孔老师—山洪灾害预警指标及阈值计算方法

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1、2014/3/7 1 山洪灾害预警指标山洪灾害预警指标及阈值及阈值计算方法计算方法 孔凡哲孔凡哲 中国矿业大学中国矿业大学 2014.03 1、有关概念、有关概念 预警指标预警指标 山洪灾害预警指标是指为预测山洪灾害发生时间及空间山洪灾害预警指标是指为预测山洪灾害发生时间及空间，定性定性与定量相结合的与定量相结合的衡量指数衡量指数或或参考值参考值。 预警指标的分类预警指标的分类 临界流量临界流量 指当发生山洪灾害时，流域内具有代表性和指示指当发生山洪灾害时，流域内具有代表性和指示性河道断面处的流量值。性河道断面处的流量值。 临界水位临界水位 指当发生山洪灾害时，流域内主要水库、水塘以指当发生山

2、洪灾害时，流域内主要水库、水塘以及河道等具有代表性和指示性地点的水位值。及河道等具有代表性和指示性地点的水位值。 临界雨量临界雨量 指导致一个流域或地区发生山溪洪水灾害时时，指导致一个流域或地区发生山溪洪水灾害时时，某一时段某一时段降雨达到或超过的量级降雨达到或超过的量级。 2 50 1、有关概念、有关概念 预警指标的分级预警指标的分级 各类预警指标可分为各类预警指标可分为准备转移准备转移预警指标和预警指标和立即转移立即转移预警指标两级。预警指标两级。 预警指标阈值预警指标阈值 根据分析计算出的各预警指标的临界值，做适当浮动后作为发根据分析计算出的各预警指标的临界值，做适当浮动后作为发布预警的

3、阈值。布预警的阈值。 3 50 1、有关概念、有关概念 预警指标预警指标 山洪灾害预警指标是指为预测山洪灾害发生时间及空间山洪灾害预警指标是指为预测山洪灾害发生时间及空间，定性定性与定量相与定量相 4 50 0、有关概念、有关概念 预警指标预警指标 山洪灾害预警指标是指为预测山洪灾害发生时间及空间山洪灾害预警指标是指为预测山洪灾害发生时间及空间，定性定性与定量相与定量相 5 50 2、资料收集与整理资料收集与整理 自然地理资料自然地理资料 研究区或流域所属省份内的研究区或流域所属省份内的水文分区水文分区情况情况 典型山洪灾害流域大比例尺最新典型山洪灾害流域大比例尺最新地形图地形图 典型山洪灾害

4、典型山洪灾害流域特征流域特征资料资料 自然地理概况自然地理概况 站网情况站网情况 降雨资料降雨资料 山洪灾害多发期历年山洪灾害多发期历年实测实测降雨资料降雨资料 历史山洪灾害对应降雨历史山洪灾害对应降雨调查调查资料资料 暴雨公式参数暴雨公式参数等值线图等值线图 6 50 2014/3/7 2 2、资料收集与整理资料收集与整理 水文资料水文资料 山洪灾害多发期历年山洪灾害多发期历年实测实测水文资料水文资料。 历史山洪灾害对应的水文历史山洪灾害对应的水文调查调查资料资料。 降雨径流计算相关资料降雨径流计算相关资料。 短历时暴雨时短历时暴雨时面面深关系图深关系图。 降雨降雨- -径流相关图径流相关图

5、。 推理公式汇流参数地区综合推理公式汇流参数地区综合 mm关系图关系图。 损失参数损失参数分布或分区图分布或分区图。 7 50 3、预警指标预警指标各各计算方法计算方法特征分析特征分析 1 1）区域山洪临界雨量计算方法法区域山洪临界雨量计算方法法 方法给出的临界雨量方法给出的临界雨量：研究区域或流域内（非具体保护对象），：研究区域或流域内（非具体保护对象），某一固定大小控制时段（如某一固定大小控制时段（如1h1h，3h3h等）的时段临界雨量。等）的时段临界雨量。 需要的分析资料需要的分析资料：研究区域或流域内发生的历史山洪事件对应的：研究区域或流域内发生的历史山洪事件对应的降雨资料。降雨资料。

