CN108647805B - 一种山洪灾害临界雨量综合检验方法 - Google Patents

一种山洪灾害临界雨量综合检验方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种山洪灾害临界雨量综合检验方法，包括步骤：以小流域为单元收集防灾对象资料；计算时段特征雨量HC及前期影响雨量；确定临界雨量合理性判别因子；确定各预警时段临界雨量合理性权重；计算山洪灾害临界雨量合理性检验综合指标。优点在于，通过收集整理以小流域为单元的山洪灾害分析评价基础数据、实际成灾洪水信息，包括山洪灾害的成灾时间、成灾洪水对应暴雨过程资料、灾害发生后防灾对象控制断面及成灾水位测量数据等，对已有临界雨量理论计算成果进行检验，为临界雨量复核提供依据，提高了临界雨量精度，为进一步提高山洪灾害预警预报质量提供了技术支撑。

Description

一种山洪灾害临界雨量综合检验方法
技术领域
本发明涉及一种灾害预警指标的合理性检验方法，尤其涉及一种山洪灾害临界雨量的综合检验方法。
背景技术
我国是世界上洪涝灾害最严重的国家之一，且属于山洪灾害高发区域。2011-2016年，山洪灾害年均死亡人数为449人，占洪涝灾害死亡人数的71.9％，山洪灾害已成为洪涝灾害致人死亡的主要灾种。
山洪灾害常用的预警指标为临界雨量，其计算方法主要分为数据驱动法和水文水力学法。目前，关于水文水力学法的研究成果较多，但大多数都是基于设计状态，存在公式经验化、雨型及参数概化等问题，且由于计算中不确定性因素较多，临界雨量计算精度难以保证，需利用实际成灾洪水信息对其进行检验复核。
目前，山洪灾害临界雨量检验方法针对防灾对象单一预警时段的临界雨量进行检验，然而当不同预警时段检验结果不一致时，无法判别该防灾对象临界雨量整体合理性。
发明内容
本发明目的在于提供一种山洪灾害临界雨量综合检验方法，解决了同一防灾对象不同预警时段临界雨量合理性检验结果不一致，导致该防灾对象临界雨量整体合理性情况无法判别的问题。
本发明所述的一种山洪灾害临界雨量综合检验方法，包括以下步骤：
S1、以小流域为单元，收集防灾对象资料；
S2、根据防灾对象资料计算时段特征雨量HC及前期影响雨量；
S3、根据相同前期影响雨量下的时段特征雨量HC与待检验的时段临界雨量HT，确定临界雨量合理性判别因子Si；
S4、利用层次分析法确定各预警时段临界雨量合理性权重Wi；
S5、根据临界雨量合理性判别因子Si及预警时段临界雨量合理性权重Wi计算山洪灾害临界雨量合理性检验综合指标CRI。
优选地，所述方法还包括步骤S6、根据山洪灾害临界雨量合理性检验综合指标CRI判别临界雨量合理性等级。
优选地，所述的防灾对象资料包括：山洪灾害分析评价各项成果、实际发生成灾洪水信息、当地暴雨图集、水文手册。
优选地，所述的山洪灾害分析评价各项成果包括：防灾对象基础信息、设计暴雨成果、设计洪水成果、临界雨量成果。
优选地，所述的实际发生成灾洪水信息包括：山洪灾害的成灾时间、成灾洪水对应暴雨过程资料、灾害发生后防灾对象控制断面、成灾水位测量数据。
优选地，所述的时段特征雨量HC是时段最大雨量，所述的时段最大雨量是根据成灾时间和暴雨过程，滑动统计成灾时间之前的时段获得。所述的前期影响雨量，根据该场暴雨开始前小流域降雨情况进行确定，可选用适用于当地实际情况的前期影响雨量经验公式，或根据前期降雨资料估计前期降雨量与流域最大蓄水量的比值，本领域一般分为0.2Wm、0.5Wm和0.8Wm三种情况。
优选地，所述的临界雨量合理性判别因子Si满足下式：Si＝1-D，其中D是时段特征雨量HC与时段临界雨量HT在暴雨频率区间上的偏离度。
优选地，所述的偏离度D在时段特征雨量HC与时段临界雨量HT处于同一暴雨频率区间时取0，否则满足下式：
Figure BDA0001617514640000021
优选地，所述步骤S4中，将临界雨量合理性分析作为目标层，降雨历时特性、汇流特性及设计雨型特征作为准则层，不同预警时段作为指标层，以构建层次结构图；根据降雨历时特性，汇流特性，设计雨型特征3个因素，构造判断矩阵，计算出第一层次权重向量A＝(a1,a2,a3)的特征向量、判断矩阵的最大特征根λmax、一致性指标CI以及一致性比率CR，令第一层次权重向量A＝(a1,a2,a3)通过一致性检验；计算出第二层次权重向量B1＝(b11,b12,...,b1n)、B2＝(b21,b22,...,b2n)、B3＝(b31,b32,...,b3n)，令第二层次权重向量通过一致性检验；根据第一层次权重向量和第二层次权重向量，计算指标层对目标层的预警时段临界雨量合理性权重wi。第一层次权重向量、第二层次权重向量都是一维的向量，其中第二层次有3个向量；第一第一层计算的依据都是降雨历时特性，汇流特性，设计雨型特征3个因素构造的判断矩阵。
