12～160mm、6～140mm;(3)不同预警时段下,3个小流域山洪预警的合格率达到80%以上。研究成果可为小流域山洪预警提供理论支持和技术支撑。     

不同土壤含水量的动态临界雨量拟定方法研究

由于资料缺乏和对临界雨量分析不足等问题,部分山洪防治地区山洪预警效果不佳。基于流域降雨径流关系,结合流域土壤含水量和前期实测降雨量,计算了河道洪峰流量达到安全泄量所需的下一时段降雨量（临界雨量）;并以最小二乘法准则拟合前期实测降雨与临界雨量之间的函数关系,建立了不同土壤含水量等级下的动态临界雨量计算函数。依据试验流域隽水1964～2014年共38场具有代表性的典型洪水过程资料,对所建立的动态临界雨量计算函数进行检验,并开展山洪预警试验,合格率达到94.7%。表明该方法用于山洪预警在技术上是可行的。     

考虑雨强时间分配的山洪灾害临界雨量的计算

临界雨量的确定是山洪灾害预警系统的关键。由于没有考虑或没有正确考虑降雨强度的时间分配,因此现有方法计算出的临界雨量普遍偏大,致使山洪灾害预警时漏报率很高。本文提出了一种考虑降雨强度时间分配的临界雨量计算方法,以裴河为例,分别计算了降雨强度均匀、线性递增和线性递减3种时间分配模式下的临界雨量,结果表明最适用的降雨强度时间分配模式为线性递增。裴河流域8场洪水的应用结果显示,利用该方法得到的临界雨量,山洪灾害预警的成功率和漏报率均为50%,而利用原假定雨强均匀分配方法得到的临界雨量,山洪灾害预警的成功率和漏报率分别为12%和88%,表明该方法可以显著提高山洪灾害预警的成功率,降低漏报率。     

基于临界雨量的山洪灾害预警技术试验研究

为研究适用的山洪灾害预报预警技术,选定湖南临湘市为试验区,应用统计分析法拟定试验区各预警分区的临界雨量值,并采用当前国内外最新的定量降雨预报技术,引入WRF数值预报模式开展了定量降雨预报。在综合考虑试验区临界雨量、实测雨量和预报雨量基础上,提出了针对山洪灾害的三级预警技术应用方案（“内部告警”、“准备转移”及“立即转移”）。2014年汛期（5~9月）对该方案进行了实时试验。试验结果表明,该时段并未出现符合山洪预警条件的现象,与实际灾害灾情报告一致。针对试验区的临界雨量拟定及山洪预警技术应用方案适用可行,可为类似山洪灾害防治地区提供借鉴。     

基于降雨时空不确定性的山洪灾害三级预警模式

为提高山洪灾害预警精度,以栾川流域为例,根据基尼系数和峰值雨强位置系数,概化包括偏前均匀型、偏后集中型等9种特征雨型,并通过总雨量重现期和峰值雨强条件概率,确定各种雨型的峰量关系,设置降雨重心从上游到下游偏移的5种降雨空间分布情景。在此基础上,探讨降雨时空分布不确定性对临界雨量的影响,建立临界雨量数据集,构建三级临界雨量预警模式,并通过4场雨洪资料对该预警模式进行检验。结果表明：当前期影响雨量为0.2Wm(Wm为流域最大蓄水量)、降雨重心在中游时,偏前均匀雨型比偏后均匀雨型24 h临界雨量大17.52%~23.87%,偏后均匀雨型和偏后集中雨型的临界雨量范围相差5.19%~6.53%;前期影响雨量为0.5Wm时,情景1（降雨重心在上游）对应的12 h临界雨量比情景5（降雨重心在下游）大31.61%~48.94%,流域降雨时空分布对山洪灾害预警影响显著。因此,所构建的考虑降雨时空不确定性的三级预警模式运行结果合理可靠,可为其他中小流域的山洪预警提供技术参考。     

