基于临界雨量的中小流域地质灾害及洪水预警方法技术

【技术实现步骤摘要】 基于临界雨量的中小流域地质灾害及洪水预警方法

[0001]本专利技术属于地质灾害及洪水预警，具体涉及基于临界雨量的中小流域地质灾害及洪水预警方法。

技术介绍

[0002]地质灾害是指在自然或者人为因素的作用下形成的，对人类生命财产造成的损失、对环境造成破坏的地质作用或地质现象。地质灾害在时间和空间上的分布变化规律，既受制于自然环境，又与人类活动有关，往往是人类与自然界相互作用的结果。[0003]山洪是山区中小流域由强降雨引起的突发性洪水，具有突发性和极强的破坏性，威胁着人类的生命和财产安全。我国河流众多,流域面积覆盖面广，中小河流大多分布在城镇和乡村周围，由于缺少系统性的管理，加上近年来极端天气事件增多，突发性暴雨频率增加，我国城乡尤其是重要城镇和农业生产区受山洪灾害损失十分严重。在此背景下,山洪灾害的防治尤为重要。[0004]然而，现在的中小流域在遇到汛期时，往往不能够及时的对洪水的高度进行预知，同时一般的洪水预警方法得到的结果准确性较为有限，不能够提高预警的精准性，往往会给广大人民群众带来巨大的经济损失。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供基于临界雨量的中小流域地质灾害及洪水预警方法，以解决上述技术介绍中提出的现在的中小流域在遇到汛期时，往往不能够及时的对洪水的高度进行预知，同时一般的洪水预警方法得到的结果准确性较为有限，不能够提高预警的精准性，往往会给广大人民群众带来巨大的经济损失的问题。[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：基于临界雨量的中小流域地质灾害及洪水预警方法，包括以下步骤：[0007]步骤一：面雨量的计算：通常采用的方法为算术平均法和泰森多边形法，这里采用泰森多边形法首先计算流域各站的时段降雨量，然后根据每个雨量站所占流域面积的权重，采用加权法对流域各雨量站的时段降雨量进行叠加求得；[0008]步骤二：土壤含水量饱和度的计算：首先，根据降水和下垫面特征将流域划分为若干个单元，然后，对每个单元分别进行产汇流计算，得到单元流域的出流过程，最后，将其演算至流域出口并进行叠加，即可得到整个流域的出流过程，同时还可输出土壤含水量值；[0009]步骤三：确定动态临界雨量指标：以6h雨量为例，针对历史洪水资料，计算前24h内的最大6h累计雨量，以及该6h最大雨量发生之前的土壤饱和度，根据洪水过程是否超过警戒流量，将洪水过程划分为超警和未超警两大类，并采用基于最小均方差准则的W‑H(Widrow‑Hoff)算法对两大类洪水过程中的土壤含水量饱和度和最大6h累计雨量组合进行分类；[0010]步骤四：根据函数计算是否进行山洪预警：利用动态临界雨量山洪预警判别函数，根据不同土壤含水量饱和度，计算6h山洪临界雨量，若6h降雨量超过临界雨量，则进行山洪预警；[0011]步骤五：观察动态临界雨量预警判别函数可知，随着时间尺度的增大，斜率逐渐增大，说明时间尺度越大，临界雨量受土壤含水量的影响越大，随着时间尺度的增加，以同一土壤含水量为初始条件，必须有更多的时段总降水量，才能在有限的时间和空间内堆积足够多的水量，满足山洪暴发的条件，这符合流域产汇流规律和实际情况；[0012]步骤六：选取历史供水进行独立性检验。[0013]优选的，所述步骤一中，面雨量是指一次降雨的过程中，整个流域面上的平均累计降雨量的数值。[0014]优选的，所述步骤一中，流域的平均降雨量的计算公式如下所示：[0015][0016]其中，wi为流域内各雨量站权重；Pi为流域内各雨量站的时段降雨量，单位为mm，n为流域内雨量站的个数。[0017]优选的，所述步骤二中，土壤含水量饱和度计算公式为：[0018]土壤含水量饱和度＝wmi/WM。[0019]优选的，所述步骤三中，具体分类方式如下：首先确定不同土壤含水量饱和度和最大6h累计雨量组合对应的流量是否超过警戒流量，随后以流量是否超过警戒流域为标准，将不同的土壤含水量饱和度和最大6h累计雨量组合划分为超警和未超警两大类(即二元分类问题)，采用W‑H方法，以最小均方差为准则，对上述中的二元分类问题进行线性划分，建立动态临界雨量与土壤含水量饱和度的线性关系模型，以此作为山洪预警动态临界雨量判别函数。[0020]优选的，所述步骤四中，同样的，通过对12和24h的累计雨量及其对应的土壤含水量饱和度的分析，得到12和24h这两种时间尺度的动态临界雨量山洪预警判别函数。