[发明专利]降雨-流量-水位耦合插值求解山洪灾害临界雨量的方法

说明书

本发明提供了降雨‑流量‑水位耦合插值求解山洪灾害临界雨量的方法，包括以下步骤：资料评估、模型构建、指标计算，降雨‑流量‑水位耦合插值求解山洪灾害临界雨量的方法根据山洪灾害外业调查评价对象的成灾水位，经水力学方法转换为成灾流量，基于一定时段内不同流域前期影响雨量情况下降雨量与所形成的相应场次洪峰流量的耦合关系，插值推求不同流域前期影响雨量情况下的山洪灾害临界雨量，从而为山洪灾害预报预警预防提供技术支撑。

技术领域

本发明涉及山洪灾害领域，尤其涉及降雨-流量-水位耦合插值求解山洪灾害临界雨量的方法。

背景技术

我国幅员辽阔，地质地貌复杂多样，以山地高原为主，大部分处于东亚季风区，强降雨频发，极端天气增多，山洪灾害发生频繁。山洪灾害是我国洪涝灾害致人死亡的主要灾种，其突发性强，破坏力大，预报预警预防难，且多发生在偏远山区，交通不便、通信不畅，是我国防汛工作的难点和薄弱环节。山洪灾害预警指标一般分为雨量预警指标和水位预警指标两类，其中雨量预警指标要素包括时段及其对应雨量两个要素，通过分析不同预警时段的临界雨量得出。

临界雨量指导致一个流域或区域发生山溪洪水可能致灾时，即达到成灾水位时，降雨达到或超过的最小量级和强度。临界雨量的准确性取决于对山洪灾害形成机理、产汇流规律研究的深化程度，由于山洪灾害发生背景复杂且对灾害形成机理和产汇流规律的认识不深，目前国内外对临界雨量的研究大都处于探讨试应用阶段。

一般而言，临界雨量受降雨、流域土壤含水量及下垫面特性三大因素影响。降雨条件由场次降雨量、场次累积降雨量及降雨强度等指标描述；土层含水条件包括土壤含水量或者前期降雨；流域下垫面特征包括地形、沟道特征、流域几何特征、植被、土壤等因素，受人类活动影响。

目前山洪灾害临界雨量的确定方法种类繁多，归纳起来可分为经验方法和理论方法两大类。经验方法不关注山洪灾害发生过程的物理机制，直接根据降雨资料系列和山洪灾害数据系列推求临界雨量，对资料的需求相对较少，方法简单，应用方便。如国内有实测雨量统计法、水位-流量反推法、暴雨临界曲线法、比拟法，日本的土壤雨量指数法、实效雨量法、汇流时间与降雨强度法、多重判别分析统计法等。理论方法又称水文水力学方法，以山洪灾害形成的水文学、水力学过程为基础，具有较强的物理机制，对资料需求较高。如我国的水动力学计算方法、分布式模型计算法，美国的Flash Flood Guidance(FFG)方法等。2015年《基于降雨径流关系曲线插值法的山洪临界雨量计算》在考虑前期影响雨量的情况下，根据一定时段内降雨与所形成洪水洪峰流量相关关系曲线，将预警水位对应的流量在曲线上内插，得到相应的临界雨量值，此方法是用土壤含水量来表示前期影响雨量Pa，Pa<0.5Wm，土壤较干；0.5Wm≤Pa≤0.8Wm，土壤一般；Pa>0.8Wm，土壤较湿。流域内不同前期影响雨量条件下一定时段内降雨与所形成洪水洪峰流量具有高度的相关性的前提是该流域具有良好的降雨径流关系(一般流域面积小于200km²)，且洪水过程是山溪性、单峰洪水，而该文献未列出方法的适用前提条件。

现有的经验方法对资料需求少，基于统计分析，缺乏理论基础，难以大面积推广到其他地区。理论方法虽有物理机制，但资料需求高，因数据、技术水平、参数等方面的要求，难以大规模运用。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供了降雨-流量-水位耦合插值求解山洪灾害临界雨量的方法，该方法无须需求完备的水文资料，且具有一定的物理机理和普适性，从而解决现行计算方法中存在的上述问题。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

本发明提供了降雨-流量-水位耦合插值求解山洪灾害临界雨量的方法，包括以下步骤：

S1、资料评估

对计算流域面积小于200km²的小流域不同前期影响雨量条件下的降雨径流关系进行评估；