CN111400643A - 基于雨-水-沙变化的山区小流域山洪灾害预警方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了基于雨‑水‑沙变化的山区小流域山洪灾害预警方法，包括以下步骤：从目标河段的易淤河段选取易淤断面；计算在不同设计洪水流量条件下，易淤断面在设计洪水挟沙淤床后的成灾水位，绘制水位流量关系曲线；根据易淤断面的预警水位，从水位流量关系曲线中得到易淤断面的预警水位对应的流量，该流量即为预警流量，根据预警流量反推临界雨量；当目标河段的上游发生强降雨后，实时监测降雨量信息，当降雨量达到或超过临界雨量时，即发出山洪灾害预警。本发明的方法充分考虑了山区小流域的泥沙与洪水的耦合作用，在建立预警指标时考虑了泥沙淤床引起的水位增加问题，可为山区小流域的山洪灾害防治提供更科学的依据和指导。

Description

基于雨-水-沙变化的山区小流域山洪灾害预警方法

技术领域

本发明属于暴雨山洪灾害防灾减灾领域，涉及基于雨-水-沙变化的山区小流域山洪灾害预警方法，适用于对山区小流域暴雨山洪灾害进行预警。

背景技术

山洪灾害是指由于降雨在山丘区引发的洪水灾害以及由山洪诱发的泥石流、滑坡等对国民经济和人民生命财产造成损失的灾害。长期以来，暴雨山洪灾害预报预警理论及防治技术研究多以“降雨－径流－水位”变化引起的淹没灾害分析为主，以临界降雨/水位阈值条件作为判据[徐少军等(2015)；吴承卿，2016；陶珏辉，2017]，较少涉及超量来沙引起的淤埋和淹没灾害，即目前缺乏考虑来沙条件下的山洪预警指标研究，而大量的暴雨山洪灾害现场表明泥沙与洪水的耦合作用是造成重大山洪灾害的关键因素。例如：四川波罗水电站“7.28”山洪灾害，2001年7月27～28日四川省马边县马边河上游支流挖黑河和先家普河发生特大暴雨，6小时暴雨强度达79.5mm，24小时暴雨强度达94.4m，挖黑河及先家普河洪水猛涨，挖黑河及先家普河来的大量泥沙在交汇区淤积，抬高河床7.5m，水位陡增，造成波罗电站厂房全淹，厂房内泥沙淤积高程达826.5m，致灾水位达828.5m，使电站完全失去发电能力，损失近2亿元。试验分析表明，受河床淤堵作用，交汇区断面50年一遇(P＝2％)的洪水，产生了1000一遇(p＝0.1％)的洪水位，如图1所示。由此可见，此次山洪灾害中若以发生的1000年一遇洪水位反推流量及相应临界雨量作为山洪预警指标，在此次灾害中并未达到相应的成灾流量或临界雨量，因而必将造成漏警，无法满足山洪预警要求。

对于山区小流域而言，强降雨引起洪水汇集，暴雨洪水会诱发滑坡与沟道超量产沙，水沙相互作用又会引起沟床冲淤突变，诱发沟床泥沙淤堵水位陡增，致使原设计洪水的防洪安全区突变为成灾区，以上案例便是如此。对于山区小流域，特别是产输沙致灾严重的山区流域，若只是采用现有技术常用的水位流量反推雨量预警方法，而不考虑泥沙淤床引起的水位增加问题的话，是比较容易出现漏警的，山洪预警的准确性有待提高。因此，针对这一问题，有必要提出准确性更高的暴雨山洪预警方法，为山区小流域的山洪灾害防治提供更科学的依据和指导。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供基于雨-水-沙变化的山区小流域山洪灾害预警方法，以提高山区小流域暴雨山洪灾害预警的准确性和可靠性，为山区小流域暴雨山洪灾害预警提供更科学和可靠的指导。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明提供的基于雨-水-沙变化的山区小流域山洪灾害预警方法，包括以下步骤：

