CN109829584A - 一种山洪风险动态评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种山洪风险动态评估方法，包括以下步骤：步骤1、确定评估对象和风险评估指标；步骤2、确定当前风险评估等级；步骤3、风险程度的判定；步骤4、动态评估山洪风险。本发明提出了一种山洪风险的动态评估方法，评估结果不仅包括山洪风险的等级，而且包括接近某一风险等级的程度，并基于实时监测数据或模型的模拟预报数据，进行山洪风险的动态评估，为山洪灾害防御提供了更有效的决策依据。

Description

一种山洪风险动态评估方法

技术领域

本发明涉及洪水防御技术领域，尤其涉及一种山洪风险动态评估方法， 主要用于山洪风险评估与预警决策等工作。

背景技术

山洪灾害是我国当前自然灾害中造成人员伤亡的主要灾种，也是我国防 汛工作的难点和薄弱环节。具有点多面广、季节性和区域性明显、突发频发、 成灾快、破坏力强等特点。经过10年的工程与非工程设施建设，不仅提升 了山洪灾害的防御水平，同时也积累了大量可靠的基础数据，包括山洪灾害 调查评价数据、土地利用与植被类型数据、土壤类型与土壤质地、小流域及 下垫面条件数据等，为山洪灾害防治方面的研究工作奠定了良好的基础。

风险评估是山洪预警与决策的重要依据。山洪风险评估的方法众多，大 致分为：致灾因子危险性评估、脆弱性分析、临界雨量分析、综合风险评估 四个类型。基于致灾因子危险性的评估是在致灾因子分析的基础上，划定危 险区与危险等级，建立危险区范围的预测模型，但各危险性因子权重的确定 主观性较强，危险区等级划分也无统一标准，不利于推广应用；脆弱性分析 是从承灾体的角度，探究其敏感性和抵抗能力，通过矩阵法、指标法、曲线 法等评估承灾体脆弱性，但承灾体脆弱性评估需考虑多方面的因素，其间的 复杂联系很难用模型表述，受自然或社会因素差异的影响，不能保证其精度； 临界雨量分析对于山洪灾害防治至关重要，其基本思路是当小流域中某时段 内的降雨量达到或超过某一临界值时，形成洪水恰好等于成灾流量，以此来 进行风险评估，但由于数据资料的限制或机理模型的缺陷，该方法也未能推 广应用；综合风险评估考虑的因素更多，且方法多种多样，没有形成统一的 规范和理论框架，不适宜应用，目前还仅限于研究阶段。

因此，目前各类山洪风险评估方法的适用性不强，应用效果较差，而且 多数山洪风险评估方法的评估对象不明确，难以在实际应用中，不能为山洪 预警与决策提供帮助。

发明内容

本发明设计了一种山洪风险动态评估方法，其解决的技术问题是制定了 受山洪影响程度最深的河道、村庄和水库的洪水风险等级，结合雷达临近预 报、数值大气模式、基于高精度地形地貌数据的精细化分布式水文模型等技 术，在获取较少基础数据的情况下，能够实现山洪风险更准确的动态评估， 易于推广应用。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种山洪风险动态评估方法，包括以下步骤：

步骤1、确定山洪风险评估对象和指标：评估对象为上游集水面积小于 200km²的河道、村庄和水库；每个评估对象的评估指标均为：一级风险、二 级风险、三级风险；评估指标根据特征水位或设计洪水的频率确定；

步骤2、确定当前山洪风险评估等级：根据步骤1中确定的评估对象和 指标进行评判；

步骤3、山洪风险程度的判定：对已经确定的评估对象进行风险程度的 判定，风险程度采用临界雨量或纳雨能力衡量；

步骤4、动态评估山洪风险：在进一步获取实测降雨或洪水信息、预报 降雨或洪水信息后，与风险评估指标进行对比实现对当前风险或未来风险的 动态评估。

进一步的，步骤1中，

当评估对象为河道时，且河道有特征水位，按照特征水位确定评估指标： 处于警戒水位～保证水位为三级风险，处于保证水位～校核水位为二级风险， 超过校核水位为一级风险；如表1：

表1

当评估对象为河道时，如果没有河道特征水位，按照设计洪水的频率确 定评估指标：频率为2年一遇～5年一遇为三级风险，频率为5年一遇～20年 一遇为二级风险，频率为超过20年一遇为一级风险；如表2：

