CN111753421A - 一种高落差小流域山洪最大淹没范围的逼近计算方法 - Google Patents

一种高落差小流域山洪最大淹没范围的逼近计算方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111753421A
CN111753421A CN202010581975.3A CN202010581975A CN111753421A CN 111753421 A CN111753421 A CN 111753421A CN 202010581975 A CN202010581975 A CN 202010581975A CN 111753421 A CN111753421 A CN 111753421A
Authority
CN
China
Prior art keywords
flood
range
channel
differential
area
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202010581975.3A
Other languages
English (en)
Inventor
林家元
李昕娟
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Southwest University
Original Assignee
Southwest University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Southwest University filed Critical Southwest University
Priority to CN202010581975.3A priority Critical patent/CN111753421A/zh
Publication of CN111753421A publication Critical patent/CN111753421A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F17/00—Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
    • G06F17/10—Complex mathematical operations
    • G06F17/11—Complex mathematical operations for solving equations, e.g. nonlinear equations, general mathematical optimization problems
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A10/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE at coastal zones; at river basins
    • Y02A10/40—Controlling or monitoring, e.g. of flood or hurricane; Forecasting, e.g. risk assessment or mapping

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Data Mining & Analysis (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Operations Research (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Algebra (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Databases & Information Systems (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Alarm Systems (AREA)

Abstract

本发明公开了一种高落差小流域山洪最大淹没范围的逼近计算方法，包括：将沟道划分为微分沟道和子集水区；使用推理公式法计算每个子集水区的洪水峰值流量；估算微分沟道的最大瞬时洪水总量，采用体积法计算每个微分沟道的淹没范围，将所有微分沟道内的淹没范围合并，获得整个流域沟道的山洪淹没范围；重复上述的步骤，直到结果满足收敛条件时，确定出微分沟道的最佳划分高差和划分数量；基于最佳划分数量，计算获得流域沟道的最大淹没范围，提取最终的山洪淹没信息。本发明的优点是：1、解决了高落差山区的山洪淹没计算问题；2、在有效估算该地区的山洪最大淹没范围，获得淹没面积和水深分布信息，有助于山洪防治和灾情评估。

