CN114548559A - 一种基于前期雨量的山洪灾害动态预警方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种山洪灾害预警的技术领域，尤其是涉及一种基于前期雨量的山洪灾害动态预警方法，其包括如下步骤：步骤S1：根据地形资料源划分形成多个子流域；步骤S2:对单个子流域内的前期影响雨量进行计算；步骤S3：每个子流域内建立测站并对雨量进行观测，计算面雨量；步骤S4：确立最小临界雨量；步骤S5：对1h降雨量进行预报，得出1个小时的预报雨量；步骤S6：结合前期影响雨量的累计降雨量与临界雨量对比判断山洪是否预警。本申请在山洪灾害预警中考虑的土壤前期含水量较为准确的效果。
Description
技术领域
本申请涉及一种山洪灾害预警的技术领域，尤其是涉及一种基于前期雨量的山洪灾害动态预警方法。
背景技术
山洪灾害预警是用于对降雨可能发生的灾害进行提前预警，从而在达到预警条件的降雨发生之前为可能受灾的区域提供防灾时间，帮助人民群众的转移，有利于流域内的单位开展相应的抗灾活动。
申请公布号为CN113743658A的专利申请文件中公开了一种基于临界雨量的中小流域地质灾害及洪水预警方法，包括面雨量的计算：采用算术平均法首先计算流域各站的时段降雨量，然后根据每个雨量站所占流域面积的权重，采用加权法对流域各雨量站的时段降雨量进行叠加求得；土壤含水量饱和度的计算：首先根据降水和下垫面特征将流域划分为若干个单元，然后对每个单元分别进行产汇流计算，得到单元流域的出流过程，最后将其演算至流域出口并进行叠加，即可得到整个流域的出流过程，同时还可输出土壤含水量值；对于土壤含水量饱和度的计算采用实测地面的含水量与流域最大蓄水量的比值确定。
但是上述方法中发明人认为，实测地面的含水量如果测试的频率较大会给测试工作带来较大的工作量，如果测试的频率较小容易导致无法准确地估算出土壤含水量。
发明内容
为了在山洪灾害预警中考虑的土壤前期含水量较为准确，本申请提供一种基于前期雨量的山洪灾害动态预警方法。
本申请提供一种基于前期雨量的山洪灾害动态预警方法，采用如下的技术方案：
一种基于前期雨量的山洪灾害动态预警方法，包括如下步骤：步骤S1：根据地形资料源划分形成多个子流域；步骤S2:对单个子流域内的前期影响雨量进行计算；步骤S3：每个子流域内建立测站并对雨量进行观测，计算面雨量；步骤S4：确立最小临界雨量；步骤S5：对1h降雨量进行预报，得出1个小时的预报雨量；步骤S6：结合前期影响雨量的累计降雨量与临界雨量对比判断山洪是否预警；
所述S2的步骤中，前期影响雨量的计算式为Pa[t+1]=Ka∗(Pa[t]+P[t])且Pa[t+1]≤Wm；
式中Pa[t]为第 t 天开始时刻的前期影响雨量，单位为mm，Pa[t+1]为第t+1天开始时刻的前期影响雨量，单位为mm；P[t]为第t天的子流域的实测降雨量，单位为mm；Ka为子流域蓄水的日消退系数。
通过采用上述技术方案，使用时，先对前期影响雨量进行计算，并且计算的过程中以子流域蓄水的日消退系数进行计算，使每天的子流域内的前期影响雨量均有比较准确的预测量，并且考虑到前一天的降雨情况，进而在计算过程中能够比较容易准确地得出前期影响雨量，同时将前期影响雨量考虑在累计降雨量口与临界雨量进行对比判断，提高对山洪灾害的预警准确性。
优选的，所述步骤S1中将降雨和下垫面特征在空间分布比较均匀的区域设置在同一个子流域内，并且山丘地形的单个子流域面积大于 10平方公里且小于 50 平方公里。
