一种用于山洪沟流域的区域可能最大降雨确定方法技术

本发明专利技术公开了一种用于山洪沟流域的区域可能最大降雨确定方法，包括以下步骤：步骤1、收集研究区水文气象资料和场次降雨洪水资料；步骤2、确定场次降雨不同历时最大降雨量空间分布；步骤3、确定暴雨相似区；步骤4、确定暴雨相似区可能最大降雨量；步骤5、确定暴雨相似区可能最大降雨时程分布。本发明专利技术所述方法充分利用各地已有的水文气象等资料，增加了短历时降雨样本容量，保证了流域上下游分析成果的一致性，避免了主观选取典型大暴雨导致的不确定性；并且充分考虑了山丘区复杂地形变化对区域降雨连续空间分布的影响，适用性强，准确度高，可供山洪灾害防御部门选择，以支撑极端暴雨场景下山洪灾害防御风险决策制定和预案编制等工作。工作。工作。

【技术实现步骤摘要】
一种用于山洪沟流域的区域可能最大降雨确定方法


[0001]本专利技术属于水文气象
，具体涉及一种用于山洪沟流域的区域可能最大降雨确定方法。

技术介绍

[0002]在全球气候变化和山区经济社会活动逐渐增加的背景下，山区极端暴雨尤其是局部地区短历时强降雨事件日益严重与频发，山洪灾害风险进一步加剧。我国山洪沟数量众多，为科学防御山洪灾害，需要编制县
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镇
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村等多级山洪灾害防御预案，分析评估极端暴雨场景下山洪形成演进过程、山洪灾害风险及影响范围，作为降雨驱动的上边界条件，需要确定山洪沟流域的可能最大降雨。
[0003]目前，可能最大降雨的计算方法分为统计估算方法和水文气象方法，其中水文气象方法包括当地暴雨放大法、暴雨移置法、暴雨组合法、物理模式法、概化估算法等。一方面，上述方法一般用于单个水利工程防洪规划设计时的长历时(大于24小时)可能最大降雨估算，对山区短历时可能最大降雨的估算精度相对较差；另一方面，上述方法对基础资料和水文气象专业技术要求较高；其中，统计估算方法和暴雨组合法需要设计工程流域的大量实测暴雨资料，统计估算方法的有效性和误差仍有待研究，在我国的应用较少，暴雨组合法需按照天气气候学原理重建典型暴雨资料；物理模式法需要设计工程流域的大量实测高空气象资料，基于概化的暴雨天气系统结构构建物理方程进行估算；当地暴雨放大法、暴雨移置法、概化估算法需要设计工程流域或移置的一场或几场稀遇、影响恶劣的典型大暴雨资料，并结合设计工程流域形状和高程等进行改正、结合动力因子和水汽因子进行放大，放大因子具有较大的不确定性。而山洪沟流域面积一般为几百平方公里，致灾暴雨和流域汇流历时较短，多在6小时以内，加之山丘区地形复杂、大多缺乏长序列降雨监测资料，因而上述方法无法满足确定山洪沟流域可能最大降雨的需求。
[0004]因此，针对山洪沟流域面积小、致灾暴雨历时短、地形复杂、实测暴雨资料短缺等情况，亟需一种简便可行的方法用于确定山洪沟流域的可能最大降雨，从而进行山洪沟流域可能最大洪水模拟推演、山洪灾害区域风险评估和防御预案编制等工作。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于，提出一种用于山洪沟流域的区域可能最大降雨确定方法，以解决上述技术问题。
[0006]本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0007]本专利技术提出一种用于山洪沟流域的区域可能最大降雨确定方法，包括以下步骤：一种用于山洪沟流域的区域可能最大降雨确定方法，所述方法包括以下步骤：
[0008]步骤1、收集研究区水文气象资料和场次降雨洪水资料：收集研究区内各雨量站的水文气象特征指标和暴雨统计参数，以及研究区内各雨量站和山洪站场次降雨摘录数据、各场次降雨诱发洪水的洪峰流量和洪量；确定各场次降雨不同历时的最大降雨量；
