CN107085658A - 一种山洪灾害成灾时间确定方法 - Google Patents

一种山洪灾害成灾时间确定方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种山洪灾害成灾时间确定方法，属于山洪灾害预警技术领域。旨在提供一种解决在利用统计法确定预警指标及对预警指标进行检验复核时合理确定成灾洪水对应的时段最大雨量问题的山洪灾害成灾时间确定方法；该方法以成灾时间初值与成灾流量出现时间二者的平均值作为成灾时间；其中，所述的成灾时间初值t初是根据暴雨临界曲线和“次降雨累积降雨量‑前1h降雨量‑时间”曲线确定的；所述的成灾时间初值t初是指两条曲线的第一个交点对应的时间；所述的成灾流量出现时间t流等于tm‑Δt，Δt为两者的时间差，tm为峰现时间。本发明可用于山洪灾害预警指标的确定及检验复核。

Description

一种山洪灾害成灾时间确定方法
技术领域
本发明属于山洪灾害预警技术领域，尤其涉及一种山洪灾害成灾时间确定方法。
背景技术
降雨是诱发山洪灾害的直接因素，临界雨量目前被视为我国最为重要的山洪灾害预警指标。目前在确定山洪灾害预警指标时一般采用统计法或水文水力学法，统计法中主要依据与山洪灾害相应的次降雨成灾时间前的时段最大雨量作为统计依据，但在成灾时间难以确定时，一般通过利用次降雨时段最大雨量计算临界雨量，在一定程度上影响了预警指标的精度；而受山洪灾害致灾因子多样性和孕灾环境不确定性的影响，根据水文水力学法计算的临界雨量也存在一定的误差。
因此，为使预警指标更加精确，需根据实测降雨资料成灾时间前的时段最大雨量对预警指标进行检验复核。山洪灾害成灾时间一般通过洪水流量资料或洪水调查获得，但在洪水流量资料缺乏或未进行洪水调查的地区，或山洪灾害发生时间距今较远，通过洪水调查也难以准确确定成灾时间，实测降雨资料成灾时间前的时段最大雨量无法确定。
发明内容
本发明提供了一种山洪灾害成灾时间确定方法，旨在在资料不全或人力物力投入不足的情况下，难以准确确定成灾时间的不足。
为了解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是这样的：一种山洪灾害成灾时间确定方法，该方法以成灾时间初值t初与成灾流量出现时间t流二者的平均值作为成灾时间；
其中，所述的成灾时间初值t初是根据暴雨临界曲线和“次降雨累积降雨量-前1h降雨量-时间”曲线确定的；所述的成灾时间初值t初是指两条曲线的第一个交点对应的时间；所述的成灾流量出现时间t流等于tm-Δt，Δt为两者的时间差，tm为峰现时间。
其中，所述的峰现时间tm根据tm＝t0+Tc计算而得，其中t0为实测降雨过程确定流域土壤含水量达到基本饱和的时刻，Tc为造峰历时。
其中，所述的造峰历时Tc根据Tc＝(0.278·S实·C·F/Qm)^(1/n1)计算而得，其中S实为实测降雨的雨力，C为当地径流系数，F为河道断面以上的流域汇流面积，Qm为实测降雨对应洪水的洪峰流量，n1为相应于Tc的暴雨递减指数。
其中所述的暴雨临界曲线采用双曲函数y＝R临+[SP临×(SP临-R临)]/x表示，其中，y为1h临界雨量，R临为最小临界雨量，SP临为临界雨力，x为次降雨过程对应y的临界累积雨量。
其中，所述的“次降雨累积降雨量-前1h降雨量-时间”曲线是根据实测降雨过程，在暴雨临界曲线坐标系上绘制的，其中纵坐标为“前1h降雨量/mm”，其表示为：在统计此刻时间为N时，则纵坐标值为N-1时的降雨量；横坐标为次降雨的累积降雨量/mm，其表示为：当统计时间为N1～N3时，则横坐标值为N1时的降雨量、N2时的降雨量和N3时的降雨量三者之和。
其中，所述的洪峰流量根据产汇流计算方法计算所得，所述的产汇流计算方法可查询《中小流域设计暴雨洪水图集》。
其中，所述的最小临界雨量R临根据R临＝3.6Q灾/F计算而得，其中，Q灾为成灾流量，F为河道断面以上的流域汇流面积。
其中，所述的成灾流量Q灾根据成灾地区的成灾水位和水位流量关系确定。
其中，所述的水位流量关系Q曲线由曼宁公式法计算而得，其中Q为流量，A为控制断面的面积，n为河道糙率，R为河道控制断面水力半径，J一般为河床比降。
