CN108446436A - 暴雨洪水非线性模型雨水损失参数的空间分布预警方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了暴雨洪水非线性模型雨水损失参数的空间分布预警方法，包括以下步骤：水文模型选择；产流参数率定；汇流参数率定；降雨均匀性判定；划分区域；计算产流；小流域设计暴雨洪水计算；计算汇流；叠加；预报成果发布。本发明充分利用了流域内各雨量站在暴雨期间的雨量分布信息，考虑了降雨开始时土壤含水量在流域上的差异，方法简单，易于操作；还能够根据现有代表站的历史数据对于无资料地区小流域进行设计暴雨洪水计算，有利于科学划分山洪灾害危险区，科学确定预警指标和阈值，为及时准确发布预警信息、安全转移人员提供的重要支撑。
Description
技术领域
本发明涉及地质技术领域，具体是暴雨洪水非线性模型雨水损失参数的空间分布预警方法。
背景技术
山洪灾害调查评价工作是实现山洪防御工作准确预报预警、安全转移、减少人员伤亡的重要保障和基础支撑。山洪灾害调查评价包括山洪灾害调查和山洪灾害分析评价。而在山洪灾害分析评价中主要包括设计暴雨洪水计算和分析评价，设计暴雨洪水计算是分析评价防治区沿河村落的防洪现状，科学划分山洪灾害危险区，科学确定预警指标和阈值，为及时准确发布预警信息、安全转移人员提供的重要支撑。
小流域地形类别多样，下垫面状况复杂，降雨类型各具特色，因此开展项目对小流域的暴雨洪水特征等进行研究，并提出针对特小流域设计暴雨洪水计算方法的应用和改进是非常有必要的。小流域暴雨洪水计算问题，特别是无资料地区小流域设计暴雨洪水计算，一直是国内外水学科专家在不断探索和研究的课题。
一次降雨过程在流域上的分布，不均匀是绝对的，均匀却是相对的。在湿润地区，年降雨量大，地表土层含水量大且相对均匀。由于气候条件的原因容易形成大面积的降雨，使流域降雨分布相对均匀。而在半湿润半干旱或干旱地区，雨量不仅年内分配集中，一次降雨过程在流域面上的分布往往差异也很大，局部暴雨频发。流域出口断面的径流往往主要是由流域内某一局部面积上的暴雨形成的。流域面积越大，这种不均匀性越突出。加之每次降雨的中心位置、主雨区笼罩面积、雨量和强度等等都在发生变化，由历史资料率定出的模型参数难以应对未来下一场暴雨的特殊情况。由于所有集总式模型对面雨量的处理都是按面平均雨量作为模型的输入，无法考虑面雨量分布的不均匀性，这就给经常发生非均匀暴雨的半湿润半干旱或干旱地区的径流模拟和预报带来了极大的挑战。
发明内容
本发明的目的在于提供暴雨洪水非线性模型雨水损失参数的空间分布预警方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
暴雨洪水非线性模型雨水损失参数的空间分布预警方法，包括以下步骤：
水文模型选择的步骤：用于选择适用于研究流域降雨—产流条件的集总式水文模型，包括产流模型和汇流模型；
产流参数率定的步骤：用于收集分析同一时期全流域降雨相对均匀的降雨洪水资料，采用中等以上量级的均匀暴雨洪水场次率定和校验模型参数；
汇流参数率定的步骤：用于选择在流域内分布不均匀的降雨径流资料，率定在降雨不均匀情况下降雨中心在流域不同位置的汇流参数；
降雨均匀性判定的步骤：用于降雨时统计各雨量站的累积降雨量，计算雨量不均匀系数PU，并判断是否大于雨量不均匀阈值，如果“是”则进入下一步骤，如果“否”则使用常规方式计算产汇流；
划分区域的步骤：用于根据降雨的空间分布情况将流域划分为“暴雨核心区”和“非暴雨核心区”；
在流域内降雨不均匀的前提下，根据降雨的空间分布情况将流域划分为“暴雨核心区”和“非暴雨核心区”；