[0009]步骤2、确定场次降雨不同历时最大降雨量空间分布：根据步骤1中收集的场次降雨摘录数据，确定分析的公里格网尺寸和滑动窗口半径，构建降雨量回归插值模型，确定各公里格网的回归参数，插值确定各场次降雨过程不同历时最大降雨量的空间分布；
[0010]步骤3、确定暴雨相似区：根据步骤1中收集的水文气象特征指标，初步确定暴雨相似区，然后根据步骤1中收集的暴雨统计参数以及确定的各场次降雨不同历时的最大降雨量，采用非参数检验方法对初步确定的暴雨相似区进行判别，并确定最终的暴雨相似区；
[0011]步骤4、确定暴雨相似区可能最大降雨量：以步骤3中确定的最终的暴雨相似区为基本单元，基于步骤2确定的各场次降雨过程不同历时最大降雨量的空间分布，根据指定的公里格网降雨量阈值，确定各场次降雨的笼罩面积；在各暴雨相似区的各场次降雨笼罩面积内，以降雨量最大的公里格网为中心，按照相邻格网累积雨量最大的原则，确定各暴雨相似区各场次降雨过程不同降雨历时下不同集雨面积相应的最大降雨量，绘制最大降雨量和集雨面积关系曲线，采用外包线法绘制所有场次最大降雨量和集雨面积关系曲线的上包络线，确定各暴雨相似区不同降雨历时和不同集雨面积下的区域可能最大降雨量；
[0012]步骤5、确定暴雨相似区可能最大降雨时程分布：将步骤1中收集的场次降雨摘录数据进行归一化，确定所有场次降雨的标准化时程分布和累积分布，基于各场次降雨诱发洪水的洪量和洪峰流量的比值，确定所有场次降雨的洪水时间尺度；以步骤3确定的最终的暴雨相似区为基本单元，以各场次降雨的洪水时间尺度为指标，确定各暴雨相似区各场次降雨诱发的洪水类型；根据确定的所有场次降雨的累积分布，采用中值法确定各暴雨相似区各洪水类型相应的降雨累积分布和典型降雨标准化时程分布，根据对防洪保护对象最不利的洪水类型选择典型降雨标准化时程分布，基于步骤4中各暴雨相似区不同降雨历时和不同集雨面积下的区域可能最大降雨量，按照同倍比放大法和水量平衡法确定不同历时下区域可能最大降雨的时程分布。
[0013]进一步的是，所述水文气象特征指标包括多年平均降雨量、蒸散发量、不同历时最大降雨量均值、不同历时最大降雨量标准偏差与均值之比；所述不同历时的范围为1～24小时。
[0014]进一步的是，所述暴雨统计参数包括变差系数和偏态系数，是根据研究区所在地区的暴雨图集和水文手册来确定。
[0015]进一步的是，在所述场次降雨摘录数据中，收集的湿润和半湿润地区的场次降雨量达到特大暴雨量级，收集的半干旱地区的场次降雨量达到大暴雨量级，收集的干旱地区的场次降雨量达到暴雨量级；对于缺乏实测洪峰流量和洪量的地区，采用流域水文模型法或水文比拟法推求。
[0016]进一步的是，所述确定分析的公里格网尺寸和滑动窗口半径的过程为：结合研究区暴雨图集中采用的公里格网尺寸和山洪站集水区的小流域单元面积，确定分析的公里格网尺寸，根据步骤1中确定的各场次降雨不同历时的最大降雨量，采用交叉验证法确定滑动窗口半径。
[0017]进一步的是，所述构建降雨量回归插值模型并确定各公里格网的回归参数过程为：以研究区内各公里格网为中心，确定位于公里格网滑动窗口半径内的雨量站和山洪站，分析公里格网与各雨量站和山洪站的高差、距离和山坡坡向，构建基于地形、距离和山坡坡向变化的降雨量回归插值模型，确定所有雨量站和山洪站的综合权重，采用加权最小二乘
法确定各公里格网的回归参数。
[0018]进一步的是，所述初步确定暴雨相似区的过程为：基于步骤1中收集的水文气象特征指标，采用相关性分析法确定各指标之间的相关性，采用主成分分析法确定用于暴雨相似性分析的关键指标；根据确定的关键指标，采用聚类分析法划分聚类组数，评估聚类效果，初步确定暴雨相似区。
