多情景模式下山洪灾害临界雨量预警方法技术

本发明专利技术公开了一种多情景模式下山洪灾害临界雨量预警方法，包括步骤：以小流域为单元收集防灾对象资料；确定前期土壤状态；确定当地可能发生暴雨类型进行降雨时程分配设计；情景模式组合；确定不同情境模式下的临界雨量；针对不同的天气情况选择对应的临界雨量分级预警。本发明专利技术考虑了自然条件下不同情景下山洪灾害暴发条件，着重于设计雨型及前期土壤状态的不确定性影响，结合小流域的控制断面实测数据，试算出不同的临界雨量值，根据实际情况发布相应的山洪预警，通过实测的成灾暴雨洪水过程检验，证明了多情景模式下的山洪灾害预警模式是切实可行的，提高了山洪灾害预警与自然条件的契合度，进一步提高了山洪灾害预警的可靠、可信、可应用度。

【技术实现步骤摘要】
多情景模式下山洪灾害临界雨量预警方法
本专利技术属于山洪灾害研究
，具体涉及一种多情景模式下山洪灾害临界雨量预警方法。
技术介绍
山洪灾害目前是我国洪涝灾害主要的致死灾种，每年在我国都有不同地区暴发不同程度的山洪灾害，随着全球气候变化，极端降雨频发，加之山丘区经济水平提高，导致山洪灾害在我国呈现发生频次高、损失程度大的特点。我国山洪灾害预警多用临界雨量作为预警指标，在确定临界雨量时，所采用的前期影响雨量多为单一值，雨型亦采用固定的设计雨型。忽略了临界雨量的不确定性影响，由于降雨的随机性加之前期影响雨量的不确定性，山洪灾害暴发所需要的临界雨量并不是一个固定值，采用单一情景下的临界雨量预警模式不能有效保证预警精度，需根据不同情景设定不同的临界雨量预警方案。目前，山洪灾害预警针对防灾对象所发布的预警信息过于单一，一旦自然情况与设计情景不吻合，预警信息的可靠度就会大幅降低，极易发生空报、漏报、误报的现象。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有技术中的不足之处，提供一种多情景模式下山洪灾害临界雨量预警方法；该方法解决了单一情景下预警信息可靠度偏低，导致防灾对象自然条件发生改变时，无法发布可靠度较高的有效预警信息的问题。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：多情景模式下山洪灾害临界雨量预警方法，包括以下步骤，S1、获取小流域内防灾对象基础信息；S2、流域内山洪灾害暴发情景分析；S3、山洪灾害暴发情景模式组合生成；S4、利用曼宁公式绘制防灾对象控制断面水位流量关系曲线，确定防灾对象成灾流量；S5、利用瞬时单位线进行设计洪水计算；S6、采用试算法确定临界雨量；S7、根据实时气象数据进行情景模式识别，发布相应情景模式下的预警信息。优选地，S1步骤中防灾对象基础信息包括：不同时段设计暴雨值、流域控制河道河长、比降、糙率、流域最大土壤含水量、防灾对象成灾水位。优选地，S2步骤中山洪灾害情景包括：前期土壤状态分配，降雨的时程分布设计；前期土壤状态分配为干旱A1（0.2Wm）、一般A2（0.5Wm）、湿润A3（0.8Wm）三种情景；降雨时程分布设计是以流域中暴雨图集雨型进行移峰调序，设置为雨峰偏前B1、雨峰居中B2、雨峰偏后B3、均匀降雨B4四种情景。优选地，流域暴雨图集雨型是根据当地水文手册，确定设计雨型总时长、时程分配步长、逐时段分配比例；对雨型的移峰调序即固定峰值时刻比例，调整其位置，其他时刻分配比例保持不变。优选地，S3步骤中情景模式组合生成，是将前期土壤状态3种情景与设计雨型4种情景随机组合为12种山洪灾害暴发情景AiBj(i=1,2,3；j=1,2,3,4)。