计算产流的步骤：用于在两个分区各自代表的面积上，统计各雨量站的前期影响雨量，代表两个分区的土壤含水量，并分别建立所选定的水文模型进行产流计算，两个分区的产流参数均采用在全流域降雨均匀情况下率定的产流参数进行产流过程的分析计算；
小流域设计暴雨洪水计算：计算代表站的汇流时间τ历时设计面雨量；将τ历时设计面雨量进行暴雨时程分配得到时段长为1小时的设计雨型；将该设计雨型代入设计洪水模型得到设计暴雨洪水，并通过区域综合选择设计洪水模型；根据该设计洪水模型得到该区域其它小流域设计暴雨洪水；确定预警指标和阈值，及时准确发布预警信息；
计算汇流的步骤：用于根据两个分区所在流域位置的不同，选择率定的降雨中心在流域不同位置的汇流参数，并结合产流过程的计算结果进行汇流过程的分析计算；
叠加的步骤：用于将两个分析计算的汇流过程按同时段叠加，形成最终的流域出口断面的预报数据作为径流预报结果；
预报成果发布的步骤：用于比较计算流域出口断面的预报数据与警戒数据，若预报数据大于警戒数据，则做出洪水预警；否则认为不会发生洪水。
作为本发明进一步的方案：所述设计洪水模型包括：新安江三水源模型、TOPMODEL模型、推理公式辽宁法、小流域降雨径流法。
作为本发明进一步的方案：所述通过区域综合选择设计洪水模型具体为：将每个设计洪水模型得到的设计暴雨洪水取平均值，与该平均值最近的模型为该区域其它小流域的设计洪水模型。
作为本发明进一步的方案：所述通过区域综合选择设计洪水模型后，进行现实校正。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明充分利用了流域内各雨量站在暴雨期间的雨量分布信息，考虑了降雨开始时土壤含水量在流域上的差异，方法简单，易于操作；还能够根据现有代表站的历史数据对于无资料地区小流域进行设计暴雨洪水计算，有利于科学划分山洪灾害危险区，科学确定预警指标和阈值，为及时准确发布预警信息、安全转移人员提供的重要支撑。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
实施例1
暴雨洪水非线性模型雨水损失参数的空间分布预警方法，包括以下步骤：
水文模型选择的步骤：用于选择适用于研究流域降雨—产流条件的集总式水文模型，包括产流模型和汇流模型；
产流参数率定的步骤：用于收集分析同一时期全流域降雨相对均匀的降雨洪水资料，采用中等以上量级的均匀暴雨洪水场次率定和校验模型参数；
汇流参数率定的步骤：用于选择在流域内分布不均匀的降雨径流资料，率定在降雨不均匀情况下降雨中心在流域不同位置的汇流参数；
降雨均匀性判定的步骤：用于降雨时统计各雨量站的累积降雨量，计算雨量不均匀系数PU，并判断是否大于雨量不均匀阈值，如果“是”则进入下一步骤，如果“否”则使用常规方式计算产汇流；
划分区域的步骤：用于根据降雨的空间分布情况将流域划分为“暴雨核心区”和“非暴雨核心区”；
在流域内降雨不均匀的前提下（PU值大于0.3-0.4时），根据降雨的空间分布情况将流域划分为“暴雨核心区”和“非暴雨核心区”；
计算产流的步骤：用于在两个分区各自代表的面积上，统计各雨量站的前期影响雨量，代表两个分区的土壤含水量，并分别建立所选定的水文模型进行产流计算，两个分区的产流参数均采用在全流域降雨均匀情况下率定的产流参数进行产流过程的分析计算；
小流域设计暴雨洪水计算：计算代表站的汇流时间τ历时设计面雨量；将τ历时设计面雨量进行暴雨时程分配得到时段长为1小时的设计雨型；将该设计雨型代入设计洪水模型得到设计暴雨洪水，并通过区域综合选择设计洪水模型；根据该设计洪水模型得到该区域其它小流域设计暴雨洪水；确定预警指标和阈值，及时准确发布预警信息；所述设计洪水模型包括：新安江三水源模型、TOPMODEL模型、推理公式辽宁法、小流域降雨径流法。所述通过区域综合选择设计洪水模型具体为：将每个设计洪水模型得到的设计暴雨洪水取平均值，与该平均值最近的模型为该区域其它小流域的设计洪水模型。所述通过区域综合选择设计洪水模型后，进行现实校正。
