基于HBV和ANN模型的沂河流域暴雨 洪涝临界雨量确定方法研究

以沂河流域临沂站以上区域作为研究对象,基于数字高程模型(DEM)及GIS技术提取流域并划分子流域,对流域内气象站的降水记录采用泰森多边形法建立研究时段内的逐日面雨量序列,构建人工神经网络(ANN)和HBV水文模型。利用模型寻求流域内面雨量与河流水文特征的定量关系,结合不同的特征水位推算研究流域内不同等级的致灾临界雨量。结果表明:1基于两种模型建立的降水-径流关系均能取得较好的模拟效果,在研究流域内具有很好的适用性;2HBV模型作为一种半分布式水文模型能够更好地反应出洪水过程的物理特征,故当ANN模型由于大洪峰样本不充分导致临界雨量值确定不准确时,HBV水文模型的计算值更宜作为风险预警指标;3对比分析两种模型的结果,确定出基于不同前期水位的一、二、三级风险致灾临界雨量分别为:257~310mm,152~247mm,100~203mm。精细化确定的临界阈值可以为开展灾害预警服务提供依据。     

基于HBV模型的淮河流域洪水致灾临界雨量研究

根据流域暴雨洪水致灾机制,文章提出了考虑前期基础水位的动态致灾临界雨量指标,并以淮河上游地区为例,基于HBV水文模型建立了降水-流量-水位关系,并根据这种关系确立了临界雨量确定的方法流程.首先基于历史水文数据率定和验证模型,得到适用于研究区的最优化模型参数,然后构建洪水上涨期水位流量关系,最后以是否达到致灾水位为标准,通过模型试算并结合水位流量关系曲线反推出致灾临界雨量值.在淮河上游地区的研究中,利用2002-2009年逐日气象水文数据对HBV模型进行了参数率定和检验,并针对洪水过程进行了参数优化,经过率定后HBV模型对王家坝以上流域具备较好的适用性,对典型洪水过程模拟的确定性系数和NASH效率系数均在0.8以上;根据王家坝站实测流量水位数据,构建了概化的单一关系曲线;结合HBV模型和水位流量关系得到了王家坝以上流域的动态致灾临界雨量指标,临界雨量值随前期基础水位升高而减小,并且随着前期水位的变化,临界雨量值呈现了明显的非线性响应特征.     

基于HBV模型的太子河流域致洪临界雨量的确定

以太子河流域为研究区域,基于流域内的气象水文数据、数字高程模型及土地利用等资料,采用HBV水文模型对流域的水文过程进行模拟,通过对模型参数的率定与验证,评估了HBV模型在该流域径流模拟的适用性,确定了适合太子河流域的最优化参数,结合水位-流量关系曲线,推算太子河流域不同等级洪水致洪临界雨量。结果表明: HBV模型对太子河流域的径流模拟效果较好,率定期与验证期Nash效率系数与确定性系数均超过0.60,模型中积雪和融雪模块(CFR)、土壤含水量计算模块(BETA)与响应模块(KUZ2、UZ1、PERC)中的这些参数最为敏感,模型基本模拟出了洪水对降水的响应过程。通过建立的HBV水文模型,结合小林子水文站的水位-流量关系曲线,以警戒水位、保证水位作为不同等级洪水的判别条件,推算得到了不同起始水位下太子河流域动态临界雨量指标,临界雨量随起始水位的升高而有所减小。     

基于HBV水文模型的西拉木伦河流域洪水临界面雨量的应用分析

文章以内蒙古西拉木伦河巴林桥水文站以上流域为分析区,基于分布式水文模型HBV,利用1995—2005年逐日降水、气温、水位、流量等数据,对HBV模型进行参数率定和日径流过程的模拟,建立降水—流量—水位之间的关系,以河流设计的警戒、保证和漫堤水位为临界判别标准,确定不同洪水等级的致灾临界面雨量。通过历史灾情检验验证,说明HBV模型可以较好地反映该流域的洪水过程,具有较强的本地适用性,可为内蒙古中小河流洪水监测预警提供技术支撑。     