基于HEC-HMS水文模型的流域洪水临界雨量模拟分析

为提高大清河流域拒马河水系紫荆关流域山洪模拟及预报的准确性,推求紫荆关流域临界雨量,以期为流域山洪预报预警提供参考。基于紫荆关流域实测场次暴雨洪水数据及流域下垫面资料,构建了紫荆关流域HEC-HMS水文模型,以不同缩放比例的典型降雨过程为输入,通过大量模型运行计算,推算了流域不同土壤湿度条件下的临界雨量。研究结果表明,构建的流域HEC-HMS模型率定期及验证期的模拟洪峰及洪量的相对误差均在20%以内,能够满足精度要求,HEC-HMS模型可用于紫荆关流域洪水模拟与洪水预警。流域前期土壤湿度条件为影响临界雨量的一个重要因素,不同流域前期土壤湿度条件下,临界雨量也各有不同。研究成果对完善流域山洪灾害预警预报计算方法具有重要的指导意义。     

基于雨型种群的山洪灾害临界雨量阈值空间研究

针对山洪灾害临界雨量单一值预警预报精度偏低问题,将雨型不确定性纳入考虑范围之内,依据基因变异原理,提出了种群雨型生成方法,并将HEC-HMS模型引入到临界雨量计算模型,计算了新县流域6 h临界雨量阈值空间,绘制了R-G-H临界雨量预警图,从概念-物理机制-分析判断-发布预警对山洪预警工作进行了系统梳理。结果表明:研究区G_(P,6)雨型种群对应临界雨量阈值空间为84～161 mm,最大变幅为91.7%;随着主变异基因位置g_r的后移,临界雨量呈现出逐渐减小趋势;G_5雨型集不易控制,致灾情景多变,临界雨量最大变幅为24.5%;在P_a=0.2W_m、P_a=0.5W_m、P_a=0.8W_m时,研究区6 h临界雨量阈值空间分别为100～161 mm、96～145 mm、84～121 mm。通过对成灾情景的识别,选择合理阈值发布预警信息,可有效提高山洪灾害预警精度。     

基于临界雨量推求复合预警指标的方法及应用

基于全国山洪灾害调查评价获取的山洪灾害防治断面临界雨量数据,依据流域产汇流原理充分考虑前期影响雨量Pa、临界雨量P和预警时段H对复合预警指标的不同影响,提出了由临界雨量推求复合预警指标的公式,并以江西婺源县为例说明了该公式的可行性及其应用过程,提出了一套完整的山洪灾害预警方案。结果表明:婺源县复合预警指标值的平均极差为5.4,平均变差系数为0.029,由临界雨量推求复合预警指标可行。将降雨开始时的前期影响雨量、实测或预报的雨量及其时段长代入公式得实时复合预警指标值,再与断面复合预警指标阈值比较,达到或超过预警阈值即发布山洪预警,否则根据后续降雨情况重新判断是否预警。该方法充分利用事发之前的已有信息,能计算任意时段预警值,可为山洪灾害预警提供一种新的有效方法。     

降雨时程分布对山洪灾害预警影响初步研究

由降雨时间分布的不均匀性带来的流域产流峰值的变化较大,在同一个流域,成灾流量及其它条件相同,但降雨过程不同,所需要的临界降雨量是不同的。因此,山洪灾害预警实践中,通常会因为实际的降雨过程与拟定山洪灾害预警指标所依据的雨型不一致而导致预警不准确。以云南省云县爱华镇田心村下轻木林和涌宝镇涌宝村岔河两个典型小流域为研究对象,构建雨量时程分布不均匀程度计算模型,以介于[-1,1]的无量纲不均匀系数表示降雨的时程分布特性,分析降雨时程分布不均匀系数与临界雨量的相关关系。结果表明:不均匀系数介于-0.8~0.8之间的14种雨量分布模式所引起的临界雨量变化在6.3%~29.6%之间,降雨时程分布越不均匀,临界雨量越小,其中主雨峰偏后的更为明显,说明流域降雨时程分布对山洪灾害预警影响显著。因此在山洪灾害预警实践中应根据实际的降雨过程对预警指标适当修正。     