表2

当评估对象为水库时，按照水库特征水位确定评估指标：处于汛限水位 ～设计水位为三级风险，处于设计水位～校核水位为二级风险，处于超校核水 位为一级风险；如表3：

表3

当评估对象为沿河村庄时，沿河村庄参照其所在河道的风险评估结果： 沿河村庄风险评估指标与所在河道风险评估指标一致。

进一步的，步骤2中的河道风险评估等级是根据当前河道水位或洪水频 率与划分的风险等级对比进行确定的。对于有特征水位的河道，对比当前河 道水位与河道特征水位即可判断当前河道的风险等级；对于无特征水位的河 道，对比当前河道洪水频率与设计洪水频率，即可判断当前河道的风险等级； 步骤2中的沿河村庄风险等级与河道的风险等级一致；步骤2中的水库风险 评估等级是根据当前水库水位与水库特征水位即可判断当前水库的风险等 级。

进一步的，步骤3中，当评估对象为河道时，采用临界雨量进行风险程 度的判定：

首先，在低于三级风险的区间内、三级至二级风险的区间内、二级至一 级风险的区间内分别进一步划分高、中、低三个等级，区间依据雨量等间距 划分；

其次，计算再降多少雨，河道就会达到某一级风险，计算方法采用精细 化的分布式水文模型将雨量转化为水量，从而通过水位或洪水频率(即风险 等级划分标准)衡量是否发生该强度的降雨后可达到该风险等级；使河道达 到该风险等级的降雨量就是临界雨量；

最后，利用计算出的临界雨量，结合设定的区间，判定河道的风险程度； 临界雨量越大，接近某一级风险的程度越低，临界雨量越小，接近某一级风 险的程度越高。

步骤3中，当评估对象为村庄时，其风险程度与其所在河道的结果一致。

步骤3中，当评估对象为水库时，采用纳雨能力进行风险程度的判定：

首先，划分风险程度的区间；在低于三级风险的区间内、三级至二级风 险的区间内、二级至一级风险的区间内分别进一步划分高、中、低三个区间， 划分依据雨量等间距划分；

其次，计算当前情况下，再降多少雨，河道就会达到某一级风险，计算 方法采用精细化的分布式水文模型，将雨量转化为水量，进而通过水库特征 水位(即风险等级划分标准)衡量，是否发生该强度降雨后可达到该风险等 级，使水库达到该风险等级的降雨量就是纳雨能力；

最后，利用计算出的纳雨能力，结合设定的区间，判定水库的风险程度； 纳雨能力越大，接近某一级风险的程度越低，纳雨能力越小，接近某一级风 险的程度越高。

步骤3中，临界雨量和纳雨能力的计算均采用基于高精度地形地貌数据 的精细化分布式水文模型，并考虑评估对象上游流域的土壤含水量状态。

进一步的，步骤4中，预报降雨采用雷达和数值大气模式相结合的方法 计算，进而作为精细化的分布式水文模型的输入，计算预报洪水；其中未来2h的降雨预报采用雷达临近预报结果，超过2h的降雨预报采用数值大气模 式。

步骤4中的河道动态风险评估和水库动态风险评估，是在进一步获取实 测降雨或洪水信息，预报降雨或洪水信息后，与风险评估指标进行对比实现 的。步骤4中的沿河村庄动态风险评估结果与河道风险评估结果一致。

本发明山洪风险动态评估方法具有以下有益效果：

(1)本发明在明确山洪风险评估对象的基础上，基于特征水位或设计 洪水确定了不同评估对象的风险指标，该指标容易获得，且对有无资料等不 同情况都提供了解决办法，对基础数据资料的依赖性小，相比现有方法更易 于推广应用。

(2)本发明提供的山洪风险评估方法是动态的，评估结果随时间变化 而变化，评估结果不仅包含了风险等级，而且给出了接近某一级风险的程度， 不仅是对当前时刻的风险评估，也对未来一段时间的风险进行评估，评估结 果更加全面，为山洪预警与决策提供更有效的信息。

(3)本发明是基于雷达临近预报和数值大气模式相结合的方法获得高 分辨率的降雨预报，进而将预报降雨输入到基于高精度地形地貌数据的精细 化分布式水文模型中进行洪水预报，满足山洪风险评估的尺度要求和精度要 求。

下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

附图说明

图1：本发明山洪风险动态评估方法流程示意图。

图2：河道风险评估结果示意图；图2a为河道三级风险与风险程度的评 估结果，图2b为河道二级风险与风险程度的评估结果，图2c为河道一级风 险与风险程度的评估结果。

图3：水库风险评估结果示意图；图3a为水库三级风险与风险程度的评 估结果，图3b为水库二级风险与风险程度的评估结果，图3c为水库一级风 险与风险程度的评估结果。

具体实施方式

实施例1

下面结合图1，对本发明做进一步说明：

本实施例所采用的技术方案是基于特征水位或设计洪水的山洪风险动 态评估方法，该方法主要分三个部分：一是河道风险评估，二是村庄风险评 估，三是水库风险评估。按照以下步骤实施：