基于FloodArea的山洪灾害风险区划研究——以淠河流域为例

致灾临界面雨量、洪水淹没范围及深度的确定是暴雨山洪灾害风险区划的核心环节。本文以淠河流域为研究区,利用统计方法与水文模型相结合的方法确定雨-洪关系,得到致灾临界面雨量;基于FloodArea开展洪水淹没模拟,叠加承灾体信息,得到T年一遇洪水淹没风险评估与区划图。通过对2015年13号台风"苏迪罗"强降水过程的淹没反演,验证表明:无论是洪水淹没范围还是淹没水深,FloodArea模拟值与实况值均较为吻合。综合来看,淠河流域暴雨山洪灾害风险区划与评估结果较为合理;基于FloodArea模型在淠河流域具有较好的洪水淹没模拟效果,可用于暴雨洪涝灾害风险评估与预警。     

一种基于水文模拟建立中小河流洪水气象风险等级指标的方法

提出一种基于水文模拟建立中小河流洪水气象风险等级临界累积面雨量指标（简称气象风险等级指标）的方法,由水位-流量曲线估计不同风险等级相应的临界参考流量,将2009年5月1日—9月30日綦江五岔、东溪、石角水文站的08：00BST报汛流量和雷达联合地面雨量计估测的流域面雨量作为TOPMODEL降水-径流模型率定时的流量和降水输入;在TOPMODEL水文模拟的基础上,选取2009年峰值流量过程,设计不同的小时面雨量序列进行水文模拟,得到峰值流量与流域累积面雨量的关系,根据临界参考流量,建立不同气象风险等级的临界累积面雨量指标;用2010年相应流域洪峰过程对所建立的指标进行检验。结果表明,利用气象风险等级指标推断的风险等级与实际洪峰对应的风险等级较为一致。     

乌鲁木齐河流域致灾洪水临界雨量分析

采用乌鲁木齐河流域的气象资料、水文资料以及地理信息数据和暴雨洪涝灾情数据,以乌鲁木齐河流域为研究对象,在了解其致灾降雨特征的基础上,利用统计模型和HBV水文模型分别分析其临界致灾雨量,评估模型计算过程和结果的优劣,讨论模型结果在天山山脉浅山地带中小河流域的合理性。在历史洪水过程的降雨量验证的基础上,通过对模型和计算过程及与实际情况的比较,HBV水文模型得到的二级和三级预警致灾临界雨量分别是40.6 mm和25.9 mm,而统计模型得到的二级和三级预警致灾临界雨量分别是47.5 mm和26.9 mm,两种方法模拟得到的致灾临界雨量均是合理并且实际可能出现的;从相关性上来看HBV水文模型模拟的结果要优于统计模型计算的结果,对西北地区有融雪性洪水补给的河流径流模拟具有借鉴意义。     

水文模型在计算中小流域致汛临界面雨量中的应用

在设定致灾标准的前提下,运用水文模型模拟降水和流量关系,反推不同基础水位达到致灾标准所需要的雨量,探讨中小流域临界面雨量计算的新方法、新思路。以湖北省荆门漳河流域为例,选取控制流域3/4面积的漳河水库为控制站点,利用新安江水文模型,通过1956—2012年36场洪水的模拟率定水文模型的参数,在此基础上结合漳河水库防洪能力,利用水文模型反推计算漳河水库不同基准水位、不同雨量分布条件下的致汛临界面雨量(到达汛限水位所需的面雨量)。结果表明:利用水文模型反推计算中小流域临界面雨量,能直观给出漳河水库不同基准水位、不同降水分布条件下的洪水入库过程曲线、水位变化过程曲线以及流域致汛临界面雨量,意义明确,技术方法可行,能有效丰富中小流域临界面雨量的计算方法。     