优选地，所述的山洪灾害临界雨量合理性检验综合指标CRI满足下式：
Figure BDA0001617514640000031
式中i为预警时段序号，I为预警时段总数，Si为临界雨量合理性判别因子，Wi为预警时段临界雨量合理性权重；所述的预警时段临界雨量合理性权重Wi满足下式：
Figure BDA0001617514640000032
本发明所述的一种山洪灾害临界雨量综合检验方法，其优点在于，通过收集整理以小流域为单元的山洪灾害分析评价基础数据、实际成灾洪水信息，包括山洪灾害的成灾时间、成灾洪水对应暴雨过程资料、灾害发生后防灾对象控制断面及成灾水位测量数据等，对已有临界雨量理论计算成果进行检验，为临界雨量复核提供依据，提高了临界雨量精度，为进一步提高山洪灾害预警预报质量提供了技术支撑。通过各预警时段临界雨量合理性判别因子和权重的计算，确定防灾对象合理性检验综合指标，并判别其合理性等级，解决了同一防灾对象不同预警时段临界雨量合理性检验结果不一致，导致该防灾对象临界雨量整体合理性情况无法判别的问题，完善了山洪灾害临界雨量检验复核体系。
附图说明
图1是本发明所述山洪灾害临界雨量综合检验方法的流程示意图；
图2是本发明所述的临界雨量合理性分析层次结构图。
具体实施方式
如图1所示，本发明所述的一种山洪灾害临界雨量综合检验方法，首先以小流域为单位资料收集，包括：山洪灾害分析评价各项成果、实际发生成灾洪水信息、当地暴雨图集、水文手册等。所述的山洪灾害分析评价各项成果包括：防灾对象基础信息、设计暴雨成果、设计洪水成果、临界雨量成果等。所述的实际发生成灾洪水信息包括：山洪灾害的成灾时间、成灾洪水对应暴雨过程资料、灾害发生后防灾对象控制断面、成灾水位测量数据等。所述的时段特征雨量HC是时段最大雨量，所述的时段最大雨量是根据成灾时间和暴雨过程，滑动统计成灾时间之前的时段获得。
以A省B县的防灾对象C在2016年7月，预警时段设定四个为例：收集资料包括防灾对象C的山洪灾害分析评价各项成果，包括防灾对象基础信息、设计暴雨成果、设计洪水成果、临界雨量成果等；2016年7月实际成灾洪水信息，包括成灾时间、成灾洪水对应暴雨过程资料、灾害发生后防灾对象控制断面，灾水位测量数据等；当地暴雨图集、水文手册等资料。
根据防灾对象C，在2016年7月成灾洪水的成灾时间及暴雨过程，滑动统计成灾时间之前的各时段最大雨量，计算时段特征雨量HC及前期影响雨量，结果见表1：
表1防灾对象C时段特征雨量计算结果
Figure BDA0001617514640000041
根据相同前期影响雨量下的时段特征雨量HC与时段临界雨量HT是否处于同一暴雨频率区间，若处于同一暴雨频率区间，则偏离度为0；否则，偏离度可由式子
Figure BDA0001617514640000042
计算，再根据偏离度由式子Si＝1-D计算防灾对象的临界雨量合理性判别因子Si，结果见表2：
表2防灾对象C的临界雨量合理性判别因子Si计算结果
Figure BDA0001617514640000043
表2中：√表示时段临界雨量HT所在频率区间；#表示时段特征雨量HC所在频率区间
利用层次分析法确定各预警时段临界雨量合理性权重Wi：其中将临界雨量合理性分析作为目标层，降雨历时特性、汇流特性及设计雨型特征作为准则层，不同预警时段作为指标层，以此构建层次结构图，如图2所示。
定义第一层次权重向量为A＝(a1,a2,a3)，根据降雨历时特性，汇流特性，设计雨型特征3个因素，构造判断矩阵，计算其特征向量为A＝(0.70,0.18,0.12)，最大特征根λmax＝3.054，一致性指标CI＝0.027，一致性比率CR＝0.052＜0.1，通过一致性检验。
定义第二层次权重向量为B1＝(b11,b12,...,b1n)；B2＝(b21,b22,...,b2n)；B3＝(b31,b32,...,b3n)计算结果如表3所列。
表3防灾对象C第二层判断矩阵权重系数
B<sub>i</sub> b<sub>i1</sub> b<sub>i2</sub> b<sub>i3</sub> b<sub>i4</sub> λ<sub>max</sub> CI CR
B<sub>1</sub> 0.087 0.163 0.441 0.309 3.031 0.016 0.030
B<sub>2</sub> 0.167 0.167 0.166 0.500 4.000 0.000 0.000
B<sub>3</sub> 0.466 0.278 0.161 0.100 4.031 0.010 0.012
由表3可知，第二层次判断矩阵均满足CR＜0.1，即均通过了一致性检验。根据第一层次权重向量和第二层次权重向量，计算指标层对目标层的综合权重w i，结果如表4所列。