(1)确定评估对象和风险评估指标：

选择山洪风险的评估对象(河道、村庄、水库)，并根据实际情况，判 断不同评估对象采用的风险评估指标。

当评估对象为河道时，有两种情况：一是该河道有特征水位；二是该河 道无特征水位。

当河道有特征水位时，按照表1所示的标准进行风险等级划分：

当河道无特征水位时，基于设计洪水进行风险等级划分。若河道有设计 洪水的资料则采用现有资料，若河道无设计洪水的资料则采用雨洪同频的方 法计算设计洪水，风险等级划分标准如表2。

当评估对象为沿河村庄时，其风险等级参照河道风险等级划分标准。

当评估对象为水库时，按照表3所示的标准进行风险等级划分。

(2)确定当前风险评估等级：对已确定的评估对象进行当前风险等级 评估。

当评估对象为河道时，对于有特征水位的河道，对比当前河道水位与河 道特征水位即可判断当前河道的风险等级；对于无特征水位的河道，对比当 前河道洪水频率与设计洪水频率，即可判断当前河道的风险等级。

当评估对象为村庄时，其风险等级与其所在河道的风险等级一致，即村 庄风险的评估直接采用河道风险评估的结果。

当评估对象为水库时，对比当前水库水位与水库特征水位即可判断当前 水库的风险等级。

(3)风险程度的判定：对已确定的评估对象进行风险程度的判定，风 险程度采用临界雨量或纳雨能力衡量。

当评估对象为河道时，采用临界雨量进行风险程度的判定。

首先，在划分风险等级的基础上，进一步划分风险程度的区间。在低于 三级风险的区间内、三级至二级风险的区间内、二级至一级风险的区间内分 别进一步划分高、中、低三个区间，区间依据雨量等间距划分，例如，当前 河道风险从刚好达到三级风险上升至刚好达到二级风险，需降雨30mm，则对 于该河道，三级至二级风险的每个区间划分的间隔均为10mm。

其次，计算当前情况下，再降多少雨，河道就会达到某一级风险，计算 方法采用中国山洪水文模型CNFF-HM，将雨量转化为水量，进而通过水位或 洪水频率(即风险等级划分标准)衡量，是否发生该强度降雨后可达到该风 险等级，使河道达到该风险等级的降雨量就是临界雨量。

最后，利用计算出的临界雨量，结合设定的区间，判定河道的风险程度。 临界雨量越大，接近某一级风险的程度越低，临界雨量越小，接近某一级风 险的程度越高。

当评估对象为村庄时，其风险程度与其所在河道的结果一致。

当评估对象为水库时，采用纳雨能力进行风险程度的判定。

首先，在划分风险等级的基础上，进一步划分风险程度的区间。在低于 三级风险的区间内、三级至二级风险的区间内、二级至一级风险的区间内分 别进一步划分高、中、低三个区间，划分依据雨量等间距划分，例如，当前 水库风险从刚好达到三级风险上升至刚好达到二级风险，需降雨30mm，则对 于该水库，三级至二级风险的每个区间划分的间隔均为10mm。

其次，计算当前情况下，再降多少雨，河道就会达到某一级风险，计算 方法采用中国山洪水文模型CNFF-HM，将雨量转化为水量，进而通过水库特 征水位(即风险等级划分标准)衡量，是否发生该强度降雨后可达到该风险 等级，使水库达到该风险等级的降雨量就是纳雨能力。

最后，利用计算出的纳雨能力与设定的区间进行比较，从而判定水库的 风险程度，即纳雨能力越大，接近某一级风险的程度越低，纳雨能力越小， 接近某一级风险的程度越高。

(4)动态评估山洪风险：在判定风险程度后，进一步基于不断更新的 实测降雨或洪水信息，以及预报降雨或洪水信息，实现山洪风险的动态评估。

当评估对象为河道时，采用上述方法依据不断更新的实测降雨或洪水信 息，结合河道风险等级与程度的评估标准，进行河道的实时动态风险评估。 同时引入雷达与WRF(Weather Research and Forecasting)模式进行降雨 预报，对临近2h内采用雷达临近预报结果，对超过2h的采用WRF模式进行 预报，预报降雨的空间分辨率为1km×1km。进而将预报降雨作为CNFF-HM模 型的输入，进行洪水预报，并基于洪水预报结果，结合河道风险等级，进行 河道风险评估。图2为福建中部地区一次不同河道风险等级的评估结果。