东津河流域暴雨洪涝灾害风险区划

本文从暴雨致灾机理出发,以东津河流域为例,开展中小河流域暴雨洪涝灾害风险区划技术研究。根据气象资料、水文资料、地理信息资料、社会经济统计资料以及历史灾情资料等,运用TOPMODEL水文模型并结合统计法确定致洪临界面雨量,利用逐步回归法重建区域站资料序列,基于广义极值分布函数计算出不同重现期的致洪面雨量,根据流域内小时降水雨型分布,将不同重现期致洪面雨量以及叠加堤坝信息的DEM、manning系数等数据代人Flood Area模型进行洪水淹没模拟,得到不同重现期下洪水淹没图,再叠加流域内栅格化的人口、GDP以及土地利用信息,最终得到不同重现期下人口、GDP以及土地利用等风险区划图谱。建立的中小河流域暴雨洪涝灾害风险区划技术方法简便可行,区划结果精度高、实用性强,对于面向实时防灾减灾的动态灾害风险管理具有重要意义。     

中小河流域暴雨洪涝灾害风险评估及效果检验

本文基于FloodArea水动力模型及WRF模式,运用气象资料、水文资料、地理信息资料、社会经济统计资料以及灾情调查资料等,以长江一级支流的秋浦河流域为研究区,开展中小河流域暴雨洪涝灾害风险评估及效果检验。结果表明:FloodArea模型对洪水的淹没范围、淹没水深以及淹没历时等具有较好的模拟效果,可用于中小河流域暴雨洪涝灾害风险评估与预警业务,并由此初步建立了包含模式降水预报→面雨量计算→洪涝淹没模拟→风险评估→预警发布→效果检验等环节的暴雨洪涝灾害风险评估及效果检验业务流程,实现从以往常规的强降水预报到暴雨洪涝灾害预报的业务延伸,可进行推广应用。     

基于GIS的洛清江流域洪涝致灾面雨量计算方法研究

根据气象风险预警服务业务需要,基于1:250000基础地理信息数据,利用GIS水文分析模型,划分洛清江流域范围;基于气象要素及灾情资料,分析洛清江流域暴雨洪涝气候背景、洪涝灾害特征;采用线性回归统计分析方法,建立洛清江流域雨洪关系模型,确定洛清江流域不同风险等级致灾面雨量阈值;并通过历史典型个例,对洛清江流域致灾面雨量阈值加以验证,结果表明:基于GIS的洛清江流域洪涝致灾面雨量阈值划分较为合理,可为广西精细化暴雨洪涝灾害风险普查和气象风险预警服务业务化提供基础支撑。     

暴雨诱发富水流域洪涝灾害风险研究

采用历史灾情分析、统计、水文模型及水动力模型等方法,分析富水流域上游历史洪水过程特点、致洪降水时程特征;以年最大致洪降水序列为基础,采用耿贝尔极值I型分布法求取上游不同重现期面雨量,运用新安江模型模拟100a一遇暴雨诱发的洪水流量线,并以此为基础,分析下游洪涝风险,模拟溃堤风险下的淹没情景。结果表明:富水上游一个洪水过程持续24~72 h,多为单峰型;暴雨诱发的洪水过程占总数77%,诱发洪水的暴雨多为区域性强降水,100 a一遇致洪暴雨过程诱发的洪水可使库水位超过历史最高水位;在设计的溃口条件下,阳新县部分村镇有淹没风险。     

基于FloodArea模型的洪安涧河流域暴雨洪涝灾害风险区划

为直观反映暴雨洪涝灾害的淹没情景,及时有效地提供流域内的暴雨洪涝风险区划信息,采用洪安涧河流域气象站历史降水序列,结合致灾临界面雨量阈值和历史灾情数据,使用广义极值分布函数等,确定了不同重现期的致洪面雨量,采用FloodArea水文模型推演了洪水淹没的情景,并结合承灾体绘制了流域在不同重现期下的暴雨洪涝灾害风险区划图,提取了不同重现期和不同淹没深度下承灾体的受灾信息。结果表明:随着淹没水深的加深,人口和GDP受灾占比呈阶梯向上变化,而耕地和居民地受灾面积占比均呈明显对数函数关系增长;随着重现期的增大,流域洪涝灾害的危险程度逐渐加重,较高风险区分布在河道及中下游河道两侧蔓延处等区域,承灾体在低风险区的受灾占比最大(超过80%),极高风险区占比次之,中、高风险区占比最小。     