①选定需要进行山洪灾害预警的山区小流域河段作为目标河段，目标河段具有防灾保护对象，从目标河段中选取易淤河段，从易淤河段中选取易淤断面；

②确定洪水挟沙淤床后易淤断面的成灾水位的计算方法

易淤断面在设计洪水作用下，洪水挟沙在河床淤积前后的水位关系如式(1)所示，

Z′_i＝Z_i+ΔZ (1)

式(1)中，Z_i为易淤断面在不考虑洪水挟沙淤床条件下的设计洪水对应的防洪水位，Z′_i为易淤断面在设计洪水挟沙淤床后的成灾水位，ΔZ为设计洪水来流挟沙淤床导致的易淤断面的水位增量，ΔZ的计算方式式(2)所示，

式(2)中，B为易淤河段的平均河宽，β为系数，0＜β≤1.0，λ为床沙孔隙率，q_s为单位河长内侧向汇入的体积输沙率，q_b为推移质体积输沙率，d为床沙平均粒径，h_i,J_i分别为易淤断面的平均水深和能坡比降，h_i-1,J_i-1分别为易淤断面上游单位长度断面的平均水深和能坡比降；

联合式(1)和式(2)，即获得易淤断面面在设计洪水挟沙淤床后的成灾水位Z′_i，如式(3)所示，

③根据步骤②的方法计算在不同设计洪水流量条件下，易淤断面在设计洪水挟沙淤床后的成灾水位Z′_i，绘制易淤断面在设计洪水挟沙淤床后的成灾水位Z′_i随设计洪水流量的变化曲线，即水位流量关系曲线；

④根据易淤断面的预警水位，从步骤③绘制的水位流量关系曲线中得到易淤断面的预警水位对应的流量，该流量即为预警流量，根据预警流量反推临界雨量；

当目标河段的上游发生强降雨后，实时监测降雨量信息，当目标河段上游的降雨量达到或超过临界雨量时，即发出山洪灾害预警。

上述基于雨-水-沙变化的山区小流域山洪灾害预警方法的技术方案中，步骤①所述目标河段具有防灾保护对象是指目标河段具有已建防灾保护对象或者拟规划建设的防灾保护对象。

上述基于雨-水-沙变化的山区小流域山洪灾害预警方法的技术方案中，步骤①所述易淤河段是指目标河段中容易发生泥沙淤积的河段，易淤断面是易淤河段中的任意断面或者是根据易淤河段概化的断面。实际操作中，可通过实地勘测过往山洪灾害的泥沙淤积情况来确定易淤河段，也可以构建物理模型通过实验来确定易淤河段。

上述基于雨-水-沙变化的山区小流域山洪灾害预警方法的技术方案中，步骤②中根据曼宁公式结合设计洪水流量计算易淤断面在不考虑洪水挟沙淤床条件下的设计洪水对应的防洪水位Z_i。在不考虑洪水挟沙淤床的条件下，采用曼宁公式水力学方法计算得到的断面水深在数值上与断面水位相等，即在不考虑洪水挟沙淤床的条件下，根据公式(4)计算得到的断面水深即为易淤断面在不考虑洪水挟沙淤床的条件下设计洪水对应的防洪水位Z_i。

同样地，步骤②中根据曼宁公式结合设计洪水流量计算易淤断面的平均水深h_i以及易淤断面上游单位长度断面的平均水深h_i-1。曼宁公式如式(4)所示：

式(4)中，h为断面水深，n为河床糙率，B为易淤河段的平均河宽，J为能坡比降，在计算时能坡比降近似为河床比降，通过实测天然河道河床纵向比降获得，Q为断面流量，在计算时取设计洪水流量。

上述基于雨-水-沙变化的山区小流域山洪灾害预警方法的技术方案中，步骤④根据预警流量反推临界雨量的方法是现有技术的常规方法，例如，可根据预警流量由暴雨洪水分析方法反推临界雨量。更具体地，可参照《山洪灾害分析评价技术要求》(全国山洪灾害防治项目组，2014)中的方法由预警流量反推临界雨量，当然也可以参照现有技术的其他文献公开的方法来反推临界雨量。