优选地，S4步骤中对象控制断面水位流量关系曲线的绘制，通过方程式和计算断面流量，式中Q为流量，m3/s；A为断面过流面积，m2；V为过流断面平均流速，m/s；n为糙率；R为水力半径；J为洪水水面线比降；根据控制断面水位流量关系曲线查读出成灾水位对应之流量，即为防灾对象成灾流量。优选地，S6步骤临界雨量的确定，即设置一个初始雨量值，按照设计雨型对其进行时程分配，产汇流计算，将所得洪峰流量QS与成灾流量QZ进行对比，计算偏离度P，若P在阈值内，所输入雨量值即为临界雨量，若P超出阈值，即重新设置雨量值，直至P小于阈值为止。优选地，洪峰流量通过瞬时单位线模型计算，式中u(0,t)为瞬时单位线纵高；Г(n)为伽玛函数；洪峰流量QS与成灾流量QZ判别标准如下：，，式中QS为试算的洪峰流量；QZ为成灾流量；P为偏离度。优选地，S7步骤情景模式识别包括前期土壤状态识别以及雨型状态识别；根据中央气象台历时降水资料利用公式计算前期影响雨量Pa，式中Pa,t为t日的前期降雨指数；n为影响本次径流的前期降雨天数，常取15d左右；K为折算系数，一般可取8.5左右；对于无雨日，采用公式计算；根据中央气象台发布七天天气预报初步判别近期是否有较大降雨，若有则查询未来24h详细降水预报信息；其中中央气象台所发布降水信息时间间隔为3h，降雨量为Hi(i=1,2,3…8)，计算24h总雨量HZ，挑选最大可能降雨量Hmax为可能雨峰降雨量，计算降雨总历时TZ，降雨时刻为Ti(i=1,2,3…8)；计算雨峰位置系数r，r=Ti/TZ，若r∈（0，0.33]，则识别为雨峰偏前；若r∈（0.33，0.66]，则识别为雨峰居中；若r∈（0.66，1]，则识别为雨峰偏后；若无法识别出Hmax，即各时段降雨较为平均，则识别为均匀雨型。优选地，根据情景模式识别发布预警信息，预警等级划分规则见表1，其中预警等级越小代表危险程度越高；表1预警等级划分标准。采用上述技术方案，与现有研究相比，本专利技术具有以下优点：本专利技术通过收集整理小流域防灾对象的基础数据、实际成灾洪水信息，包括小流域内不同重现期下设计暴雨值、小流域常用设计雨型、防灾对象控制断面高程数据、灾后的成灾水位信息、小流域最大土壤含水量等，组合生成了多种成灾情景，确定了不同情景下的临界雨量值，根据防灾对象不同的前期自然条件，发布不同的预警信息，有效的提高了预警指标与自然条件的吻合度，为进一步提高山洪灾害预警精度提供了有力的技术支撑。附图说明图1是本专利技术所述多情景下山洪灾害临界雨量预警方法的流程示意图；图2是雨峰居中设计雨型图；图3是雨峰偏前设计雨型图；图4是雨峰偏后设计雨型图；图5是均匀设计雨型图；图6是情景模式组合图；图7是1996年7月14日实测洪水过程线图。具体实施方式如图1所示，本专利技术的多情景模式下山洪灾害临界雨量预警方法，包括以下步骤，S1、获取小流域内防灾对象基础信息；S2、流域内山洪灾害暴发情景分析；S3、山洪灾害暴发情景模式组合生成；S4、利用曼宁公式绘制防灾对象控制断面水位流量关系曲线，确定防灾对象成灾流量；S5、利用瞬时单位线进行设计洪水计算；S6、采用试算法确定临界雨量；S7、根据实时气象数据进行情景模式识别，发布相应情景模式下的预警信息。优选地，S1步骤中防灾对象基础信息包括：不同时段设计暴雨值、流域控制河道河长、比降、糙率、流域最大土壤含水量、防灾对象成灾水位。优选地，S2步骤中山洪灾害情景包括：前期土壤状态分配，降雨的时程分布设计；前期土壤状态分配为干旱A1（0.2Wm）、一般A2（0.5Wm）、湿润A3（0.8Wm）三种情景；降雨时程分布设计是以流域中暴雨图集雨型进行移峰调序，设置为雨峰偏前B1、雨峰居中B2、雨峰偏后B3、均匀降雨B4四种情景。