沙澧河流域致洪预警系统设计与应用

沙澧河流域致洪预警系统基于中小河流致洪预警气象服务需求,以气象与水文相结合,应用地理信息(GIS)先进技术,利用气象常规数据、地面自动雨量站资料、数值模式、卫星雷达资料及水文雨量、水位数据等资料,运用动力学诊断和统计分析、多元线性回归方法、模式输出法、相似预报等方法,输出暴雨和水位增量预报模型。该系统通过C/C++语言编程,集气象水文信息显示分析、数据库、预报模型和用户界面于一体,建立了涵盖流域暴雨预报、水位增量监测预测、洪涝灾害预警服务等多功能的可视化业务技术平台。在本地基层台站首次将气象和水文两个学科结合,建立降水、水文和洪涝数据库;首次对沙澧河流域进行暴雨形势分型,并建立流域暴雨预报模型;首次建立沙澧河流域五大水库水位增量预报模型。自系统运行以来,成功对沙澧河流域出现的几次致洪暴雨进行了预警,服务效果明显。     

统计方法与淹没模型结合的山洪灾害风险评估方法及其应用

本文针对有水位资料,但没有流量观测的流域,同时又有历史罕见洪水记载、流域断面洪水警戒水位和自动站记载的近年几次小洪水过程,采用统计分析方法确定雨 洪关系,得到致灾临界雨量;再应用淹没模型模拟洪水淹没情况,得到洪水的风险等级评估。通过对历史特大山洪个例的淹没反演,可以看到由数理统计与淹没模型相结合的方法确定出的山洪风险等级,与实际情况基本相符。由于洪水记载和考察资料,往往对洪水淹没的高度记录准确,而对发生的具体时间通常是模糊的,本文得到的临界雨量指标是否能够预见洪水需要实例检验。通过2012年前汛期强降水过程的检验,虽然预警了低风险洪水事件,但是风险发生时间有差异,经过合理调整低风险临界雨量,满足了能够预见洪水的目的。对于其他等级的临界雨量的检验,有待于日后更多的实例,进行合理的调整,逐步完善翠江流域的山洪临界雨量指标。     

基于水文模拟的中小流域不同时间尺度临界面雨量计算分析

以湖北省香溪河古洞口水库为例,首先,结合1997—2016年近20 a降水资料,计算分析不同时间尺度(3、6、12、24 h)强降水分布特征;然后,选取新安江水文模型,通过40场洪水的模拟率定水文模型的参数;最后,结合古洞口水库防洪能力,利用水文模型模拟计算该水库不同基准水位和时间尺度条件下的致汛临界面雨量(到达汛限水位所需的面雨量)。模拟试验表明:利用水文模型计算中小流域临界面雨量能模拟计算并直观给出水库不同基准水位和时间尺度条件下的洪水入库过程曲线、水位变化过程曲线与流域致汛临界面雨量,其意义明确,技术方法可行;在初始条件(基准水位)相同时,时间尺度越小,临界面雨量越小。     