计算汇流的步骤：用于根据两个分区所在流域位置的不同，选择率定的降雨中心在流域不同位置的汇流参数，并结合产流过程的计算结果进行汇流过程的分析计算；
叠加的步骤：用于将两个分析计算的汇流过程按同时段叠加，形成最终的流域出口断面的预报数据作为径流预报结果；
预报成果发布的步骤：用于比较计算流域出口断面的预报数据与警戒数据，若预报数据大于警戒数据，则做出洪水预警；否则认为不会发生洪水。
上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (4)
1.暴雨洪水非线性模型雨水损失参数的空间分布预警方法，其特征在于，包括以下步骤：
水文模型选择的步骤：用于选择适用于研究流域降雨—产流条件的集总式水文模型，包括产流模型和汇流模型；
产流参数率定的步骤：用于收集分析同一时期全流域降雨相对均匀的降雨洪水资料，采用中等以上量级的均匀暴雨洪水场次率定和校验模型参数；
汇流参数率定的步骤：用于选择在流域内分布不均匀的降雨径流资料，率定在降雨不均匀情况下降雨中心在流域不同位置的汇流参数；
降雨均匀性判定的步骤：用于降雨时统计各雨量站的累积降雨量，计算雨量不均匀系数PU，并判断是否大于雨量不均匀阈值，如果“是”则进入下一步骤，如果“否”则使用常规方式计算产汇流；
划分区域的步骤：用于根据降雨的空间分布情况将流域划分为“暴雨核心区”和“非暴雨核心区”；
在流域内降雨不均匀的前提下，根据降雨的空间分布情况将流域划分为“暴雨核心区”和“非暴雨核心区”；
计算产流的步骤：用于在两个分区各自代表的面积上，统计各雨量站的前期影响雨量，代表两个分区的土壤含水量，并分别建立所选定的水文模型进行产流计算，两个分区的产流参数均采用在全流域降雨均匀情况下率定的产流参数进行产流过程的分析计算；
小流域设计暴雨洪水计算：计算代表站的汇流时间τ历时设计面雨量；将τ历时设计面雨量进行暴雨时程分配得到时段长为1小时的设计雨型；将该设计雨型代入设计洪水模型得到设计暴雨洪水，并通过区域综合选择设计洪水模型；根据该设计洪水模型得到该区域其它小流域设计暴雨洪水；确定预警指标和阈值，及时准确发布预警信息；
计算汇流的步骤：用于根据两个分区所在流域位置的不同，选择率定的降雨中心在流域不同位置的汇流参数，并结合产流过程的计算结果进行汇流过程的分析计算；
叠加的步骤：用于将两个分析计算的汇流过程按同时段叠加，形成最终的流域出口断面的预报数据作为径流预报结果；
预报成果发布的步骤：用于比较计算流域出口断面的预报数据与警戒数据，若预报数据大于警戒数据，则做出洪水预警；否则认为不会发生洪水。
2.根据权利要求1所述的暴雨洪水非线性模型雨水损失参数的空间分布预警方法，其特征在于，所述设计洪水模型包括：新安江三水源模型、TOPMODEL模型、推理公式辽宁法、小流域降雨径流法。
3.根据权利要求1所述的暴雨洪水非线性模型雨水损失参数的空间分布预警方法，其特征在于，所述通过区域综合选择设计洪水模型具体为：将每个设计洪水模型得到的设计暴雨洪水取平均值，与该平均值最近的模型为该区域其它小流域的设计洪水模型。
4.根据权利要求1所述的暴雨洪水非线性模型雨水损失参数的空间分布预警方法，其特征在于，所述通过区域综合选择设计洪水模型后，进行现实校正。
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