通过采用上述技术方案，降雨和下垫面特征比较均匀的区域在同一个子流域时，使同一个子流域内的前期降雨量比较容易估算并且能够准确计算出累计雨量，从而能够在山洪预警判断中更为准确。
优选的，所述步骤S2中前期影响雨量以日分隔点为当天上午8时，预报时刻不在8时的预报方案，需要经过对前期影响雨量进行修正。
通过采用上述技术方案，对于当天多次且前一个小时有降雨的过程中，如果后续中的强降雨所考虑的前期影响雨量为当天上午8时的容易造成前期影响雨量的较大，因此通过对前期影响雨量进行修正能够提高山洪预警的准确性。
优选的，对前期影响雨量进行修正时以1个小时为单位进行算，计算式为24*Pa[x+1]=Ka∗(Pa[x]+P[x])且Pa[x+1]≤Wm；
式中，Pa[x]为第x时刻开始时刻的前期影响雨量，单位为mm，Pa[x+1]为第x+1h时刻的前期影响雨量，单位为mm；P[x]为第x时刻的子流域的实测降雨量，单位为mm；24为单位换算系数。
通过采用上述技术方案，将前期影响雨量以1小时为单位计算，使所需要预测的后1小时内的强降雨所对应的前期影响雨量更为准确，进而使发生的短时强降雨的山洪预警更为准确。
优选的，所述步骤S3中子流域内设置的测站大于一个时，采用泰森多边形法或等雨深线法进行计算，应当先分别计算各测站的前期影响雨量Pa，然后再通过加权求得整体流域的降雨量。
通过采用上述技术方案，子流域内设置多个测站，先对各测站的前期影响雨量进行计算，能够避免因子流域内的某个前期影响雨量达到Wm时，其他的子流域所得出的前期影响雨量不准确。
优选的，所述子流域蓄水的日消退系数Ka=(1-Em/Wm)；式中，Em为流域月平均日蒸散发能力；Wm为流域最大蓄水量。
优选的，所述步骤S4中的最小临界雨量I临界=3.6Q安/F；式中：I临界为最小的临界雨量，单位为mm；Q安为1h河道最大安全泄洪流量单位为m3/s；F为河道断面以上的集雨面积，单位为km2；3.6为系数。
优选的，所述步骤S6中确立降雨驱动模型；所述降雨驱动模型包括以1h为单位时候的临界雨量为纵坐标，单位为mm，以累计雨量P为横坐标，单位为mm，做出临界雨量分布曲线；随着累计雨量P的增加，临界雨量减小，子流域内的前期影响雨量Pa逐渐达到产流，河道的水位增大，当河道水位达到最大的安全泄洪流量时，并且临界雨量趋近于I临界；然后以时间x为另一个横坐标，以累计雨量和时段雨量设置两个纵坐标，时段雨量以1h为单位时长的柱状图表示；累计雨量的单位为mm，形成累计降雨量的曲线图。
通过采用上述技术方案，建立的降雨驱动模型能够比较直观对比临界雨量和累计雨量，对于山洪的预警比较准确。
优选的，以累计雨量为P所做的横坐标的坐标内画出对称中线；以预报雨量位置处的累计降雨量做平行于横坐标的线与对称中线所相交的位置对应累计雨量的横坐标Px，Px在临界雨量分布曲线中所对应的临界雨量值大于预报雨量时，不进行山洪预警；当Px在临界雨量分布曲线所对应的临界雨量值小于或等于预报雨量时，进行山洪预警。
通过采用上述技术方案，通过对累计雨量的预测，使累计雨量所对应的临界雨量值对比预报雨量，从而使预报雨量大于对应的临界雨量即需要进行山洪预警，使山洪预警的判断标准比较准确。
优选的，所述步骤S1中，对于深山地形的单个子流域面积大于50平方公里；对于一个子流域对应一个河流的流域。
通过采用上述技术方案，通过对深山地形子流域面积的加大能够减少子流域的数量，而对于一个子流域对应一个河流，使子流域内的水能够全部在计算时形成的泄洪流量进入到同一个河流，比较准确。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1.通过每天的子流域内的前期影响雨量均有比较准确的预测量，并且考虑到前一天的降雨情况，进而在计算过程中能够比较容易准确地得出前期影响雨量，同时将前期影响雨量考虑在累计降雨量口与临界雨量进行对比判断，提高对山洪灾害的预警准确性；