基于山洪灾害事件的小流域临界雨量检验复核

针对无资料小流域山洪灾害临界雨量确定中存在的问题,基于山洪灾害事件和洪水调查资料,引入频率区间和偏离度概念,通过成灾洪水雨量特征值与临界雨量的比较,初步检验临界雨量;针对引起临界雨量误差的主要因素,通过复核比降、糙率、水位—流量关系和流域产汇流计算方法及参数,间接复核临界雨量。以安阳县许家沟乡河西村河西沟小流域为实例进行应用研究,结果表明:河西沟小流域以0.8倍流域最大蓄水容量为前期影响雨量所对应的1 h临界雨量较为合理,但2 h临界雨量偏小31.2%;复核发现河西沟小流域水位—流量关系和产流计算方案均存在一定的误差,导致2 h临界雨量偏小较多。复核后以0.8倍流域最大蓄水容量为前期影响雨量所对应的1 h和2 h临界雨量偏差均在允许范围内,预警精度明显提高,表明该方法用于山洪临界雨量检验复核在技术上是可行的。     

雨量输入对分布式流溪河模型中小流域预报精度的影响

中小流域由于资料欠缺、洪水汇流时间短、水量集中等特点,导致其洪水预报难度大,预报精度低。针对我国中小流域的洪水预报精度有待进一步提高的问题,为了让分布式水文模型在全国广泛投入实际应用,选取四川省达州市清溪河流域作为了研究对象。采用流溪河分布式水文模型,从降水量入手,讨论雨量数据对模型结果的影响,探讨满足预报精度所需的雨量站布设密度条件,并将得到的洪水模拟结果与传统预报模式下的洪水模拟结果进行对比分析。结果表明: 12 场洪水中,确定性系数在 80%以上的洪水有 10 场,占比 83. 33%,其中 11 场洪水的洪峰误差小于 20%,合格率为91. 67%,峰现误差合格率达到 100%。因此,流溪河分布式水文模型对于中小流域的洪水预报具有较强的适用性,模拟结果较好。中小流域不同雨量站的降水差异明显,降水总量和雨型的差异对模型输出结果影响较大,当前提高预报精度的重要措施是提高基础数据的质量。清溪河流域雨量站布设密度达到 86 km2 /站时已基本满足该流域流溪河模型预报的要求。现阶段我国许多地区雨量站布设密度已达到较高水平,采用流溪河模型等分布式水文模型进行中小流域洪水预报变为可能。     

山洪灾害临界雨量分析计算方法研究

一个流域或区域某一时间段内降雨量达到或超过某一量级和强度时,该流域或区域将发生山溪洪水、泥石流、滑坡等山洪灾害,把这时的降雨量或降雨强度,称为该流域或区域的临界雨量(强).临界雨量(强)是一项指标,对于山洪灾害防治有着重要意义.采用水文部门现有雨量站网的雨量资料,并利用气象站网雨量资料作为补充,提出了临界雨量的分析计算方法,同时也给出了资料缺乏和无资料区域或流域临界雨量的估算方法.通过对典型区域的实例分析,证明提出的方法是可行的.     

分布式水文模型结合气象预报方法初步探讨

为了尽量消除因流域空间非均一性引起的水文模拟不确定性,采用基于GBHM分布式水文模型以及具有明确物理意义的模型参数,利用三峡区间2011年5~6月期间的气象预报信息,探讨该区域实时洪水预报方法,以及不同预见期的洪水预报精度。结果表明,分布式水文模型与气象预报数据结合,能够较好地模拟该区间的洪水过程。该方法在一定预见期内能够对实时洪水过程进行预报,预报精度很大程度上取决于降水预报的准确性。     

滦河流域“12.8”洪水特性及其防洪调度探析

2012年8月,滦河流域分别受高空槽、低空切变线及10#台风“达维”影响,发生了几场强降水过程,降雨量较多年同期偏多近2成。从而,流域多条河流发生了自1994年以来的大洪水,沿线县（市）受到一定程度洪水威胁。通过对“12.8”洪水主要降雨过程、洪水特性及调度特点分析,为今后加强滦河流域科学有效防御洪水提供参考与借鉴。     