优选地，流域暴雨图集雨型是根据当地水文手册，确定设计雨型总时长、时程分配步长、逐时段分配比例；对雨型的移峰调序即固定峰值时刻比例，调整其位置，其他时刻分配比例保持不变。优选地，S3步骤中情景模式组合生成，是将前期土壤状态3种情景与设计雨型4种情景随机组合为12种山洪灾害暴发情景AiBj(i=1,2,3；j=1,2,3,4)。优选地，S4步骤中对象控制断面水位流量关系曲线的绘制，通过方程式和计算断面流量，式中Q为流量，m3/s；A为断面过流面积，m2；V为过流断面平均流速，m/s；n为糙率；R为水力半径；J为洪水水面线比降；根据控制断面水位流量关系曲线查读出成灾水位对应之流量，即为防灾对象成灾流量。优选地，S6步骤临界雨量的确定，即设置一个初始雨量值，按照设计雨型对其进行时程分配，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.多情景模式下山洪灾害临界雨量预警方法，其特征在于：包括以下步骤，S1、获取小流域内防灾对象基础信息；S2、流域内山洪灾害暴发情景分析；S3、山洪灾害暴发情景模式组合生成；S4、利用曼宁公式绘制防灾对象控制断面水位流量关系曲线，确定防灾对象成灾流量；S5、利用瞬时单位线进行设计洪水计算；S6、采用试算法确定临界雨量；S7、根据实时气象数据进行情景模式识别，发布相应情景模式下的预警信息。

【技术特征摘要】
1.多情景模式下山洪灾害临界雨量预警方法，其特征在于：包括以下步骤，S1、获取小流域内防灾对象基础信息；S2、流域内山洪灾害暴发情景分析；S3、山洪灾害暴发情景模式组合生成；S4、利用曼宁公式绘制防灾对象控制断面水位流量关系曲线，确定防灾对象成灾流量；S5、利用瞬时单位线进行设计洪水计算；S6、采用试算法确定临界雨量；S7、根据实时气象数据进行情景模式识别，发布相应情景模式下的预警信息。2.根据权利要求1所述的多情景模式下山洪灾害临界雨量预警方法，其特征在于：S1步骤中防灾对象基础信息包括：不同时段设计暴雨值、流域控制河道河长、比降、糙率、流域最大土壤含水量、防灾对象成灾水位。3.根据权利要求2所述的多情景模式下山洪灾害临界雨量预警方法，其特征在于：S2步骤中山洪灾害情景包括：前期土壤状态分配，降雨的时程分布设计；前期土壤状态分配为干旱A1（0.2Wm）、一般A2（0.5Wm）、湿润A3（0.8Wm）三种情景；降雨时程分布设计是以流域中暴雨图集雨型进行移峰调序，设置为雨峰偏前B1、雨峰居中B2、雨峰偏后B3、均匀降雨B4四种情景。4.根据权利要求3所述多情景模式下山洪灾害临界雨量预警方法，其特征在于：流域暴雨图集雨型是根据当地水文手册，确定设计雨型总时长、时程分配步长、逐时段分配比例；对雨型的移峰调序即固定峰值时刻比例，调整其位置，其他时刻分配比例保持不变。5.根据权利要求3所述多情景模式下山洪灾害临界雨量预警方法，其特征在于：S3步骤中情景模式组合生成，是将前期土壤状态3种情景与设计雨型4种情景随机组合为12种山洪灾害暴发情景AiBj(i=1,2,3；j=1,2,3,4)。6.根据权利要求1所述多情景模式下山洪灾害临界雨量预警方法，其特征在于：S4步骤中对象控制断面水位流量关系曲线的绘制，通过方程式和计算断面流量，式中Q为流量，m3/s；A为断面过流面积，m2；V为过流断面平均流速，m/s；n为糙率；R为水力半径；J为洪水水面线比降；根据控制断面...

【专利技术属性】
技术研发人员：原文林，宋汉振，涂新煜，刘美琪，付磊，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：河南,41