2.通过降雨和下垫面特征比较均匀的区域在同一个子流域时，使同一个子流域内的前期降雨量比较容易估算并且能够准确计算出累计雨量，从而能够在山洪预警判断中更为准确；
3. 通过对累计雨量的预测，使累计雨量所对应的临界雨量值对比预报雨量，从而使预报雨量大于对应的临界雨量即需要进行山洪预警，使山洪预警的判断标准比较准确。
附图说明
图1是本申请实施例的计算流程示意图；
图2是本申请实施例中降雨驱动模型示意图。
具体实施方式
以下结合附图1-2对本申请作进一步详细说明。
本申请实施例公开一种基于前期雨量的山洪灾害动态预警方法。参考图1，包括利用GIS软件，以1：50000DEM为地形资料源划分形成子流域的步骤S1、对单个子流域内的前期影响雨量分别计算的步骤S2、每个子流域内建立若干个测站并对雨量进行观测，计算面雨量的步骤S3；确立最小临界雨量的步骤S4；对1h降雨量进行预报的步骤S5；建立降雨驱动模型并根据降雨驱动模型进行山洪预警的步骤S6。
利用GIS软件划分形成子流域，划分子流域能够在确立最小临界雨量过程中，将降雨和下垫面特征在空间分布比较均匀的区域设置在同一个子流域内，提高对容易发生山洪的出口断面的子流域预测的准确性。子流域划分时，对于山丘地形的单个子流域面积大于10平方公里且小于 50 平方公里，深山地形的单个子流域面积大于50平方公里；针对流入不同河流的流域之间子流域划分应分开，从而子流域内流入河流的雨量准确计算。
对单个子流域内的前期影响雨量进行计算，前期影响雨量 Pa 的计算式为：Pa[t+1]=Ka∗(Pa[t]+P[t])且Pa[t+1]≤Wm；
式中， Pa[t]为第 t 天开始时刻的前期影响雨量，单位为mm，Pa[t+1]为第t+1天开始时刻的前期影响雨量，单位为mm；P[t]为第t天的子流域的实测降雨量，单位为mm；Ka为子流域蓄水的日消退系数，每个月取一个平均值。Ka的计算公式为：Ka=(1-Em/Wm)；
式中，Em为流域月平均日蒸散发能力；Wm为流域最大蓄水量；对于P[t+1]大于Wm时，子流域内所对应的测站区域形成产流。前期影响雨量 Pa以日分隔点为当天上午8时，每次预报时使用上午8时的 Pa 值。
为了提高每小时的预警的准确度，对于预报时刻不在8时的预报方案，还需要对前期影响雨量Pa进行修正的步骤：针对8时之后的降雨以1个小时的单位进行计算，计算式为24*Pa[x+1]=Ka∗(Pa[x]+P[x])且Pa[x+1]≤Wm；
式中， Pa[x]为第x时刻开始时刻的前期影响雨量，单位为mm，Pa[x+1]为第x+1h时刻的前期影响雨量，单位为mm；P[x]为第x时刻的子流域的实测降雨量，单位为mm；24为单位换算系数；对于计算的第x+1时刻为日分隔点上午8时，应当不采用对前期影响雨量Pa进行修正的步骤。通过对前期影响雨量Pa进行修正的步骤能够对当天每个时间段内的雨量预警更为准确，特别是对于前一小时已发生降雨及后一小时仍然具有持续降雨的情况。
每个子流域内建立若干个测站并对雨量进行观测，计算面雨量，每个子流域内的测站可以为一个，也可以设置大于一个，对于设置只有一个测站的子流域进行面雨量计算时，以此测站所观测的雨量为子流域的平均降雨量，对于设置有多个测站的子流域进行面雨量计算时，采用泰森多边形法或等雨深线法进行计算，应当先分别计算各测站的前期影响雨量Pa，然后再通过加权求得整体流域的降雨量，对于一个流域内的多个测站如果有一个测站所观测的前期影响雨量大于Wm时，先通过加权所计算的名测站的前期影响雨量Pa比较准确，而不会把已经达到Wm的测站降雨量分配到同一子流域内的其他测站。