上述基于雨-水-沙变化的山区小流域山洪灾害预警方法的技术方案中，步骤③所述的在不同设计洪水流量条件下是指在不同的设计频率洪水对应的设计流量条件下。

上述基于雨-水-沙变化的山区小流域山洪灾害预警方法的技术方案中，系数β的取值，随着河道断面形状的不同而不同，0＜β≤1.0，例如，对于U型断面(泥沙在河床上的淤积前后断面的平均宽度基本保持不变)，β＝1.0，对于V型断面或者复式断面，0＜β＜1.0，系数β的具体取值可根据河道断面形状结合本领域技术人员的经验或者通过物理模型试验进行确定。

上述基于雨-水-沙变化的山区小流域山洪灾害预警方法的技术方案中，平均水深和能坡比降的概念和测量方法是本领域技术人员熟知的，测定易淤断面(即第i断面)和易淤断面上游单位长度断面(即第i-1断面)的能坡比降时，第i断面和第i-1断面的确定方法也是本领域技术人员熟知的，第i断面上游单位长度断面中的单位长度，根据具体的河道的能坡比降的实际情况，可以选择1km，也可以选择其他长度。步骤②中的能坡比降近似为河床比降，通过实测天然河道河床纵向比降获得，即在计算时，式(2)中的易淤断面的能坡比降J_i以易淤断面(第i断面)的河床比降代替，易淤断面上游单位长度断面的能坡比降J_i-1以易淤断面上游单位长度断面(第i-1断面)的河床比降代替。

上述基于雨-水-沙变化的山区小流域山洪灾害预警方法的技术方案中，易淤断面的预警水位可根据设计防洪水位进行确定，预警水位低于设计防洪水位，具体的预警水位需要根据山洪灾害防治河段所涉及的生命财产安全保护区域进行确定。而设计防洪水位通常是已知的，例如在设计城市或城镇时已经确定，通过查阅相关资料即可确定，在没有设计防洪水位的情况下，可根据根据漫滩区保护对象，参照现有方法确定设计防洪水位。

由于山区小流域的产输沙较为明显，因而本发明提供的方法特别适用于对山区小流域进行山洪灾害预警，尤其适用于产输沙致灾严重的山区小流域的山洪灾害预警。

为了让本领域技术人员对本发明有更深入的理解，以下对本发明技术方案的获得过程作以下说明。首先基于山洪灾害防治区泥沙淤床诱发的淹没致灾机理，提出设计洪水来流挟沙淤床导致的水位增量的计算方法，其次，改进原有仅考虑洪水、不考虑泥沙淤床条件下的水位流量关系反推的临界雨量的方法。更详细的步骤如下：

1)不同来沙条件下泥沙在河床淤积诱发淹没致灾试验分析

山区河流受地形地貌及降雨条件的影响，产输沙极为突出，频繁引发山洪水沙灾害。以龙溪河的龙池镇河段为例，通过试验分析不同来沙条件下泥沙在河床淤积诱发淹没致灾的情况。

龙溪河位于四川省都江堰市，为岷江左岸支流，流域总面积79km²。为分析泥沙在河床淤积引起的水位陡增山洪灾害，通过对龙溪河龙池镇河段进行野外调查、泥沙采样、GPS地形测量发现，龙池镇河段的平均河宽为30.0m，平均比降为2.25％，龙溪河水系的卫星图如图2的(A)图所示，龙池镇河段的照片如图2的(B)图所示。选定如图2的(B)图中虚线框圈出的河段按照正态比尺1:30构建物理模型进行模型实验，构建的物理模型的示意图如图2的(C)图所示，在物理模型中选取25个测试断面，记作CS1～CS25，其中，CS20～CS25的比降约为2.5％，CS1～CS20比降约为2.0％。模型试验水位变化观测段的长度为600m，试验加沙的平均粒径为0.02m，通过向物理模型的上游加入不同量的沙来观测泥沙淤积和水位情况，上游不同加沙试验方案如表1所示。

表1不同来沙条件试验方案

工况	模型流量(L/s)	原型流量(m<sup>3</sup>/s)	模型加沙(kg)	原型加沙(m<sup>3</sup>)
					Case1	40	200	/	/
Case2	40	200	25	255
					Case3	40	200	30	306
Case4	40	200	50	509
					Case5	40	200	75	764