当评估对象为村庄时，其动态评估结果与其所在河道的动态评估结果一 致。

当评估对象为水库时，采用上述方法依据不断更新的实测降雨或洪水信 息，结合水库风险等级与程度的评估标准，进行水库的实时动态风险评估。 同时引入雷达与WRF(Weather Research and Forecasting)模式进行降雨 预报，对临近2h内采用雷达临近预报结果，对超过2h的采用WRF模式进行 预报，预报降雨的空间分辨率为1km×1km。进而将预报降雨作为CNFF-HM模 型的输入，进行入库洪水预报，并基于洪水预报结果，结合水库风险等级， 进行水库风险评估。图3为福建中部地区一次不同水库风险等级的评估结果。

上面结合附图对本发明进行了示例性的描述，显然本发明的实现并不受 上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改 进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本 发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种山洪风险动态评估方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1、确定山洪风险评估对象和指标：评估对象为上游集水面积小于200km²的河道、村庄和水库；每个评估对象的评估指标均为：一级风险、二级风险、三级风险；评估指标根据特征水位或设计洪水的频率确定；

步骤2、确定当前山洪风险评估等级：根据步骤1中确定的评估对象和指标进行评判；

步骤3、山洪风险程度的判定：对已经确定的评估对象进行风险程度的判定，风险程度采用临界雨量或纳雨能力衡量；

步骤4、动态评估山洪风险：在进一步获取实测降雨或洪水信息、预报降雨或洪水信息后，与风险评估指标进行对比实现对当前风险或未来风险的动态评估。

2.根据权利要求1所述一种山洪风险动态评估方法，其特征在于：步骤1中，

当评估对象为河道时，且河道有特征水位，按照特征水位确定评估指标：处于警戒水位~保证水位为三级风险，处于保证水位~校核水位为二级风险，超过校核水位为一级风险；

当评估对象为河道时，如果没有河道特征水位，按照设计洪水的频率确定评估指标：频率为2年一遇~5年一遇为三级风险，频率为5年一遇~20年一遇为二级风险，频率为超过20年一遇为一级风险 ；

当评估对象为水库时，按照水库特征水位确定评估指标：处于汛限水位~设计水位为三级风险，处于设计水位~校核水位为二级风险，处于超校核水位为一级风险；

当评估对象为沿河村庄时，沿河村庄参照其所在河道的风险评估结果。

3.根据权利要求1所述一种山洪风险动态评估方法，其特征在于：步骤3中，当评估对象为河道时，采用临界雨量进行风险程度的判定：

首先，在低于三级风险的区间内、三级至二级风险的区间内、二级至一级风险的区间内分别进一步划分高、中、低三个等级，区间依据雨量等间距划分；

其次，计算再降多少雨，河道就会达到某一级风险，计算方法采用精细化的分布式水文模型将雨量转化为水量，从而通过水位或洪水频率衡量是否发生该强度的降雨后可达到该风险等级；使河道达到该风险等级的降雨量就是临界雨量；

最后，利用计算出的临界雨量，结合设定的区间，判定河道的风险程度；临界雨量越大，接近某一级风险的程度越低，临界雨量越小，接近某一级风险的程度越高。

4.根据权利要求1所述一种山洪风险动态评估方法，其特征在于：步骤3中，当评估对象为村庄时，其风险程度与其所在河道的结果一致。

5.根据权利要求1所述一种山洪风险动态评估方法，其特征在于：步骤3中，当评估对象为水库时，采用纳雨能力进行风险程度的判定：

首先，划分风险程度的区间；在低于三级风险的区间内、三级至二级风险的区间内、二级至一级风险的区间内分别进一步划分高、中、低三个区间，划分依据雨量等间距划分；

其次，计算当前情况下，再降多少雨，河道就会达到某一级风险，计算方法采用精细化的分布式水文模型，将雨量转化为水量，进而通过水库特征水位衡量，是否发生该强度降雨后可达到该风险等级，使水库达到该风险等级的降雨量就是纳雨能力；

最后，利用计算出的纳雨能力，结合设定的区间，判定水库的风险程度；纳雨能力越大，接近某一级风险的程度越低，纳雨能力越小，接近某一级风险的程度越高。

6.根据权利要求1所述一种山洪风险动态评估方法，其特征在于：步骤3中，临界雨量和纳雨能力的计算均采用基于高精度地形地貌数据的精细化分布式水文模型，并考虑评估对象上游流域的土壤含水量状态。

7.根据权利要求1所述一种山洪风险动态评估方法，其特征在于：步骤4中，预报降雨采用雷达和数值大气模式相结合的方法计算，其中未来2h的降雨预报采用雷达临近预报结果，超过2h的降雨预报采用数值大气模式。