基于加权的滑动平均—马尔科夫预测模型及其应用

降水量预测是雨水潜力化计算的首要环节.但由于降水过程存在高度的不确定性和随机性,很难用物理成因方法来确定某一时段降水量的准确值.因此可采用基于概率论和随机过程理论的马尔可夫模型进行预测[13],采用加权的方法,并通过对降水序列的滑动平均处理,降低序列的随机性,提高预测的准确性.以简阳1953-2004年年降水资料为分析对象进行实例分析,其中应用2006-2009年降水资料作模型检验,并对2010年-2005年年降水量作模型预测.结果表明:应用加权的滑动平均马尔科夫预测模型进行降水量预测是可行的,而且意义明确,计算简便,预测精度较高.     

“2D城市洪涝与流域汛情风险预警评估系统”应用探讨

城市洪涝预警预报对保障城市正常运转意义重大。为有效地提升洪涝预警评估水平,有必要借鉴国外的先进方法与技术。"2D城市洪涝与流域汛情风险预警评估系统(FRMFS)"在技术上属国际先进水平,浙江省引进后,结合实际进行消化、吸收、二次开发,从数据采集、预报模型等方面验证了其在中小城市中的适用性。实例成果表明该系统对有效提升城市防汛抗灾综合能力具有实际意义。     

水库流域雨洪耦合预报方法研究

针对许多面积小于1000 km²的小流域洪水预见期只有3 h左右,有的暴雨中心在库区的洪水甚至不足1 h,严重影响水库防洪效益发挥,迫切需要通过降雨定量预报延长预见期。为此,研究建立了定量降水预报模型,较好解决了降水信息场与水文模型时间和空间尺度上的匹配问题,缩小两者的尺度差异,使得雨洪模型更匹配;然后利用系统微分响应技术提取实测流量的信息逆向反馈降雨预报模型,修正降水预报结果,通过正向和逆向信息流构建了较为完善的耦合结构。模型在汤浦水库流域首次进行了应用检验,获得了较好的结果。     

SRM 融雪径流模型在奎屯河流域洪水预报的应用

我国中小河流域防洪标准普遍偏低,急需加强洪水预报工作,特别是在站点稀少,资料匮乏的高寒山区,由融雪产生的径流与由降水产生的径流难以区分,加大了洪水预报工作难度。SRM融雪径流模型是专门解决这个问题的水文模型,它对于山区流域融雪径流预报和模拟研究起着非常重要的作用。基于SRM融雪径流模型,以新疆地区典型山区中小河流域奎屯河为例,通过MODIS遥感数据提取流域积雪覆盖率,并结合气象台站数据,对研究区进行水文模拟,研究结果认为:融雪径流模型能够很好的模拟奎屯河流域的径流过程,率定期与验证期Nash效率系数都达到了0.7以上,说明融雪径流模型能够适用于奎屯河流域的洪水预报,对高寒山区中小河流域防洪预警具有一定的指导意义。     

降雨量空间分布对山洪临界雨量的影响

山洪临界雨量是山洪灾害预报预警的重要基础,受降雨、土壤含水量以及下垫面的影响,其中降雨量空间分布是重要的影响因素之一。以湖北省崇阳县高堤河流域为例,采用HEC-HMS分布式水文模型计算设计洪水,试算法计算临界雨量,提出了降雨量空间分布系数,分析了降雨量空间分布系数与临界雨量的关系,探讨了降雨空间分布对临界雨量的影响。结果表明:当降雨从上游到下游逐渐减少时,达到相同成灾流量对应的临界雨量最大,暴雨中心在下游时临界雨量最小,说明降雨量空间分布对临界雨量影响显著。由分析可知,在山洪灾害预警实践中应根据实际的降雨空间分布对预警指标适当修正,对山洪进行动态雨量预警。