Description

一种高落差小流域山洪最大淹没范围的逼近计算方法
技术领域
本发明涉及山洪灾害预测技术领域，特别涉及一种适用于高落差小流域的山洪最大淹没范围逼近计算方法。
背景技术
随着近年来极端降雨事件的增加，广大山区山洪灾害爆发的风险也持续加剧。山洪造成灾害的方式首先是洪水强烈的冲刷作用，其次是洪水的淹没作用。划分山洪淹没范围是山洪防治规划的基础，对山洪灾害发生时的淹没情况进行模拟分析，是山洪灾害灾情评价的重要手段和应急响应救灾的重要数据基础。
体积法[1][2][3]是一种根据入侵水量快速确定淹没范围的简化洪水淹没模型。在已知汇水范围降水总量的前提下，利用本地数字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)分析获取洪水淹没范围。然而传统的体积法只适用于地势相对平坦的地区，在高落差的山地环境中面临巨大的误差和不确定性。
体积法的原理和计算流程如下：基于洪水水量与洪水淹没范围内总水量体积相等的原理，已知暴雨产生的入侵流域最大洪水量Q，计算流域内流量Q将要淹没的范围和水深，计算公式为：
Figure BDA0002552644850000011
其中，A为洪水淹没区域，Ew(x,y)为洪水水面高程，Eg(x,y)为地面高程，(x,y)∈A，dσ为洪水淹没区面积微元。真实洪水水面通常是复杂的曲面，为便于分析，近似的将水面简化为水平平面进行模拟计算，因此式(1)可简化为：
Figure BDA0002552644850000012
其中，H为洪水水平面高程。
由于洪水淹没是基于栅格DEM数据进行计算，因此可以把洪水淹没区域A离散为若干栅格像元，每个像元方块有一个对应的高程值，式(2)可以简化为：
Figure BDA0002552644850000021
其中，S是栅格像元代表的面积，Ei是第i个像元的高程值，n是淹没范围的像元数目。入侵洪水水量Q和淹没区计算出的体积V可建立关系式：
Figure BDA0002552644850000022
采用二分法等逼近算法可求解上述非线性方程，求出满足阈值|f(H)|<δ(δ是根据实验确定的阈值)，Q与V最接近时的水面高程H，计算流程如图1所示。然后根据H用式(5)和(6)分别计算洪水淹没深度和面积。。
hi＝H-Ei (5)
A＝k·S (6)
其中，hi是第i个栅格像元的淹没水深,k为洪水淹没区的像元个数。
体积法通常只能应用于地势较为平坦的地区，而暴发山地洪水的小流域通常高程落差较大，该方法不能直接加以应用。在高落差小流域中运用该方法时，入侵洪水将在流域下游累积上涨，对流域中上游地区则不会造成任何淹没，这与实际情况相差很大，无法科学准确地反映出山洪淹没的时空特性。
参考文献
[1]白薇.城市洪水风险分析及基于GIS的洪水淹没范围模拟方法研究,东北农业大学,(2001).
[2]蒋杰,吴玲达&徐江斌.基于数字地球的洪灾演进模型表现.计算机工程与应用45,1-4(2006).
[3]蔡新,李益,吴威&王炎灿.基于体积法思想的洪水淹没元胞自动机模型.水力发电学报32,30-34(2013).
发明内容
本发明针对现有技术的缺陷，提供了一种高落差小流域山洪最大淹没范围的逼近计算方法，解决了现有技术中存在的缺陷。
为了实现以上发明目的，本发明采取的技术方案如下：
一种高落差小流域山洪最大淹没范围的逼近计算方法，包括如下步骤：
步骤1.设
Figure BDA0002552644850000031
为沟道划分的高程差值，设
Figure BDA0002552644850000032
为流域主沟道高程差，将
Figure BDA0002552644850000033
的初始值设为
Figure BDA0002552644850000034
步骤2.根据
Figure BDA0002552644850000035
将流域主沟道划分为一定数量的微分沟道，同时划分对应数量的子集水区；
步骤3.根据流域的历史降雨和洪水资料确定当下所发生山洪的重现期，并从每个子集水区的DEM中提取相关参数，使用推理公式法计算每个子集水区的洪水峰值流量；
步骤4.利用洪水的峰值流量乘以洪水流经微分沟道的时间来估算微分沟道的最大瞬时洪水总量；
步骤5.基于经过平滑等处理后的DEM，采用体积法计算每段微分沟道的山洪淹没范围；
步骤6.通过将所有微分沟道内的淹没范围合并，获得整个流域沟道的山洪淹没范围；
步骤7.令
Figure BDA0002552644850000036
重复步骤1-6，再次获得整个流域沟道的山洪淹没范围；
步骤8.通过2次连续获得的淹没范围之差来判断计算获得的整个山洪淹没范围是否收敛，即是否小于根据经验设定的阈值；如果不收敛，则重复执行步骤7，如果收敛则执行步骤9；
步骤9.满足收敛条件下，2次计算获得整个流域沟道山洪淹没范围中的第1次对应的
Figure BDA0002552644850000041
为最佳划分高差，对应的微分沟道数为最佳微分沟道划分数量；
步骤10.基于上面确定的微分沟道最佳分割数量，即可获得整个流域沟道的最大淹没范围逼近计算结果；
步骤11.提取最终的山洪淹没信息，包括：淹没范围边界、淹没面积和淹没水深分布。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、传统的体积法只适用于地形相对平坦的区域，该方法有效地解决了高落差山区的山洪淹没计算问题；
2、在缺乏连续降水和洪水实测资料的地区，可有效估算该地区的山洪最大淹没范围，并获得淹没面积和水深分布信息，有助于山洪防治和灾情评估。