由Case 3～Case5可知，当上游来沙变化后，在观测段的河床上出现了大量泥沙淤积，致使洪水漫堤成灾。例如，对于Case 3，大量泥沙淤积在断面CS16～CS20之间的河床上，致使洪水漫堤成灾，如图3所示，图3的(A)图是Case 3加沙试验造成洪水漫堤的照片，图3的(B)图是Case 3加沙试验造成的泥沙淤积的照片。图4点绘了在相同流量条件不同来沙工况河道沿程断面水位变化情况，由图4可知，在河床淤积的沙量随着来沙量的增加而增加，Case 3～Case5中断面水位与Case 1的清水(不加沙)条件相比，水位显著增加。

由以上内容可知，对于山区小流域而言，来流挟沙会导致泥沙淤床，而泥沙淤床会造成水位增加，诱发淹没致灾。

2)洪水挟沙淤床条件下河道断面的成灾水位计算理论分析

易淤断面(第i断面)在设计洪水作用下，洪水挟沙在河床淤积前后的水位关系如式(1)所示，河段某断面泥沙在河床淤积后的水位变化示意图如图5所示，

Z′_i＝Z_i+ΔZ (1)

式(1)中，Z_i为易淤断面在不考虑洪水挟沙淤床造条件下的设计洪水对应的防洪水位，Z′_i为易淤断面在设计洪水挟沙淤床后的成灾水位，ΔZ为设计洪水来流挟沙淤床导致的易淤断面的水位增量，ΔZ的计算方式式(2)所示，

根据河流动力学理论，河道纵向泥沙连续方程可表示为式(1a)(张海燕著，方铎、曹叔尤译，1990)：

式(1a)中，λ为床沙孔隙率，A_b为河床在某一基准以上的横断面面积，Q_s为全断面体积输沙率，q_s为单位河长内侧向汇入的体积输沙率；

在较短时间内，将式(1a)近似为差分格式，则式(1a)可变为式(1b)：

将易淤河段的平均河宽记作B，将泥沙在河床上的淤积高度记作ΔZ′，设计洪水来流挟沙淤床导致的第i断面的水位增量ΔZ为泥沙在河床上的淤积高度ΔZ′的线性函数，如式(1c)所示：

ΔZ＝βΔZ′ (1c)

即ΔA_b＝βΔZ·B，根据河道断面形状的不同，系数β的取值大于0但不超过1，例如，对于U型断面(泥沙在河床上的淤积前后断面的平均宽度基本保持不变)，β＝1.0，对于V型断面或者复式断面，0＜β＜1.0，系数β的具体取值可根据河道断面形状结合本领域技术人员的经验或者通过物理模型试验进行确定，式(1b)可变为式(1d)：

由于山区河流的河道坡陡流急，山洪灾害作用引起的河床淤积主要以推移质为主，悬移质可忽略不计，推移质体积输沙率为q_b，则河道断面输沙率为Q_s＝q_b，以Meyer-Peter and Muller(1948)计，则体积输沙率q_b的表达式如式(1e)所示：

式(1e)中，τ_b为床面切应力，ρ为水流密度，g为重力加速度，d为床沙平均粒径，J为能坡比降，R为水力半径，水力半径一般可近似以平均水深h表示，则式(1e)可表示为式(1f)：

结合式(1d)和式(1f)可知，单位时间单位河道长度条件下，山区河流河道断面泥沙在河床淤积引起的水位增量ΔZ可用式(2)表示，目标河段的河道断面布置示意图如图6所示，

式(2)中，B为易淤河段的平均河宽，β为系数，0＜β≤1.0，λ为床沙孔隙率，q_s为单位河长内侧向汇入的体积输沙率，q_b为推移质体积输沙率，d为床沙平均粒径，h_i,J_i分别为第i断面的平均水深和能坡比降，h_i-1,J_i-1分别为第i断面上游单位长度断面的平均水深和能坡比降；能坡比降近似为河床比降，通过实测天然河道河床纵向比降获得，即在计算时，式(2)中的易淤断面的能坡比降J_i以易淤断面(第i断面)的河床比降代替，易淤断面上游单位长度断面的能坡比降J_i-1以易淤断面上游单位长度断面(第i-1断面)的河床比降代替。

