基于降雨时程分布的临界雨量进行实时山洪预警的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于降雨时程分布的临界雨量进行实时山洪预警的方法，首先摘录历次洪水过程中洪峰出现前T时段内的降雨数据，并计算T时段内的累积降雨量；其次，基于洪峰出现前T时段内的降雨数据构建洛伦兹曲线，计算洛伦兹曲线的基尼系数，并依据基尼系数将洪峰出现前T时段内的降雨划分为三类；接着统计洪峰出现前T时刻的张力水含量饱和度，即初始土壤含水量饱和度；然后判断历次洪水是否为超警洪水，分别对均匀，不均匀，集中三种类别的降雨制作累积降雨量‑初始土壤含水量饱和度散点图，并标出超警洪水对应的点，结合超警洪水对应的点画出临界雨量线；最后根据临界雨量线进行实时预警。

【技术实现步骤摘要】
基于降雨时程分布的临界雨量进行实时山洪预警的方法
本专利技术涉及水文
，尤其涉及一种基于降雨时程分布的临界雨量进行实时山洪预警的方法。
技术介绍
我国河流众多，流域面积200至3000km2的中小流域近9000个。近年来，受气候变化影响，由局地强降水造成的中小河流突发性洪水频繁发生，已成为造成人员伤亡的主要灾种。中小流域由于通常处于地形复杂、坡度陡峻的偏远山区，急促上涨的洪水极易形成危害当地的居民人身安全和社会经济的洪涝灾害，因此依据实时观测的降雨数据对中小流域突发性洪水进行快速预警成为亟待解决的重要问题。临界雨量法是国内外应用较为广泛的一种进行山洪预警的方法。临界雨量是指导致一个流域将要发生山洪灾害时，降雨量可能达到的量级或者强度。基于流域实际情况推算出可靠准确的临界雨量是该方法应用时的关键与核心所在。然而目前已有的推求临界雨量的方法大都没有考虑到降雨的时程分布。实际上，对于同样的降雨量，短促集中的暴雨更容易产生突发性的洪水，因此更具有危险性。若在推算临界雨量的过程中不能对这一情况加以重视，则常常会导致推算出的临界雨量过高，山洪实时预警时实测雨量往往达不到临界雨量从而漏报，为山洪灾害防治带来一定的隐患。如何对临界雨量法进行完善，从而在一定程度上提高对于降雨时程分布特征的重视，也是临界雨量法发展过程中的重点和难点之一。为了进一步促进临界雨量法的发展，需要更深入研究考虑降雨时程分布不均匀条件下临界雨量的估算方法。洛伦兹曲线(Lorenzcurve)就是，在一个总体(国家、地区)内，以的人口百分比为横坐标，以对应各个人口百分比的收入百分比纵坐标的点组成的曲线。它原本是由美国统计学家M.O.洛伦兹(MaxOttoLorenz，1876-1959)于1907年提出的用以研究国民收入在国民之间的分配问题的数学模型。其洛伦兹曲线的弯曲程度(使用基尼系数来表示)有重要意义。一般来讲，它反映了收入分配的不平等程度。基尼系数越大，弯曲程度越大，收入分配越不平等，反之亦然，因此该曲线在经济学领域中被广泛地应用。在考虑降雨时程分配特征下对于临界雨量进行推算，其关键就是要对降雨序列的不均匀程度进行量化，而这正是洛伦兹曲线研究的范围，因此针对现有的推算临界雨量方法中的不足，如何考虑将洛伦兹曲线应用于临界雨量的推算过程中，量化降雨过程中不断动态发展变化的时程分配特点，从而提高临界雨量推算方法的可靠性，正是专利技术人需要解决的问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对背景中所涉及到的缺陷，提供一种基于降雨时程分布的临界雨量进行实时山洪预警的方法。