基于不同降雨时程特征的双阈值暴雨山洪洪水灾害预警方法技术

本发明专利技术提供了基于不同降雨时程特征的双阈值暴雨山洪洪水灾害预警方法，包括以下步骤：(1)对单峰雨型的历史场次降雨进行雨型归类；(2)对各类雨型分别绘制平均降雨时程分布图；(3)以各类雨型的平均降雨时程分布图为基础，采用水位流量反推法分别计算各类雨型的临界场次降雨量I

【技术实现步骤摘要】
基于不同降雨时程特征的双阈值暴雨山洪洪水灾害预警方法
本专利技术属于暴雨山洪灾害防灾减灾领域，涉及基于不同降雨时程特征的双阈值暴雨山洪洪水灾害预警方法，适用于对山区小流域暴雨山洪洪水灾害进行预警。
技术介绍
山区流域气候复杂，短历时强降雨多发，山洪灾害具有显著的区域性、突发性以及破坏性，给山洪灾害监测预警带来了极大的困难。雨量预警是当前山洪灾害防治的主要非工程措施之一，通常采用《山洪灾害分析评价技术要求》(全国山洪灾害防治项目组，2014)推荐的水位流量反推法确定阈值，即以防灾对象所在小流域的设计暴雨为基础，采用地区水文手册或暴雨图集固定的设计雨型(降雨时程)进行洪水计算，反推与成灾流量接近时的雨量即为临界雨量。山区小流域降雨时程分布不确定性突出，同一降雨量不同时程分配形成的洪水过程各异，导致引发山洪灾害所需的临界降雨量不同。毛北平(2017)分析发现，降雨时程分布均匀时的临界雨量最大，降雨时程分布越不均匀，达到相同成灾流量的临界雨量越小。原文林(2018)通过分析不同雨型的临界雨量，发现雨峰偏前对应的临界雨量是雨峰偏后对应的临界雨量的1.67倍。由此可见，降雨时程对山洪灾害临界雨量计算具有显著影响，在山洪灾害预警实践中，当实际的降雨过程与拟定的山洪灾害临界雨量所依据的降雨时程不一致时，则可能发生漏警或虚警，即目前以固定雨型确定的预警指标难以满足山洪灾害防御的实际需求。局地暴雨是造成山洪洪水灾害的重要因素，累积降雨量和降雨强度是描述降雨的主要指标，洪水上涨至成灾水位主要取决于累积雨量和降雨强度。例如，对于峰前型降雨，降雨强度是决定洪峰大小的主要因素，而对于峰后型降雨，洪峰流量主要取决于累积雨量。而目前普遍使用的雨量预警方法则未考虑到降雨时程对临界雨量的影响。因此，若能以不同降雨时程暴雨山洪致灾时的累积雨量及降雨强度为基础，构建出暴雨山洪洪水灾害预警方法，对于提高山洪灾害预警的可靠性和更好地满足山洪灾害防御的实际需求都将产生积极的作用。
技术实现思路
针对现有技术普遍使用的雨量预警方法则未考虑到降雨时程对临界雨量的影响，容易造成漏警或虚警的不足，本专利技术提供了一种基于不同降雨时程特征的双阈值暴雨山洪洪水灾害预警方法，以提高山区小流域暴雨山洪洪水灾害预警的准确性和可靠性，为山区小流域暴雨山洪洪水灾害预警提供更科学和可靠的指导。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案如下：基于不同降雨时程特征的双阈值暴雨山洪洪水灾害预警方法，包括以下步骤：(1)以待进行暴雨山洪洪水灾害预警的山区小流域河段作为目标河段，目标河段具有防灾保护对象；搜集目标河段的历史降雨资料，绘制历史降雨资料中各场次降雨的降雨时程分布图，筛选出历史场次降雨中的单峰雨型，根据降雨时程分布图中的雨峰位置，对单峰雨型的历史场次降雨进行雨型归类；所述降雨时程分布图是指每小时的降雨量占总降雨量的百分比随降雨时程的分布图；所述雨型包括A型、B型、C型、D型和E型雨，A型、B型、C型、D型和E型雨的雨峰分别位于降雨时程分布图的前部位、偏前部、中部、偏后部和后部；(2)对各类雨型分别绘制平均降雨时程分布图，绘制方法如下：若同一类雨型中包括n场次降雨，对这n场次降雨的降雨时程分布中同一降雨时段的每小时降雨量占总降雨量的百分比求平均值，以所得平均值为横坐标、降雨时程为纵坐标绘图，即得平均降雨时程分布图；(3)以步骤(2)绘制的各类雨型的平均降雨时程分布图为基础，采用水位流量反推法分别计算各类雨型的临界场次降雨量I临；(4)确定各类雨型发出立即转移