联合式(1)和式(2)，即获得目标河段第i断面在设计洪水挟沙淤床后的成灾水位Z′_i，如式(3)所示，

3)基于雨-水-沙变化的山区小流域山洪灾害预警方法的构建

《山洪灾害分析评价技术要求》(全国山洪灾害防治项目组，2014)指出，山洪灾害预警指标常采用雨量预警和水位预警，可根据步骤2)的方法计算在不同设计洪水流量条件下，易淤断面在设计洪水挟沙淤床后的成灾水位Z′_i，绘制易淤断面在设计洪水挟沙淤床后的成灾水位Z′_i随设计洪水流量的变化曲线，即水位流量关系曲线，根据易淤断面的预警水位，从水位流量关系曲线中得到易淤断面的预警水位对应的流量，该流量即为预警流量，根据预警流量反推临界雨量；

当目标河段的上游发生强降雨后，实时监测降雨量信息，当目标河段上游的降雨量达到或超过临界雨量时，即发出山洪灾害预警。

与现有技术相比，本发明的技术方案产生了以下有益的技术效果：

1.本发明基于雨-水-沙变化的山区小流域山洪灾害预警方法，该方法基于山区小流域暴雨山洪“雨-水-沙”变化致灾特点，深入揭示了泥沙淤积对易淤断面成灾水位的影响，在深入了解这一致灾特点的基础之上，基于基于河流动力学理论，提出了设计洪水挟沙淤床条件下的易淤断面淤床水位增量计算方法，进而得到易淤断面在设计洪水挟沙淤床后的成灾水位的计算方法，以不同设计流量及其对应的易淤断面在设计洪水挟沙淤床后的成灾水位绘制水位流量关系曲线，根据易淤断面的预警水位，从水位流量关系曲线中得到易淤断面的预警水位对应的预警流量，根据预警流量反推临界雨量，以由此得到的临界雨量作为预警指标进行山洪灾害预警。由于该方法充分考虑了山区小流域的泥沙与洪水的耦合作用，在建立预警指标时将泥沙淤床引起的水位增加问题纳入其中，相对于现有的不考虑泥沙淤床的山洪预警方法，本发明的方法有效提高了山区小流域山洪预警的准确性，可为山区小流域的山洪灾害防治提供更科学的依据和指导。

2.由于山区小流域的产输沙现象明显，而本发明的方法在构建预警指标时充分考虑了暴雨洪水挟沙淤床的问题，因此本发明提供的方法特别适用于对山区小流域进行山洪灾害预警，尤其适用于产输沙致灾严重的山区小流域的山洪灾害预警。

3.本发明所述方法的操作简单，可实施性强，有利于推广应用，可为山区小流域“雨-水-沙”变化的山洪灾害防洪提供技术支持。

附图说明

图1是四川马边波罗电站山洪灾害图片，其中，(A)～(C)图依次为现场河床淤堵照片，室内淹没灾害模型照片，河床淤堵水位陡增曲线。

图2是龙溪河水系示意图、龙池镇河段照片及模型试验测试断面示意图。

图3是Case 3加沙试验照片，其中，(A)图展示的是洪水漫堤，(B)图展示的是泥沙淤积。

图4是不同来沙条件下河道水位沿程变化。

图5是河段某断面泥沙在河床淤积后的水位变化示意图。

图6是河道断面布置示意图。

图7是易淤断面不同来沙条件下的水位流量关系曲线，图中的清水条件是指q_s＝0，侧向来沙2.0、侧向来沙4.0、侧向来沙6.0、侧向来沙8.0、侧向来沙10.0分别是指q_s＝2,4,6,8,10.0m²/s。

图8是易淤断面不同频率设计洪水与临界雨量关系曲线，图中的1.0h雨量、6.0h雨量和24.0h雨量分别是指1.0h临界雨量、6.0h临界雨量和24.0h临界雨量。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明提供的基于雨-水-沙变化的山区小流域山洪灾害预警方法作进一步说明。有必要指出，以下实施例只用于对本发明作进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员根据上述发明内容，对本发明做出一些非本质的改进和调整进行具体实施，仍属于发明保护的范围。