其中，所述的临界雨力SP临根据SP临＝H24,P灾24n-1计算临界雨力，其中，H24，P灾为24h设计暴雨量，n为暴雨递减指数。
与传统方法相比，本发明具有以下优点：
本发明解决了发生过山洪灾害地区，在资料不全或人力物力投入不足的情况下，难以准确确定成灾时间，导致在利用统计法计算预警指标和对预警指标进行检验复核时采用实测降雨时段最大雨量的不足，根据本发明可为提高预警指标计算精度和提高对预警指标检验复核的精确度提供技术支撑。
附图说明
图1为八里畈乡李畈一组河道控制断面大断面图；
图2为八里畈乡李畈一组河道控制断面河床组成情况图；
图3为八里畈乡李畈一组河道控制断面水位流量关系图；
图4为李畈一组暴雨临界曲线图；
图5为李畈一组成灾时间初值确定图；
图6为李畈一组2016年7月1日降雨和净雨过程图；
图7为Qt～t和Qt～τ曲线图；
图8为李畈一组2016年7月1日洪水过程线图；
图9为成灾时间初值确定示意图；
图10为成灾流量出现时间确定示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，对本发明的权利要求做进一步的详细说明，但不构成对本发明的任何限制，任何在本发明权利要求保护范围内所做的有限次的修改，仍在本发明的权利要求保护范围之内。
实施例1
下面就山洪灾害成灾时间确定方法进行详细的实例解说：
针对河南省2016年7月初的普降暴雨，经洪水调查，八里畈乡李畈一组于2016年7月1日上午9：30左右，受长时间暴雨影响，河水上涨漫岸，洪水进家，造成了一定的经济财产损失。本发明以新县八里畈乡李畈一组为例，进行详细说明。
根据山洪灾害外业调查资料，八里畈乡李畈一组所在河道控制断面形状如图1所示，河床组成情况如图2所示。
八里畈乡李畈一组所在河道控制断面上游控制流域面积为167.16km2，河道长度为31.12km，河床比降为0.009。
依据《山洪灾害分析评价方法指南》中糙率取值表，八里畈村李畈一组和田铺乡田铺后队洪水期水面宽度均大于30m，断面较整齐，河床无孤石或丛木，糙率值取0.057。
根据现场调查河道形态，依据曼宁公式推求水位流量关系，如图3所示。
根据图3可知，李畈一组由成灾水位87.38m推求相应的成灾流量为270m3/s。
由R临＝3.6Q灾/F计算得最小临界雨量为6mm。
根据《新县山洪灾害分析评价报告》中李畈一组设计暴雨洪水关系，如表1所示，可知成灾流量重现期下的24h设计暴雨量为110mm。
查《河南省中小流域设计暴雨洪水图集》可知，李畈一组24h暴雨递减指数为0.6；根据SP临＝H24,P灾24n-1计算得临界雨力为31mm。
表1
频率 1 2％ 5％ 10％ 20％
24h设计暴雨量(mm) 353 312 257 215 171
设计洪峰流量(m3/s) 952 835 641 514 389
根据y＝R临+[SP临×(SP临-R临)]/x绘制双曲函数曲线(暴雨临界曲线)，如图4所示。
在暴雨临界曲线坐标系上绘制八里畈雨量站(李畈一组控制雨量站)实测降雨过程“次降雨累积降雨量-前1h降雨量-时间”曲线，如图5所示。
由图5可知，八里畈乡李畈一组成灾时间初值为2016年7月1日上午10：00。
根据八里畈雨量站实测降雨过程，确定该场降雨雨力为18mm。根据《河南省中小流域设计暴雨洪水图集》中P+Pa～R图，确定李畈一组净雨过程，如图6所示，为李畈一组2016年6月30日18:00至7月1日16:00的降雨和净雨过程。
利用推理公式法计算洪峰流量，根据产流历时t，确定对应的洪峰流量并计算汇流时间其中，m为汇流参数。
根据《河南省中小流域设计暴雨洪水图集》中θ～m曲线可查得m值，其中假设6个产流历时，分别计算洪峰流量和相应的汇流时间如表2所示。
表2
产流历时(h) 产流量(mm) Qt(m3/s) τ(h)
1 11 514 5.23
2 17 404 5.55
3 22 333 5.83
4 28 328 5.85
5 36 337 5.81
6 44 339 5.80
绘制Qt～t和Qt～τ曲线，如图7所示。
由图7可知，李畈一组2016年7月1日河道最大过水流量(洪峰流量)为340m3/s，汇流时间为6h。根据推理公式法计算的洪峰流量及汇流时间，利用《河南省中小流域设计暴雨洪水图集》(84图集)中概化叠加洪水过程线方法，确定李畈一组2016年7月1日降雨对应的洪水过程线，如图8所示。