的预警指标①对于A型、B型和C型雨对应的暴雨山洪洪水陡涨致灾，发出立即转移的预警指标如式(Ⅰ)所示：it≥i立即且∑Pt＞∑P立即(Ⅰ)式(Ⅰ)中，i立即＝min(iA,iB,iC)，∑P立即＝max(∑PA,∑PB,∑PC)；iA，iB和iC分别为A型、B型和C型雨在降雨总量为I临时的时段最大降雨强度，单位为mm/h，∑PA，∑PB和∑PC分别为A型、B型和C型雨在降雨总量为0.9I临时的最大1h累积雨量，单位为mm；it为实际降雨在t时刻的时段降雨强度，单位为mm/h，∑Pt为实际降雨在t时刻的累积雨量，单位为mm；②对于D型和E型雨对应的暴雨山洪洪水陡涨致灾，发出立即转移的预警指标如式(Ⅱ)所示：∑Pt＞∑P立即且itmax≥i立即(Ⅱ)式(Ⅱ)中，∑P立即＝max(∑P'D,∑P'E)，i立即＝min(iD,iE)；∑P'D和∑P'E分别为D型和E型雨在降雨总量为0.9I临时对应的洪水在洪峰时的累积雨量，单位为mm，iD和iE分别为D型和E型雨在降雨总量为I临时的时段最大降雨强度，单位为mm/h；itmax为实际降雨在t时刻以前的最大降雨强度，单位为mm/h，∑Pt为实际降雨在t时刻的累积雨量，单位为mm；③对于D型和E型雨对应的暴雨山洪洪水起涨致灾，发出立即转移的预警指标如式(Ⅲ)所示：∑Pt≥∑P立即且itmax＜i立即(Ⅲ)式(Ⅲ)中，∑P立即＝min(∑P”D,∑P”E)，i立即＝min(iD,iE)；∑P”D和∑P”E分别为D型和E型雨在降雨总量为kI临时对应的洪水在成灾流量时的累积雨量，单位为mm，k的取值应使D型和E型雨在降雨总量为kI临时对应的洪水在雨峰来临前恰好达到成灾流量，iD和iE分别为D型和E型雨在降雨总量为I临时的时段最大降雨强度，单位为mm/h；itmax为实际降雨在t时刻以前的最大降雨强度，单位为mm/h，∑Pt为实际降雨在t时刻的累积雨量，单位为mm；(5)当目标河段的上游发生强降雨后，实时监测降雨过程，以开始降雨时刻为起点，当出现满足上述式(Ⅰ)～(Ⅲ)之一的情况时，判断洪水是否处于上涨状态，若洪水处于上涨状态，则发布立即转移预警，若洪水处于退水状态，则持续监测降雨过程；在持续监测降雨的过程中，若再次出现满足上述式(Ⅰ)～(Ⅲ)之一的情况且洪水处于上涨状态时，发出立即转移预警。上述技术方案中，临界场次降雨量I临的计算方法如下：①假定某一降雨总量；②根据平均降雨时程分布图采用水文模型模拟防灾对象控制断面的洪水过程，比较计算的洪峰流量Qp与成灾流量Qdis，若Qp与Qdis的差异小于设定值，则该假设的降雨总量即为临界场次降雨量I临，否则，重新假定降雨总量，采用水文模型模拟防灾对象控制断面的洪水过程，直至Qp与Qdis的差异小于设定值。进一步地，所述Qp与Qdis的差异小于设定值，是指上述技术方案的步骤(4)③中，所述kI临中k的取值按照如下方法确定：将平均降雨时程分布图中的雨峰时刻记为tn，将雨峰前一个时段对应的降雨时刻记为tn-1，假定某一降雨总量I0，根据D型和E型雨的平均降雨时程分布图采用水文模型模拟防灾对象控制断面的洪水过程，比较计算的tn-1时刻的流量与成灾流量Qdis，若则否则，重新假定降雨总量I0，采用水文模型模拟防灾对象控制断面的洪水过程，直至上述技术方案中，A型、B型、C型、D型和E型雨的确定方法本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于不同降雨时程特征的双阈值暴雨山洪洪水灾害预警方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)以待进行暴雨山洪洪水灾害预警的山区小流域河段作为目标河段，目标河段具有防灾保护对象；/n搜集目标河段的历史降雨资料，绘制历史降雨资料中各场次降雨的降雨时程分布图，筛选出历史场次降雨中的单峰雨型，根据降雨时程分布图中的雨峰位置，对单峰雨型的历史场次降雨进行雨型归类；/n所述降雨时程分布图是指每小时的