实施例1

本实施例以龙溪河的龙池镇河段为例，详细说明本发明提供的基于雨-水-沙变化的山区小流域山洪灾害预警方法。

龙溪河位于四川省都江堰市，为岷江左岸支流，流域总面积79km²，通过对龙溪河龙池镇河段进行野外调查、泥沙采样、GPS地形测量发现，龙池镇河段的平均河宽为30.0m，平均比降为2.25％，龙溪河水系的卫星图如图2的(A)图所示，龙池镇河段的照片如图2的(B)图所示。在图2的(B)图中虚线框圈出的河段中选取25个测试断面，记作CS1～CS25，其中，CS20～CS25的比降为2.5％，CS1～CS20比降约为2.0％。结合上述发明内容部分的模型试验的内容可知，测试断面CS16～CS20为龙溪河龙池镇河段的易淤河段，从易淤河段中任意选取CS20作为易淤断面进行后续计算。

龙溪河流域洪水主要由暴雨形成，暴雨洪水季节变化与暴雨相应，主汛期为6～9月，年最大洪水集中在7～8月。流域洪水具有陡涨陡落的特点，集流迅速，洪水涨落较快，峰型尖瘦，峰顶持续时间短，一次洪水过程一般历时1d。

由于龙池镇河段无实测洪水数据，因此根据《山洪灾害分析评价方法指南》(全国山洪灾害防治项目组，2015)建议方法，采用现有推理公式法计算不同设计频率洪水及其对应的临界雨量，计算结果如表2所示。

表2龙池镇河段的易淤河段不同设计频率洪水和临界雨量

在不考虑设计洪水来流挟沙淤床的条件下，采用曼宁公式水力学方法计算得到的断面水深在数值上与断面水位相等(因取清水河床基面为零点)，即易淤断面的水位与断面水深h在数值上相等，基于曼宁公式计算的断面水深h的表达式如式(4)所示：

式(4)中，h为断面水深，n为河床糙率，B为易淤河段的平均河宽，J为能坡比降，在计算时能坡比降近似为河床比降，通过实测天然河道河床纵向比降获得，Q为断面流量，在计算时取设计洪水流量。计算时，B＝30m，n＝0.025，J＝0.02，在不考虑设计洪水来流挟沙淤床的条件下(即q_s＝0，清水条件)，由式(4)计算得到的易淤断面水深h(也就是易淤断面水位)如表4中的q_s＝0列所示。

山区河流两岸受滑坡及干支交汇影响，暴雨洪水期间侧向汇入泥沙极为突出，假定单位河长内侧向汇入的体积输沙率q_s＝2,4,6,8,10.0m²/s，结合表2的设计频率洪水以及式(3)，计算得到不同来沙条件下易淤断面水位，计算时，B＝30m，J_i-1＝0.025，J_i＝0.02，床沙平均粒径d＝0.02m，床沙孔隙率λ＝0.30，河床糙率n＝0.025，由于河道断面呈U型断面，因此公式(3)在计算时系数β＝1，结果如表3的q_s＝2.0m²/s～q_s＝10.0m²/s列所示。

根据表3的数据点绘龙池镇易淤断面在来沙变化条件下的设计频率洪水与水位的关系曲线，即水位流量关系曲线，如图7所示。

表3来沙变化条件下易淤断面水深或水位

根据龙池镇河段的生命财产安全保护区域所涉及的防灾对象结合设计防洪水位确定易淤断面的预警水位为2.50m，根据该易淤断面的预警水位，从图7所示的水位流量关系曲线中查询得到在不同的q_s条件下易淤断面的预警水位对应的流量，该流量即为各q_s条件下的预警流量，具体如图7中的箭头所示，具体的预警流量如表4所示。

根据表2的数据点绘龙池镇易淤断面的临界雨量与设计频率洪水的关系曲线，即临界雨量流量关系曲线，如图8所示。根据由图7确定的预警流量，从图8的临界雨量流量关系曲线中可查询得到对应时段的临界雨量，图8仅绘出了24h临界雨量查询箭头，6h和1h临界雨量查询箭头与类似24h雨量查询箭头，结果汇总于表4。

表4来沙变化条件下易淤断面临界雨量

由表4可知，受不同来沙量增加程度影响，各时段临界雨量数值与清水条件相比，具有不同程度的减小，从场次洪水累积雨量递增特性来讲，本发明提供的方法有利于获得较长的预警时长，可为山区小流域暴雨山洪“雨-水-沙”变化下的山洪灾害雨量预警研究与实践指导提供技术支持。

Claims (7)

1.基于雨-水-沙变化的山区小流域山洪灾害预警方法，其特征在于包括以下步骤：

①选定需要进行山洪灾害预警的山区小流域河段作为目标河段，目标河段具有防灾保护对象，从目标河段中选取易淤河段，从易淤河段中选取易淤断面；

②确定洪水挟沙淤床后易淤断面的成灾水位的计算方法

易淤断面在设计洪水作用下，洪水挟沙在河床淤积前后的水位关系如式(1)所示，

Z′_i＝Z_i+ΔZ (1)

式(1)中，Z_i为易淤断面在不考虑洪水挟沙淤床条件下的设计洪水对应的防洪水位，Z_i′为易淤断面在设计洪水挟沙淤床后的成灾水位，ΔZ为设计洪水来流挟沙淤床导致的易淤断面的水位增量，ΔZ的计算方式式(2)所示，

式(2)中，B为易淤河段的平均河宽，β为系数，0＜β≤1.0，λ为床沙孔隙率，q_s为单位河长内侧向汇入的体积输沙率，q_b为推移质体积输沙率，d为床沙平均粒径，h_i,J_i分别为易淤断面的平均水深和能坡比降，h_i-1,J_i-1分别为易淤断面上游单位长度断面的平均水深和能坡比降；

联合式(1)和式(2)，即获得易淤断面面在设计洪水挟沙淤床后的成灾水位Z′_i，如式(3)所示，

③根据步骤②的方法计算在不同设计洪水流量条件下，易淤断面在设计洪水挟沙淤床后的成灾水位Z′_i，绘制易淤断面在设计洪水挟沙淤床后的成灾水位Z′_i随设计洪水流量的变化曲线，即水位流量关系曲线；

④根据易淤断面的预警水位，从步骤③绘制的水位流量关系曲线中得到易淤断面的预警水位对应的流量，该流量即为预警流量，根据预警流量反推临界雨量；

当目标河段的上游发生强降雨后，实时监测降雨量信息，当目标河段上游的降雨量达到或超过临界雨量时，即发出山洪灾害预警。

2.根据权利要求1所述基于雨-水-沙变化的山区小流域山洪灾害预警方法，其特征在于，步骤①所述目标河段具有防灾保护对象是指目标河段具有已建防灾保护对象或者拟规划建设的防灾保护对象。

3.根据权利要求1所述基于雨-水-沙变化的山区小流域山洪灾害预警方法，其特征在于，步骤①所述易淤河段是指目标河段中容易发生泥沙淤积的河段，易淤断面是易淤河段中的任意断面或者是根据易淤河段概化的断面。

4.根据权利要求1至3中任一权利要求所述基于雨-水-沙变化的山区小流域山洪灾害预警方法，其特征在于，步骤②中根据曼宁公式结合设计洪水流量计算易淤断面在不考虑洪水挟沙淤床条件下的设计洪水对应的防洪水位Z_i。

5.根据权利要求1至3中任一权利要求所述基于雨-水-沙变化的山区小流域山洪灾害预警方法，其特征在于，步骤②中根据曼宁公式结合设计洪水流量计算易淤断面的平均水深h_i以及易淤断面上游单位长度断面的平均水深h_i-1。

6.根据权利要求1至3中任一权利要求所述基于雨-水-沙变化的山区小流域山洪灾害预警方法，其特征在于，步骤④根据预警流量由暴雨洪水分析方法反推临界雨量。

7.根据权利要求1至3中任一权利要求所述基于雨-水-沙变化的山区小流域山洪灾害预警方法，其特征在于，步骤③所述的在不同设计洪水流量条件下是指在不同的设计频率洪水对应的设计流量条件下。

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