6、 存在问题存在问题：只要区域内有一个局地发生了山洪灾害，就认为区域：只要区域内有一个局地发生了山洪灾害，就认为区域内有山洪灾害发生。在实时预警时，无法确定区域内可能发生山内有山洪灾害发生。在实时预警时，无法确定区域内可能发生山洪的具体地点，洪的具体地点，因此因此无法对具体保护对象实施山洪预警；方法只无法对具体保护对象实施山洪预警；方法只考虑降雨，不考虑土壤含水条件对临界雨量的影响。考虑降雨，不考虑土壤含水条件对临界雨量的影响。 8 50 3、预警指标预警指标各各计算方法计算方法特征分析特征分析 2 2）历史历史洪水资料洪水资料统计分析法统计分析法 方法给出的临界雨量方法给出的临界雨量：针对具体

7、预警保护对象，对应于降雨开始：针对具体预警保护对象，对应于降雨开始时刻一定初始土壤含水条件，从降雨开始到降雨过程中任意时刻时刻一定初始土壤含水条件，从降雨开始到降雨过程中任意时刻这一时间段的时段临界雨量。这一时间段的时段临界雨量。 需要的分析资料需要的分析资料：预警保护对象所在河道断面处历史流量及集水：预警保护对象所在河道断面处历史流量及集水区域的降雨资料（包括山洪事件对应的流量及降雨资料）。区域的降雨资料（包括山洪事件对应的流量及降雨资料）。 存在问题存在问题：没有考虑降雨过程时程分配对山洪的影响。：没有考虑降雨过程时程分配对山洪的影响。 9 50 3、预警指标预警指标各各计算方法计算方法特

8、征分析特征分析 3 3）历史历史实际山洪实际山洪灾害事件统计法灾害事件统计法 方法给出的临界雨量方法给出的临界雨量：针对具体预警保护对象，某一固定大小控：针对具体预警保护对象，某一固定大小控制时段（如制时段（如1h1h，3h3h等），在降雨过程的不同时间段的时段临界雨等），在降雨过程的不同时间段的时段临界雨量。除了与控制时段内的雨量有关，还与时段起始时刻的有效降量。除了与控制时段内的雨量有关，还与时段起始时刻的有效降雨量有关。雨量有关。 需要的分析资料需要的分析资料：预警保护对象所在河道断面处：预警保护对象所在河道断面处历史山洪事件历史山洪事件对对应的流量及集水区域的降雨资料。应的流量及集水区

9、域的降雨资料。 存在问题存在问题：没有考虑降雨过程时程分配对山洪的影响。：没有考虑降雨过程时程分配对山洪的影响。 10 50 3、预警指标预警指标各各计算方法计算方法特征分析特征分析 4 4）暴雨临界曲线法暴雨临界曲线法 方法给出的临界雨量方法给出的临界雨量：针对具体预警保护对象，某一固定大小控：针对具体预警保护对象，某一固定大小控制时段（如制时段（如1h1h，3h3h等），在降雨过程的不同时间段的时段临界雨等），在降雨过程的不同时间段的时段临界雨量。除了与控制时段内的雨量有关，还与时段起始时刻的累计降量。除了与控制时段内的雨量有关，还与时段起始时刻的累计降雨量有关。雨量有关。 需要的分析资料

10、需要的分析资料：预警保护对象所在河道断面处的临界流量和小：预警保护对象所在河道断面处的临界流量和小流域设计暴雨及设计洪水计算图集或等值线图。流域设计暴雨及设计洪水计算图集或等值线图。 存在问题存在问题：没有考虑降雨之前土壤含水条件以及控制时段内降雨：没有考虑降雨之前土壤含水条件以及控制时段内降雨过程时程分配对山洪的影响；采用纯经验方法（双曲函数）建立过程时程分配对山洪的影响；采用纯经验方法（双曲函数）建立时段临界雨量与累计降雨量之间的关系。时段临界雨量与累计降雨量之间的关系。 11 50 3、预警指标预警指标各各计算方法计算方法特征分析特征分析 5 5）水位水位/ /流量反推法流量反推法 方法

11、给出的临界雨量方法给出的临界雨量：针对具体预警保护对象，某一固定大小控：针对具体预警保护对象，某一固定大小控制时段（如制时段（如1h1h，3h3h等）的时段临界雨量。等）的时段临界雨量。 需要的分析资料需要的分析资料：三类资料之一：三类资料之一：A A 预警断面处临界流量设计频预警断面处临界流量设计频率及集水区域长系列历史降雨资料率及集水区域长系列历史降雨资料；B B 预警断面处长系列历史洪预警断面处长系列历史洪水资料及集水区域内长系列历史降雨资料水资料及集水区域内长系列历史降雨资料；C C 小流域设计暴雨及小流域设计暴雨及设计洪水计算图集或水文手册。设计洪水计算图集或水文手册。 存在问题存在