基于FloodArea模型的龙须河流域暴雨洪涝淹没模拟研究

选取龙须河流域内及周边气象区域站和国家站的逐日降雨量资料,采用广义极值分布函数来进行拟合优度检验并计算出不同重现期的致洪面雨量。将不同重现期致洪面雨量、小时雨型分布、高程数据代入FloodArea模型进行洪水淹没模拟,得到不同重现期下面雨量淹没范围和水深。结果表明:龙须河流域中下游水位上涨明显,靠近龙须河中游的荣华水文站点模拟水淹最深,出现2次涨水,模拟水位上涨超过3m,通过和实际水文站数据对比,洪水发展过程、最高水淹深度要滞后于降水峰值5-7小时,且与实际的水文站的水位差较吻合,证明FloodArea模型在龙须河流域具有较好的洪水淹没模拟效果,为暴雨洪涝灾害风险评估和预警业务提供较好的技术支撑。     

山洪灾害风险雨量评估方法研究

“Floodarea”为德国Geomer公司开发的水动力淹没模型,该模型以GIS栅格数据为基础并根据曼宁公式建立二维水动力动态演进。上清溪流域为福建山区无水文资料的典型小流域,选其作为研究对象,根据流域境内及周边气象站的降水记录采用泰森多边形法计算暴雨过程中流域的逐时面雨量,根据地表覆盖类型数据计算流域的地表产流系数及地表水力糙度。根据降水资料及1：10000数字高程模型,利用“Floodarea”对该流域内2010年6月18日的洪水过程进行再现淹没模拟;通过对比洪水过程中受灾点的实际淹没水位和模拟水位的差异,修改地表产流系数和地表水力糙度2个参数,从而对模拟过程中水流速度及淹没水深进行调整。结果表明,模拟洪水过程中受灾隐患点处最高淹没水深及时间与实际过程基本一致,达到了较好的模拟效果。通过分析流域洪水过程模拟结果中受灾点的逐时淹没水深与流域逐时面雨量的相关关系,可进一步推算流域受灾隐患点处不同等级淹没水深的临界雨量。     

基于不同数据的新疆山洪淹没模拟及致灾阈值分析

利用实测淹没深度、数字高程(DEM)、土地利用类型、小时降水、定量降水估测(Quantitative Precipitation Estimation,QPE)等数据,通过FloodArea模型对新疆博尔博松流域3次(2013年8月25日、2015年6月28日、2016年6月17日)洪水过程进行再现模拟,对模拟结果的分布特征进行分析,以实测数据进行精度检验,并建立了面雨量-淹没深度关系,在此基础上确定了研究区四个淹没等级对应的致灾临界雨量。运用不同数据模拟得出淹没分布特征为随着时间的变化淹没深度具有上升的趋势,淹没过程可分为蓄积期、稳定增长期和波动上升期3个阶段;通过精度验证得出:FloodArea模型运用自动站降水数据模拟的淹没深度与实测数据相比偏高,而QPE、R-QPE(订正后QPE)数据模拟的则偏低,这三种数据的模拟结果与博尔博松村和塔尔村两个考察点的绝对误差分别为0.46 m、0.78 m、0.35 m和1.35 m、1.44 m、0.65 m,R-QPE数据模拟出的淹没深度效果最好,更能精确地反映出该流域洪水淹没情况;通过相关性分析可知,模拟洪水淹没深度与7 h累计时效的面雨量的相关性最好,相关系数达到了0.989,在此基础上建立了面雨量-淹没深度的关系;按照面雨量-淹没深度的关系和山洪灾害等级划分标准得出,预警点累计时效7 h面雨量对应四个等级的致灾临界雨量阈值分别为:四级6.25 mm、三级23.61 mm、二级49.64 mm、一级75.67 mm。     

基于HBV模型的开都河致灾洪水临界雨量分析

本文应用HBV水文模型对开都河流域焉耆站以上段进行了模拟,通过对模型的率定和校正,表明模型模拟的径流过程基本与实测值吻合,能够反映出年、月、日径流量的变化趋势,但是对峰值的模拟存在一定误差。通过HBV模型的应用,计算了不同流量和水位所对应的临界致灾面雨量,同时与历史上发生洪水的24小时和120小时的实际降水量进行对比分析,发现通过HBV水文模型推算的临界面雨量大于实际24小时降水量,可能与模型对洪峰的模拟效果有关。