降雨量占总降雨量的百分比随降雨时程的分布图；所述雨型包括A型、B型、C型、D型和E型雨，A型、B型、C型、D型和E型雨的雨峰分别位于降雨时程分布图的前部位、偏前部、中部、偏后部和后部；/n(2)对各类雨型分别绘制平均降雨时程分布图，绘制方法如下：/n若同一类雨型中包括n场次降雨，对这n场次降雨的降雨时程分布中同一降雨时段的每小时降雨量占总降雨量的百分比求平均值，以所得平均值为横坐标、降雨时程为纵坐标绘图，即得平均降雨时程分布图；/n(3)以步骤(2)绘制的各类雨型的平均降雨时程分布图为基础，采用水位流量反推法分别计算各类雨型的临界场次降雨量I

【技术特征摘要】
1.基于不同降雨时程特征的双阈值暴雨山洪洪水灾害预警方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)以待进行暴雨山洪洪水灾害预警的山区小流域河段作为目标河段，目标河段具有防灾保护对象；
搜集目标河段的历史降雨资料，绘制历史降雨资料中各场次降雨的降雨时程分布图，筛选出历史场次降雨中的单峰雨型，根据降雨时程分布图中的雨峰位置，对单峰雨型的历史场次降雨进行雨型归类；
所述降雨时程分布图是指每小时的降雨量占总降雨量的百分比随降雨时程的分布图；所述雨型包括A型、B型、C型、D型和E型雨，A型、B型、C型、D型和E型雨的雨峰分别位于降雨时程分布图的前部位、偏前部、中部、偏后部和后部；
(2)对各类雨型分别绘制平均降雨时程分布图，绘制方法如下：
若同一类雨型中包括n场次降雨，对这n场次降雨的降雨时程分布中同一降雨时段的每小时降雨量占总降雨量的百分比求平均值，以所得平均值为横坐标、降雨时程为纵坐标绘图，即得平均降雨时程分布图；
(3)以步骤(2)绘制的各类雨型的平均降雨时程分布图为基础，采用水位流量反推法分别计算各类雨型的临界场次降雨量I临；
(4)确定各类雨型发出立即转移的预警指标
①对于A型、B型和C型雨对应的暴雨山洪洪水陡涨致灾，发出立即转移的预警指标如式(I)所示：
it≥i立即且∑Pt＞∑P立即(I)
式(I)中，i立即＝min(iA，iB，iC)，∑P立即＝max(∑PA，∑PB，∑PC)；iA，iB和iC分别为A型、B型和C型雨在降雨总量为I临时的时段最大降雨强度，单位为mm/h，∑PA，∑PB和∑PC分别为A型、B型和C型雨在降雨总量为0.9I临时的最大1h累积雨量，单位为mm；it为实际降雨在t时刻的时段降雨强度，单位为mm/h，∑Pt为实际降雨在t时刻的累积雨量，单位为mm；
②对于D型和E型雨对应的暴雨山洪洪水陡涨致灾，发出立即转移的预警指标如式(II)所示：
∑Pt＞∑P立即且itmax≥i立即(II)
式(II)中，∑P立即＝max(∑P′D，∑P′E)，i立即＝min(iD，iE)；∑P′D和∑P′E分别为D型和E型雨在降雨总量为0.9I临时对应的洪水在洪峰时的累积雨量，单位为mm，iD和iE分别为D型和E型雨在降雨总量为I临时的时段最大降雨强度，单位为mm/h；itmax为实际降雨在t时刻以前的最大降雨强度，单位为mm/h，∑Pt为实际降雨在t时刻的累积雨量，单位为mm；
③对于D型和E型雨对应的暴雨山洪洪水起涨致灾，发出立即转移的预警指标如式(III)所示：
∑Pt≥∑P立即且itmax＜i立即(III)
式(III)中，∑P立即＝min(∑P″D，∑P″E)，i立即＝min(iD，iE)；∑P″D和∑P″E分别为D型和E型雨在降雨总量为kI临时对应的洪水在成灾流量时的累积雨量，单位为mm，k的取值应使D型和E型雨在降雨总量为kI临时对应的洪水在雨峰来临前恰好达到成灾流量，iD和iE分别为D型和E型雨在降雨总量为I临时的时段最大降雨强度，单位为mm/h；itmax为实际降雨在t时刻以前的最大降...

【专利技术属性】
技术研发人员：王协康，杨坡，许泽星，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川;51