本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案基于降雨时程分布的临界雨量进行实时山洪预警的方法，包括以下步骤：步骤1，收集流域历次洪水过程中的流量以及降雨数据资料，对于每一次洪水过程，摘录洪峰出现前T时段内的降雨数据，并计算T时段内的累积降雨量，T为大于等于2的整数；步骤2，对于每一次洪水过程，根据其洪峰出现前T时段内的降雨数据构建洛伦兹曲线，计算洛伦兹曲线的基尼系数，然后将基尼系数分别和预先设置的基尼系数阈值XG、DG进行比较、进而对洪水过程的降雨过程进行划分，XG<DG，如果0<G≤XG，认为降雨类型为均匀，如果XG<G≤DG，认为降雨类型为不均匀，如果DG<G，认为降雨类型为集中；步骤3，统计每一次洪水过程中洪峰出现前T时刻的张力水含量饱和度，即初始土壤含水量饱和度；步骤4，对于每一次洪水过程，判断其是否为超警洪水，并分别对均匀、不均匀、集中三种类别的洪峰出现前T时段内的降雨制作累积降雨量-初始土壤含水量饱和度散点图，标出超警洪水对应的点，结合超警洪水对应的点画出临界雨量线；步骤5，基于实时的降雨数据与土壤含水量饱和度，结合临界雨量线判断是否发生超警洪水，如发生，对当前降雨过程发布山洪预警。作为本专利技术基于降雨时程分布的临界雨量进行实时山洪预警的方法，所述步骤1的具体步骤如下：步骤1.1，收集流域历次洪水过程中的流量以及降雨数据资料，对于每一次洪水过程：步骤1.1.1，找出洪水过程中最大的流量值，并确定最大的流量值出现的时刻，即洪水的峰现时间MQ_T；步骤1.1.2，摘录洪峰出现前T时段内的降雨数据Seq_P；Seq_P＝{PMQ_T,PMQ_T-1,PMQ_T-2…PMQ_T-T}式中，PMQ_T为MQ_T时刻的降雨量；PMQ_T-1为MQ_T-1时刻的降雨量；PMQ_T-2为MQ_T-2时刻的降雨量；PMQ_T-T为MQ_T-T时刻的降雨量；步骤1.1.3，计算T时段内的累积降雨量AccP；作为本专利技术基于降雨时程分布的临界雨量进行实时山洪预警的方法，所述步骤2中的具体包括以下步骤：步骤2.1，对于每一次洪水过程：步骤2.1.1，将Seq_P中的降雨量由小到大排序，得到NSeq_P；NSeq_P＝{P0,P1…Pj…PT}式中，j为大于等于0小于等于T的整数；步骤2.1.2，基于NSeq_P计算得到累积时段雨量序列ASeq_P；ASeq_P＝{AP0,AP1…APj…APT}式中，APj为时段为j时的累积时段雨量，步骤2.1.3，计算Seq_P中的累积时段雨量百分比，得到累积时段雨量百分比序列ANSeq_P；NSeq_P＝{F0,F1…Fj…FT}式中，步骤2.1.4，基于ASeq_P和ANSeq_P计算基尼系数G；步骤2.2，将历次降雨过程的基尼系数G分别和预先设置的基尼系数阈值XG、DG进行比较、进而对历次降雨过程进行分类，XG<DG，如果0<G≤XG，认为降雨类型为均匀，如果XG<G≤DG，认为降雨类型为不均匀，如果DG<G，认为降雨类型为集中。作为本专利技术基于降雨时程分布的临界雨量进行实时山洪预警的方法，所述步骤4的具体步骤如下：步骤4.1，对于每一次洪水过程，判断其是否为超警洪水：步骤4.1.1，采用新安江模型，计算出流域中的张力水含量动态变化过程以及安全保护对象所在位置的流量变化过程；步骤4.1.2，统计洪峰前T时刻的土壤张力水含量饱和度，即初始土壤含水量饱和度Init_W；Init_W＝WMQ_T-T/WM式中，WMQ_T-T为流域内MQ_T-T时刻的张力水含量；WM为流域张力水容量；步骤4.1.3，通过实地洪痕调查或者查阅流域管理机构的防灾预警规划得到安全保护对象所在位置的警戒流量Warn_Q；步骤4.1.4，基于安全保护对象所在位置的流量变化过程，确定最大流量Max_Q；步骤4.1.5，若洪水过程中的Max_Q≥Warn_Q，则判断洪水为超警洪水；步骤4.2，分别分别对均匀、不均匀、集中三种类别的洪峰出现前T时段内的的降雨制作累积降雨量-初始土壤含水量饱和度散点图，散点图中采用十字符号进行标记超警洪水、采用圆形符号进行标记未超警洪水；步骤4.3，依据累积降雨量-初始土壤含水量饱和度散点图中十字符号和圆形符号的分布特征，采用基于最小方差准则的W-H(widrow-hoff)算法，画出临界警戒雨量线，即得到流域中不同类型的降雨下、各种土壤水状态条件下的临界雨量线。