附图说明
图1为现有技术体积法中采用二分法逼近计算沟道淹没深度的流程图。
图2为本发明高落差流域山洪最大淹没范围逼近计算方法流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下根据附图并列举实施例，对本发明做进一步详细说明。
如图2所示，一种高落差小流域山洪最大淹没范围的逼近计算方法，包括如下步骤：
步骤1.设
Figure BDA0002552644850000042
为沟道划分的高程差值，设
Figure BDA0002552644850000043
为流域主沟道高程差，将
Figure BDA0002552644850000044
的初始值设为
Figure BDA0002552644850000051
步骤2.根据
Figure BDA0002552644850000052
将流域主沟道划分为一定数量的微分沟道，同时划分对应数量的子集水区；
步骤3.根据流域的历史降雨和洪水资料确定当下所发生山洪的重现期，并从每个子集水区的DEM中提取相关参数，使用推理公式法(Rational Formula,RF)计算每个子集水区的洪水峰值流量；
步骤4.利用洪水的峰值流量乘以洪水流经微分沟道的时间来估算微分沟道的最大瞬时洪水总量；
步骤5.基于经过平滑等处理后的DEM，采用体积法(Bulk Method,BM)计算每段微分沟道的山洪淹没范围；
步骤6.通过将所有微分沟道内的淹没范围合并，获得整个流域沟道的山洪淹没范围；
步骤7.令
Figure BDA0002552644850000053
重复步骤1-6，再次获得整个流域沟道的山洪淹没范围。
步骤8.通过2次连续获得的淹没范围之差来判断计算获得的整个山洪淹没范围是否收敛(即是否小于根据经验设定的阈值)。如果不收敛，则重复执行步骤7，如果收敛则执行步骤9.
步骤9.满足收敛条件下，2次计算获得整个流域沟道山洪淹没范围中的第1次对应的
Figure BDA0002552644850000054
为最佳划分高差，对应的微分沟道数为最佳微分沟道划分数量。
步骤10.基于上面确定的微分沟道最佳分割数量，即可获得整个流域沟道的最大淹没范围逼近计算结果。
步骤11.提取最终的山洪淹没信息，包括：淹没范围边界、淹没面积和淹没水深分布。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的实施方法，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种高落差小流域山洪最大淹没范围的逼近计算方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1.设
Figure FDA0002552644840000011
为沟道划分的高程差值，设
Figure FDA0002552644840000012
为流域主沟道高程差，将
Figure FDA0002552644840000013
的初始值设为
Figure FDA0002552644840000014
步骤2.根据
Figure FDA0002552644840000017
将流域主沟道划分为一定数量的微分沟道，同时划分对应数量的子集水区；
步骤3.根据流域的历史降雨和洪水资料确定当下所发生山洪的重现期，并从每个子集水区的DEM中提取相关参数，使用推理公式法计算每个子集水区的洪水峰值流量；
步骤4.利用洪水的峰值流量乘以洪水流经微分沟道的时间来估算微分沟道的最大瞬时洪水总量；
步骤5.基于经过平滑等处理后的DEM，采用体积法计算每段微分沟道的山洪淹没范围；
步骤6.通过将所有微分沟道内的淹没范围合并，获得整个流域沟道的山洪淹没范围；
步骤7.令
Figure FDA0002552644840000015
重复步骤1-6，再次获得整个流域沟道的山洪淹没范围；
步骤8.通过2次连续获得的淹没范围之差来判断计算获得的整个山洪淹没范围是否收敛，即是否小于根据经验设定的阈值；如果不收敛，则重复执行步骤7，如果收敛则执行步骤9；
步骤9.满足收敛条件下，2次计算获得整个流域沟道山洪淹没范围中的第1次对应的
Figure FDA0002552644840000016
为最佳划分高差，对应的微分沟道数为最佳微分沟道划分数量；
步骤10.基于上面确定的微分沟道最佳分割数量，即可获得整个流域沟道的最大淹没范围逼近计算结果；
步骤11.提取最终的山洪淹没信息，包括：淹没范围边界、淹没面积和淹没水深分布。
CN202010581975.3A 2020-06-23 2020-06-23 一种高落差小流域山洪最大淹没范围的逼近计算方法 Pending CN111753421A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010581975.3A CN111753421A (zh) 2020-06-23 2020-06-23 一种高落差小流域山洪最大淹没范围的逼近计算方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010581975.3A CN111753421A (zh) 2020-06-23 2020-06-23 一种高落差小流域山洪最大淹没范围的逼近计算方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111753421A true CN111753421A (zh) 2020-10-09