12、问题：在整个降雨过程中，同一个控制时段的临界雨量是固：在整个降雨过程中，同一个控制时段的临界雨量是固定不变的，即没有考虑前期降雨条件对临界雨量的影响；假定暴定不变的，即没有考虑前期降雨条件对临界雨量的影响；假定暴雨与洪峰流量具有相同的频率。雨与洪峰流量具有相同的频率。 12 50 2014/3/7 3 3、预警指标预警指标各各计算方法计算方法特征分析特征分析 6 6）分布式流域水文模型法分布式流域水文模型法 方法给出的临界雨量方法给出的临界雨量：针对具体预警保护对象，某一固定大小控：针对具体预警保护对象，某一固定大小控制时段（如制时段（如3h3h），在降雨过程不同时间段的时段临界雨量。），在降

13、雨过程不同时间段的时段临界雨量。 需要的分析资料需要的分析资料：预警断面处临界流量；集水区域或小流域的地：预警断面处临界流量；集水区域或小流域的地形、地貌、植被等下垫面资料；小流域设计暴雨及设计洪水计算形、地貌、植被等下垫面资料；小流域设计暴雨及设计洪水计算图集或水文手册。图集或水文手册。 方法优点：方法优点：根据降雨径流形成的物理过程，采用水文学原理及径根据降雨径流形成的物理过程，采用水文学原理及径流形成理论，直接建立临界流量与时段临界雨量间的定量关系；流形成理论，直接建立临界流量与时段临界雨量间的定量关系；考虑了时段起始时刻的有效降雨量考虑了时段起始时刻的有效降雨量、时段内降雨时程分配对临

14、界时段内降雨时程分配对临界雨量的影响。雨量的影响。 13 50 3、预警指标预警指标各各计算方法计算方法特征分析特征分析 方法选择原则方法选择原则 技术条件具备，且地形、地貌、植被等下垫面条件资料满足要求技术条件具备，且地形、地貌、植被等下垫面条件资料满足要求情况下，应该优先考虑采用基于流域水文模型的方法。情况下，应该优先考虑采用基于流域水文模型的方法。 历史山洪资料以及对应的降雨资料较丰富的地区，可以考虑采用历史山洪资料以及对应的降雨资料较丰富的地区，可以考虑采用基于历史洪水资料的方法（包括历史洪水资料统计分析法，历史基于历史洪水资料的方法（包括历史洪水资料统计分析法，历史实际山洪灾害事件统

15、计法以及基于统计归纳技术的区域临界雨量实际山洪灾害事件统计法以及基于统计归纳技术的区域临界雨量计算法）。计算法）。 在历史水文气象资料缺乏的情况下，可以考虑采用基于小流域设在历史水文气象资料缺乏的情况下，可以考虑采用基于小流域设计暴雨及设计洪水计算技术的方法（包括暴雨临界曲线法和水位计暴雨及设计洪水计算技术的方法（包括暴雨临界曲线法和水位/ /流量反推法）。流量反推法）。 14 50 4、历史洪水资料统计分析法历史洪水资料统计分析法 4.1 4.1 基本方法基本方法 对对历史洪水资料进行统计分析后，得到不同土壤含水条件下的历史洪水资料进行统计分析后，得到不同土壤含水条件下的临界雨量值与控制时段间的相关关系临界雨量值与控制时段间的相关关系临界警戒雨量曲线临界警戒雨量曲线。 将临界警戒雨量曲线与将临界警戒雨量曲线与实测实测累计累计降雨过程降雨过程对比分析，实施山洪灾对比分析，实施山洪灾害预警。害预警。 15 50 4、历史洪水资料统计分析法历史洪水资料统计分析法 4.2 4.2 临界警戒雨量曲线的制作临界警戒雨量曲线的制作 1 1）土壤饱和度与土壤饱和度与临界雨量间关系分析临界雨量间关系分析（以以6 6小时小时时段为例）时段为例） 对历史所有洪水