确立最小临界雨量的步骤，在山区小流域内，当某时候降雨量达到某一临界雨量时，所形成的山洪为河道的安全泄洪能力，如果大于临界雨量将可能引发山洪灾害；临界雨量针对不同的子流域保护的对象不同，防洪的标准也不同。在降雨过程中，子流域内的蓄水量逐渐增大，所能够滞蓄雨水的能力逐渐减弱，对于临界雨量也逐渐减少。当累计的降雨量足够大时，临界雨量接近一个不为零的常数。当累计雨量足够大且降雨持续、强度均匀， 且当集水区域内不再存在额外的滞蓄水现象时，就达到恒定的产流。对于以1h为单位时段的临界雨量等于1h最大安全泄洪流量所对应的降水总量，此时 1h为单位时段的临界雨量为I临界=3.6Q安/F；
式中：I临界为最小的临界雨量，单位为mm；Q安为1h河道最大安全泄洪流量单位为m3/s；F为河道断面以上的集雨面积，单位为km2；3.6为系数。
建立降雨驱动模型并根据降雨驱动模型进行山洪预警，参考图2，降雨驱动模型包括以1h为单位时候的临界雨量为纵坐标，单位为mm，以累计雨量P为横坐标，单位为mm，做出临界雨量分布曲线；随着累计雨量P的增加，临界雨量减小，子流域内的前期影响雨量Pa逐渐达到产流，河道的水位增大，当河道水位达到最大的安全泄洪流量时，并且临界雨量趋近于I临界；然后以时间x为另一个横坐标，以累计雨量和时段雨量设置两个纵坐标，时段雨量以1h为单位时长的柱状图表示；累计雨量的单位为mm，形成累计降雨量的曲线图；对于是累计降雨量曲线计算时需要加上对应的前期影响雨量Pa，然后在时段雨量中增加1h降雨量进行预报的步骤所得到的预报雨量，并对所预报雨量位置的累计降雨量曲线进行计算；其中以累计雨量P所做的横坐标与以时间x所做的另一个横坐标处于同一位置。
对山洪预警，在以累计雨量为P所做的横坐标的坐标内画出对称中线，对称中线为累计雨量与临界雨量相等的点所组成的线；以预报雨量位置处的累计降雨量做平行于横坐标的线与对称中线所相交的位置对应累计雨量的横坐标Px，Px在临界雨量分布曲线中所对应的临界雨量值大于预报雨量时，不进行山洪预警；当Px在临界雨量分布曲线所对应的临界雨量值小于或等于预报雨量时，进行山洪预警。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于前期雨量的山洪灾害动态预警方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤S1：根据地形资料源划分形成多个子流域；步骤S2：对单个子流域内的前期影响雨量进行计算；步骤S3：每个子流域内建立测站并对雨量进行观测，计算面雨量；步骤S4：确立最小临界雨量；步骤S5：对1h降雨量进行预报，得出1个小时的预报雨量；步骤S6：结合前期影响雨量的累计降雨量与临界雨量对比判断山洪是否预警；
所述S2的步骤中，前期影响雨量的计算式为Pa[t+1]=Ka∗(Pa[t]+P[t])且Pa[t+1]≤Wm；
式中Pa[t]为第 t 天开始时刻的前期影响雨量，单位为mm，Pa[t+1]为第t+1天开始时刻的前期影响雨量，单位为mm；P[t]为第t天的子流域的实测降雨量，单位为mm；Ka为子流域蓄水的日消退系数。
2.根据权利要求1所述的一种基于前期雨量的山洪灾害动态预警方法，其特征在于：所述步骤S1中将降雨和下垫面特征在空间分布比较均匀的区域设置在同一个子流域内，并且山丘地形的单个子流域面积大于 10平方公里且小于 50 平方公里。