[0021]优选的，所述步骤四中，在进行山洪预警前，考虑预警地区所处河段河谷形态、洪水上涨速率、预警响应时间和站点位置等因素，在临界雨量的基础上综合确定告知性、警戒性和紧急性预警指标，从而将山洪灾害对人民群众生命财产的危害降到最低。[0022]优选的，所述步骤六中，为了进行独立性检验，从2010‑2020年洪水资料中选取了5场历史洪水进行应用检验。[0023]优选的，所述步骤六中，首先分析每场洪水流量过程线和降雨量，从降雨开始的时刻至达到警戒流量(620m3·s‑1)的时刻之间任意选择一个时间点作为预警时间，以体现检验的客观性和可信度。[0024]优选的，所述步骤六中根据判别函数，将临界雨量与降雨量进行比较，作出是否进行山洪预警判断，根据实际流量是否达到警戒流量来检验山洪预警是否正确。[0025]与现有技术相比，本专利技术提供了基于临界雨量的中小流域地质灾害及洪水预警方法，具备以下有益效果：[0026]1、本专利技术采用的方法指标易于判别，能精确的捕捉中小流域地区的暴雨、大雨等引发的地质灾害事件，预报效果较好，具有较强的实际应用价值，且对当前开展的中小河流洪水易发区水文监测预警及全国山洪灾害防治试点工作具有重要的指导意义，有效的避免了现在的中小流域在遇到汛期时，往往不能够及时的对洪水的高度进行预知，同时一般的洪水预警方法得到的结果准确性较为有限，不能够提高预警的精准性，往往会给广大人民群众带来巨大的经济损失的问题；[0027]2、本专利技术通过提出的山洪预警方法是利用土壤含水量饱和度更新预警临界雨量指标，即动态临界雨量指标，克服了传统静态临界雨量方法不考虑前期土壤含水量的局限性，基于临界雨量的山洪预警方法在各个中小流域的应用检验合格率约为80％，总体精度较高；[0028]3、本专利技术应用于山洪预警是可行的，其技术思路不仅可以为其他地区的山洪预警业务提供参考，而且可以为中小河流山洪灾害气象风险预警业务提供技术支撑，通过综合考虑实况和预报累积降雨量，将其与动态临界雨量指标进行比较，判断是否进行山洪预警，可以有效的延长山洪预警的预见期，增加了居民的安全性；[0029]4、本专利技术在实际应用中，不仅可以根据降雨实况进行预警判断，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】 1.基于临界雨量的中小流域地质灾害及洪水预警方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：面雨量的计算：通常采用的方法为算术平均法和泰森多边形法，这里采用泰森多边形法首先计算流域各站的时段降雨量，然后根据每个雨量站所占流域面积的权重，采用加权法对流域各雨量站的时段降雨量进行叠加求得；步骤二：土壤含水量饱和度的计算：首先，根据降水和下垫面特征将流域划分为若干个单元，然后，对每个单元分别进行产汇流计算，得到单元流域的出流过程，最后，将其演算至流域出口并进行叠加，即可得到整个流域的出流过程，同时还可输出土壤含水量值；步骤三：确定动态临界雨量指标：以6h雨量为例，针对历史洪水资料，计算前24h内的最大6h累计雨量，以及该6h最大雨量发生之前的土壤饱和度，根据洪水过程是否超过警戒流量，将洪水过程划分为超警和未超警两大类，并采用基于最小均方差准则的W ‑ H(Widrow ‑ Hoff)算法对两大类洪水过程中的土壤含水量饱和度和最大6h累计雨量组合进行分类；步骤四：根据函数计算是否进行山洪预警：利用动态临界雨量山洪预警判别函数，根据不同土壤含水量饱和度，计算6h山洪临界雨量，若6h降雨量超过临界雨量，则进行山洪预警；步骤五：观察动态临界雨量预警判别函数可知，随着时间尺度的增大，斜率逐渐增大，说明时间尺度越大，临界雨量受土壤含水量的影响越大，随着时间尺度的增加，以同一土壤含水量为初始条件，必须有更多的时段总降水量，才能在有限的时间和空间内堆积足够多的水量，满足山洪暴发的条件，这符合流域产汇流规律和实际情况；步骤六：选取历史供水进行独立性检验。2.根据权利要求1所述的基于临界雨量的中小流域地质灾害及洪水预警方法，其特征在于：所述步骤一中，面雨量是指一次降雨的过程中，整个流域面上的平均累计降雨量的数值。3.根据权利要求1所述的基于临界雨量的中小流域地质灾害及洪水预警方法，其特征在于：所述步骤一中，流域的平均降雨量的计算公式如下所示：其中，w i 为流域内各雨量站权重；P i 为流域内各雨量站的时段降雨量，单位为mm，n为流域内雨量站的个数。4.根据权利要求1所述的基于临界雨量的中小流域地质...

【专利技术属性】 技术研发人员：张家明，陈茂，龙郧铠，邱培城， 申请(专利权)人：昆明理工大学， 类型：发明 国别省市：