根据《中国土壤图集》获得新县土壤类型为砂壤土，查“径流系数表”可知李畈一组径流系数为0.7，由Tc＝(0.278·S实·C·F/Qm)^(1/n)计算得造峰历时为3h。
以0.8Wm(Wm为土壤最大含水量)作为流域土壤含水量基本饱和的条件，可得李畈一组土壤含水量基本饱和时刻为2016年7月1日上午8：00，根据造峰历时可知当日峰现时间为11：00。
由图8可知，成灾流量出现时间与峰现时间差约2h，因此可推知成灾流量出现时间为当日上午9：00。
以成灾时间初值和成灾流量出现时刻的均值作为最终成灾时间，即2016年7月1日上午9：30，与经实地洪水调查的成灾时间结果一致。
证明本发明专利合理可靠。
需要解释的是，山洪灾害防灾对象一般指《全国山洪灾害防治项目实施方案(2013-2015年)》中指定的2058个县，含重点防治区沿河村落自然村249214个；成灾水位指居民聚居区内发生山洪灾害的最低水位，当实际水位超过此水位时就会成灾，成灾水位在山洪灾害调查阶段由外业调查人员根据防灾对象实际情况确定，一般以河道控制断面处的水位表示；河道控制断面的水位流量关系，我国一般是通过测量河道控制断面形状，利用曼宁公式法(其中Q为流量，A为控制断面的面积，n为河道糙率，R为河道控制断面水力半径，J一般为河床比降)计算得出。
而本发明通过上述步骤可提高确定成灾时间的精确度。
以上所述的仅为本发明的较佳实施例，凡在本发明的精神和原则范围内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种山洪灾害成灾时间确定方法，其特征在于，该方法以成灾时间初值t初与成灾流量出现时间t流二者的平均值作为成灾时间；
其中，所述的成灾时间初值t初是根据暴雨临界曲线和“次降雨累积降雨量-前1h降雨量-时间”曲线确定的；所述的成灾时间初值t初是指两条曲线的第一个交点对应的时间；所述的成灾流量出现时间t流等于tm-Δt，Δt为两者的时间差，tm为峰现时间。
2.根据权利要求1所述的一种山洪灾害成灾时间确定方法，其特征在于，所述的峰现时间tm根据tm＝t0+Tc计算而得，其中t0为实测降雨过程确定流域土壤含水量达到基本饱和的时刻，Tc为造峰历时。
3.根据权利要求2所述的一种山洪灾害成灾时间确定方法，其特征在于，所述的造峰历时Tc根据Tc＝(0.278·S实·C·F/Qm)^(1/n1)计算而得，其中S实为实测降雨的雨力，C为当地径流系数，F为河道断面以上的流域汇流面积，Qm为实测降雨对应洪水的洪峰流量，n1为相应于Tc的暴雨递减指数。
4.根据权利要求1所述的一种山洪灾害成灾时间确定方法，其特征在于，所述的暴雨临界曲线采用双曲函数y＝R临+[SP临×(SP临-R临)]/x表示，其中，y为1h临界雨量，R临为最小临界雨量，SP临为临界雨力，x为次降雨过程对应y的临界累积雨量。
5.根据权利要求1所述的一种山洪灾害成灾时间确定方法，其特征在于，所述的“次降雨累积降雨量-前1h降雨量-时间”曲线是根据实测降雨过程，在暴雨临界曲线坐标系上绘制的。
6.根据权利要求3所述的一种山洪灾害成灾时间确定方法，其特征在于，所述的洪峰流量根据产汇流计算方法计算所得。
7.根据权利要求4所述的一种山洪灾害成灾时间确定方法，其特征在于，所述的最小临界雨量R临根据R临＝3.6Q灾/F计算而得，其中，Q灾为成灾流量，F为河道断面以上的流域汇流面积。
8.根据权利要求7所述的一种山洪灾害成灾时间确定方法，其特征在于，所述的成灾流量Q灾根据成灾地区的成灾水位和水位流量关系确定。
9.根据权利要求8所述的一种山洪灾害成灾时间确定方法，其特征在于，所述的水位流量关系Q曲线由曼宁公式法计算而得，其中Q为流量，A为控制断面的面积，n为河道糙率，R为河道控制断面水力半径，J一般为河床比降。
10.根据权利要求4所述的一种山洪灾害成灾时间确定方法，其特征在于，所述的临界雨力SP临根据SP临＝H24,P灾24n-1计算临界雨力，其中，H24，P灾为24h设计暴雨量，n为暴雨递减指数。
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