作为本专利技术基于降雨时程分布的临界雨量进行实时山洪预警的方法，所述步骤5的具体步骤如下：在实时预警中，不断循环统计本时刻前T时段内的累积降雨量与前T时刻的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于降雨时程分布的临界雨量进行实时山洪预警的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，收集流域历次洪水过程中的流量以及降雨数据资料，对于每一次洪水过程，摘录洪峰出现前T时段内的降雨数据，并计算T时段内的累积降雨量，T为大于等于2的整数；步骤2，对于每一次洪水过程，根据其洪峰出现前T时段内的降雨数据构建洛伦兹曲线，计算洛伦兹曲线的基尼系数，然后将基尼系数分别和预先设置的基尼系数阈值XG、DG进行比较、进而对洪水过程的降雨过程进行划分，XG<DG，如果0<G≤XG，认为降雨类型为均匀，如果XG<G≤DG，认为降雨类型为不均匀，如果DG<G，认为降雨类型为集中；步骤3，统计每一次洪水过程中洪峰出现前T时刻的张力水含量饱和度，即初始土壤含水量饱和度；步骤4，对于每一次洪水过程，判断其是否为超警洪水，并分别对均匀、不均匀、集中三种类别的洪峰出现前T时段内的降雨制作累积降雨量‑初始土壤含水量饱和度散点图，标出超警洪水对应的点，结合超警洪水对应的点画出临界雨量线；步骤5，基于实时的降雨数据与土壤含水量饱和度，结合临界雨量线判断是否发生超警洪水，如发生，对当前降雨过程发布山洪预警。...

【技术特征摘要】
1.基于降雨时程分布的临界雨量进行实时山洪预警的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，收集流域历次洪水过程中的流量以及降雨数据资料，对于每一次洪水过程，摘录洪峰出现前T时段内的降雨数据，并计算T时段内的累积降雨量，T为大于等于2的整数；步骤2，对于每一次洪水过程，根据其洪峰出现前T时段内的降雨数据构建洛伦兹曲线，计算洛伦兹曲线的基尼系数，然后将基尼系数分别和预先设置的基尼系数阈值XG、DG进行比较、进而对洪水过程的降雨过程进行划分，XG<DG，如果0<G≤XG，认为降雨类型为均匀，如果XG<G≤DG，认为降雨类型为不均匀，如果DG<G，认为降雨类型为集中；步骤3，统计每一次洪水过程中洪峰出现前T时刻的张力水含量饱和度，即初始土壤含水量饱和度；步骤4，对于每一次洪水过程，判断其是否为超警洪水，并分别对均匀、不均匀、集中三种类别的洪峰出现前T时段内的降雨制作累积降雨量-初始土壤含水量饱和度散点图，标出超警洪水对应的点，结合超警洪水对应的点画出临界雨量线；步骤5，基于实时的降雨数据与土壤含水量饱和度，结合临界雨量线判断是否发生超警洪水，如发生，对当前降雨过程发布山洪预警。2.根据权利要求1所述的基于降雨时程分布的临界雨量进行实时山洪预警的方法，其特征在于，所述步骤1的具体步骤如下：步骤1.1，收集流域历次洪水过程中的流量以及降雨数据资料，对于每一次洪水过程：步骤1.1.1，找出洪水过程中最大的流量值，并确定最大的流量值出现的时刻，即洪水的峰现时间MQ_T；步骤1.1.2，摘录洪峰出现前T时段内的降雨数据Seq_P；Seq_P＝{PMQ_T,PMQ_T-1,PMQ_T-2…PMQ_T-T}式中，PMQ_T为MQ_T时刻的降雨量；PMQ_T-1为MQ_T-1时刻的降雨量；PMQ_T-2为MQ_T-2时刻的降雨量；PMQ_T-T为MQ_T-T时刻的降雨量；步骤1.1.3，计算T时段内的累积降雨量AccP；3.根据权利要求1所述的基于降雨时程分布的临界雨量进行实时山洪预警的方法，其特征在于，所述步骤2中的具体包括以下步骤：步骤2.1，对于每一次洪水过程：步骤2.1.1，将Seq_P中的降雨量由小到大排序，得到NSeq_P；NSeq_P＝{P0,P1…Pj…PT}式中，j为大于等于0小于等于T的整数；步骤2.1.2，基于NSeq_P计算得到累积时段雨量序列ASeq_P；ASeq_P＝{AP0,AP1…APj…APT}式中，APj为...

【专利技术属性】
技术研发人员：童冰星，李致家，刘墨阳，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32