根据防灾对象C各预警时段的临界雨量合理性判别因子Si及预警时段临界雨量合理性权重Wi，根据式子
Figure BDA0001617514640000051
计算山洪灾害临界雨量合理性检验综合指标CRI，结果见表4：
表4防灾对象C临界雨量合理性检验综合指标计算结果
Figure BDA0001617514640000052
得到的山洪灾害临界雨量合理性检验综合指标CRI越接近1，则代表所检验的时段临界雨量的合理性越高，最后多个时段临界雨量归总为一个检验的综合指标，使同一防灾对象不同预警时段临界雨量合理性检验结果一致。
得到山洪灾害临界雨量合理性检验综合指标CRI后，将其按如表5的临界雨量合理性等级判别，得到防灾对象C在各预警时段对应的时段临界雨量判别为合理。
表5山洪灾害临界雨量合理性等级
CRI 临界雨量合理性等级
0≤CRI＜0.2 严重不合理
0.2≤CRI＜0.4 不合理
0.4≤CRI＜0.6 较不合理
0.6≤CRI＜0.8 较合理
0.8≤CRI≤1 合理
本发明通过上述步骤可检验山洪灾害临界雨量计算成果合理性情况，为临界雨量复核提供技术支撑，提高山洪灾害预警预报精准度。
对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种山洪灾害临界雨量综合检验方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、以小流域为单元收集防灾对象资料；
S2、根据防灾对象资料计算时段特征雨量HC及前期影响雨量；
S3、根据相同前期影响雨量下的时段特征雨量HC与待检验的时段临界雨量HT，确定临界雨量合理性判别因子Si；
S4、利用层次分析法确定各预警时段临界雨量合理性权重Wi；
S5、根据临界雨量合理性判别因子Si及预警时段临界雨量合理性权重Wi计算山洪灾害临界雨量合理性检验综合指标CRI；
所述步骤S4中，将临界雨量合理性分析作为目标层，降雨历时特性、汇流特性及设计雨型特征作为准则层，不同预警时段作为指标层，以构建层次结构图；
根据降雨历时特性，汇流特性，设计雨型特征3个因素，构造判断矩阵，计算出第一层次权重向量A＝(a1,a2,a3)的特征向量、判断矩阵的最大特征根λmax、一致性指标CI以及一致性比率CR，令第一层次权重向量A＝(a1,a2,a3)通过一致性检验；计算出第二层次权重向量B1＝(b11,b12,...,b1n)、B2＝(b21,b22,...,b2n)、B3＝(b31,b32,...,b3n)，令第二层次权重向量通过一致性检验,a表示第一层次权重向量特征，b表示第二层次权重向量特征；
根据第一层次权重向量和第二层次权重向量，计算指标层对目标层的预警时段临界雨量合理性权重Wi；
所述的山洪灾害临界雨量合理性检验综合指标CRI满足下式：
Figure FDA0003787879580000011
式中i为预警时段序号，I为预警时段总数，Si为临界雨量合理性判别因子，Wi为预警时段临界雨量合理性权重；所述的预警时段临界雨量合理性权重Wi满足下式：
Figure FDA0003787879580000012
2.根据权利要求1所述山洪灾害临界雨量综合检验方法，其特征在于，还包括步骤S6、根据山洪灾害临界雨量合理性检验综合指标CRI判别临界雨量合理性等级。
3.根据权利要求1所述山洪灾害临界雨量综合检验方法，其特征在于，所述的防灾对象资料包括：山洪灾害分析评价各项成果、实际发生成灾洪水信息、当地暴雨图集、水文手册。
4.根据权利要求3所述山洪灾害临界雨量综合检验方法，其特征在于，所述的山洪灾害分析评价各项成果包括：防灾对象基础信息、设计暴雨成果、设计洪水成果、临界雨量成果。
5.根据权利要求3所述山洪灾害临界雨量综合检验方法，其特征在于，所述的实际发生成灾洪水信息包括：山洪灾害的成灾时间、成灾洪水对应暴雨过程资料、灾害发生后防灾对象控制断面、成灾水位测量数据。
6.根据权利要求5所述山洪灾害临界雨量综合检验方法，其特征在于，所述的时段特征雨量HC是时段最大雨量，所述的时段最大雨量是根据成灾时间和暴雨过程，滑动统计成灾时间之前的时段获得；所述的前期影响雨量，根据防灾对象成灾洪水的成灾时间及暴雨过程进行确定。
7.根据权利要求1所述山洪灾害临界雨量综合检验方法，其特征在于，所述的临界雨量合理性判别因子Si满足下式：Si＝1-D，其中D是时段特征雨量HC与时段临界雨量HT在暴雨频率区间上的偏离度。
8.根据权利要求7所述山洪灾害临界雨量综合检验方法，其特征在于，所述的偏离度D在时段特征雨量HC与时段临界雨量HT处于同一暴雨频率区间时取0，否则满足下式：
Figure FDA0003787879580000021
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