[0019]进一步的是，所述采用非参数检验方法对初步确定的暴雨相似区进行判别并确定最终的暴雨相似区的过程为：对于初步确定的暴雨相似区，基于步骤1中收集的暴雨统计参数以及确定的各场次降雨不同历时的最大降雨量，采用异质性检验法、独立性检验法以及不和谐检验法，判别各分区之间暴雨统计参数有无显著差异；采用曼
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惠特尼秩和检验法判别各分区之间不同历时最大降雨量有本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于山洪沟流域的区域可能最大降雨确定方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤1、收集研究区水文气象资料和场次降雨洪水资料：收集研究区内各雨量站的水文气象特征指标和暴雨统计参数，以及研究区内各雨量站和山洪站场次降雨摘录数据、各场次降雨诱发洪水的洪峰流量和洪量；确定各场次降雨不同历时的最大降雨量；步骤2、确定场次降雨不同历时最大降雨量空间分布：根据步骤1中收集的场次降雨摘录数据，确定分析的公里格网尺寸和滑动窗口半径，构建降雨量回归插值模型，确定各公里格网的回归参数，插值确定各场次降雨过程不同历时最大降雨量的空间分布；步骤3、确定暴雨相似区：根据步骤1中收集的水文气象特征指标，初步确定暴雨相似区，然后根据步骤1中收集的暴雨统计参数以及确定的各场次降雨不同历时的最大降雨量，采用非参数检验方法对初步确定的暴雨相似区进行判别，并确定最终的暴雨相似区；步骤4、确定暴雨相似区可能最大降雨量：以步骤3中确定的最终的暴雨相似区为基本单元，基于步骤2确定的各场次降雨过程不同历时最大降雨量的空间分布，根据指定的公里格网降雨量阈值，确定各场次降雨的笼罩面积；在各暴雨相似区的各场次降雨笼罩面积内，以降雨量最大的公里格网为中心，按照相邻格网累积雨量最大的原则，确定各暴雨相似区各场次降雨过程不同降雨历时下不同集雨面积相应的最大降雨量，绘制最大降雨量和集雨面积关系曲线，采用外包线法绘制所有场次最大降雨量和集雨面积关系曲线的上包络线，确定各暴雨相似区不同降雨历时和不同集雨面积下的区域可能最大降雨量；步骤5、确定暴雨相似区可能最大降雨时程分布：将步骤1中收集的场次降雨摘录数据进行归一化，确定所有场次降雨的标准化时程分布和累积分布，基于各场次降雨诱发洪水的洪量和洪峰流量的比值，确定所有场次降雨的洪水时间尺度；以步骤3确定的最终的暴雨相似区为基本单元，以各场次降雨的洪水时间尺度为指标，确定各暴雨相似区各场次降雨诱发的洪水类型；根据确定的所有场次降雨的累积分布，采用中值法确定各暴雨相似区各洪水类型相应的降雨累积分布和典型降雨标准化时程分布，根据对防洪保护对象最不利的洪水类型选择典型降雨标准化时程分布，基于步骤4中各暴雨相似区不同降雨历时和不同集雨面积下的区域可能最大降雨量，按照同倍比放大法和水量平衡法确定不同历时下区域可能最大降雨的时程分布。2.根据权利要求1所述的一种用于山洪沟流域的区域可能最大降雨确定方法，其特征在于，所述水文气象特征指标包括多年平均降雨量、蒸散发量、不同历时最大降雨量均值、不同历时最大降雨量标准偏差与均值之比；所述不同历时的范围为1～24小时。3.根据权利要求1所述的一种用于山洪沟流域的区域可能最大降雨确定方法，其特征在于，所述暴雨统计参数包括变差系数和偏态系数，是根据研究区所在地区的暴雨图集和水文手册来确定。4.根据权利要求1所述的一种用于山洪沟流域的区域可能最大降雨确定方法，其特征在于，在所述场次降雨摘录数据中，收集的湿润和半湿润地区的场次降雨量达到特大暴雨量级，收集的半干旱地区的场...

【专利技术属性】
技术研发人员：翟晓燕，何秉顺，刘启，张晓蕾，刘荣华，
申请(专利权)人：中国水利水电科学研究院，
类型：发明
国别省市：