3.根据权利要求1所述的一种基于前期雨量的山洪灾害动态预警方法，其特征在于：所述步骤S2中前期影响雨量以日分隔点为当天上午8时，预报时刻不在8时的预报方案，需要经过对前期影响雨量进行修正。
4.根据权利要求3所述的一种基于前期雨量的山洪灾害动态预警方法，其特征在于：对前期影响雨量进行修正时以1个小时为单位进行算，计算式为24*Pa[x+1]=Ka∗(Pa[x]+P[x])且Pa[x+1]≤Wm；
式中，Pa[x]为第x时刻开始时刻的前期影响雨量，单位为mm，Pa[x+1]为第x+1h时刻的前期影响雨量，单位为mm；P[x]为第x时刻的子流域的实测降雨量，单位为mm；24为单位换算系数。
5.根据权利要求1所述的一种基于前期雨量的山洪灾害动态预警方法，其特征在于：所述步骤S3中子流域内设置的测站大于一个时，采用泰森多边形法或等雨深线法进行计算，应当先分别计算各测站的前期影响雨量Pa，然后再通过加权求得整体流域的降雨量。
6.根据权利要求1所述的一种基于前期雨量的山洪灾害动态预警方法，其特征在于：所述子流域蓄水的日消退系数Ka=(1-Em/Wm)；式中，Em为流域月平均日蒸散发能力；Wm为流域最大蓄水量。
7.根据权利要求1所述的一种基于前期雨量的山洪灾害动态预警方法，其特征在于：所述步骤S4中的最小临界雨量I临界=3.6Q安/F；式中：I临界为最小的临界雨量，单位为mm；Q安为1h河道最大安全泄洪流量单位为m3/s；F为河道断面以上的集雨面积，单位为km2；3.6为系数。
8.根据权利要求7所述的一种基于前期雨量的山洪灾害动态预警方法，其特征在于：所述步骤S6中确立降雨驱动模型；所述降雨驱动模型包括以1h为单位时候的临界雨量为纵坐标，单位为mm，以累计雨量P为横坐标，单位为mm，做出临界雨量分布曲线；随着累计雨量P的增加，临界雨量减小，子流域内的前期影响雨量Pa逐渐达到产流，河道的水位增大，当河道水位达到最大的安全泄洪流量时，并且临界雨量趋近于I临界；然后以时间x为另一个横坐标，以累计雨量和时段雨量设置两个纵坐标，时段雨量以1h为单位时长的柱状图表示；累计雨量的单位为mm，形成累计降雨量的曲线图。
9.根据权利要求8所述的一种基于前期雨量的山洪灾害动态预警方法，其特征在于：以累计雨量为P所做的横坐标的坐标内画出对称中线；以预报雨量位置处的累计降雨量做平行于横坐标的线与对称中线所相交的位置对应累计雨量的横坐标Px，Px在临界雨量分布曲线中所对应的临界雨量值大于预报雨量时，不进行山洪预警；当Px在临界雨量分布曲线所对应的临界雨量值小于或等于预报雨量时，进行山洪预警。
10.根据权利要求1所述的一种基于前期雨量的山洪灾害动态预警方法，其特征在于：所述步骤S1中，对于深山地形的单个子流域面积大于50平方公里；对于一个子流域对应一个河流的流域。
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| 郭小川: "考虑成灾数据集合信息的山洪预警与降雨预报耦合修订方法研究", 水利规划与设计, no. 5, 29 April 2019 (2019-04-29), pages 43 - 47 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114548559B (zh) | 2024-04-30 |
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