Family

ID=72676920

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010581975.3A Pending CN111753421A (zh) 2020-06-23 2020-06-23 一种高落差小流域山洪最大淹没范围的逼近计算方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111753421A (zh)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004006174A1 (en) * 2002-07-03 2004-01-15 William Paul Suspended ceiling grid structure with main runners incorporating coded matching indicia for receiving cross runners in desired spaced apart fashion
CN108133578A (zh) * 2017-12-25 2018-06-08 中国科学院、水利部成都山地灾害与环境研究所 山洪灾害险情动态预警方法、精细化分级监测预警方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004006174A1 (en) * 2002-07-03 2004-01-15 William Paul Suspended ceiling grid structure with main runners incorporating coded matching indicia for receiving cross runners in desired spaced apart fashion
CN108133578A (zh) * 2017-12-25 2018-06-08 中国科学院、水利部成都山地灾害与环境研究所 山洪灾害险情动态预警方法、精细化分级监测预警方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
XINJUAN LI等: "Approximate calculation of flash flood maximum inundation extent in small catchment with large elevation difference", 《JOURNAL OF HYDROLOGY》, vol. 590, pages 1 - 11 *
杨坤;李志威;钟莉;: "北京市小流域山洪危险区划分初探", 中国水土保持, no. 07, pages 6 - 8 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112287539B (zh) 一种考虑水库影响的电力设施洪涝灾害风险评估方法
CN115471078B (zh) 一种基于城市水务系统的洪涝风险点评估方法及装置
CN115115262A (zh) 一种洪水风险灾害评估的方法
KR101947753B1 (ko) L-thia acn-wq 모델을 이용한 유역 오염부하량 평가 장치 및 그 방법
CN115186858A (zh) 基于不同影响类型的变电站洪水淹没风险预警方法及系统
CN113762756A (zh) 一种基于高精度dem的变电站积水淹没计算方法
Mehta et al. Water productivity enhancement through controlling the flood inundation of the surrounding region of Navsari Purna river, India
CN113792437A (zh) 多维度防汛形势综合研判方法及系统
CN111090934B (zh) 基于雨量和空间划分的降水-径流-淹没模拟方法
CN115455867A (zh) 基于回归分析的坝区流态的推求方法
CN116306340A (zh) 一种模拟不同工况下的城市内涝风险分布的方法
Zhou et al. Prediction and early warning method of inundation process at waterlogging points based on Bayesian model average and data-driven
CN111666314B (zh) 基于多因子的风暴潮易损性评估方法、装置和计算机设备
CN111753421A (zh) 一种高落差小流域山洪最大淹没范围的逼近计算方法
CN113869804B (zh) 一种洪涝灾害下的电网设备风险预警方法及系统
CN115619045A (zh) 一种河口潮差预报方法和系统
Damangir et al. System identification and subsequent discharge estimation based on level data alone—Gradually varied flow condition
CN112528563B (zh) 一种基于svm算法的城市内涝预警方法
CN116882215B (zh) 一种多要素的自激励预警方法
CN111079065A (zh) 一种时空动态优化的嵌套式自稳定汇流演算方法
Gao et al. Hydrologic Impact of Urbanization on Catchment and River System Downstream from Taihu Lake
Gurung et al. Effects of Spatial Resolution on a Distributed Hydrologic Model through Dynamical Forcings: Flood Extent and Depth in Low Gradient Watersheds
CN109446599A (zh) 应用于大区域水流的计算方法和计算系统
CN112381285B (zh) 一种基于遥感的洪涝淹没预测方法
Zhou et al. Flood submergence simulation and risk analysis based on GIS in plain area

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination