基于动态临界雨量的山洪预警方法研究与应用

以新安江模型为基础,提出了考虑土壤含水量饱和度的动态临界雨量山洪预警方法。该方法采用新安江模型计算流域的土壤含水量饱和度,根据土壤含水量饱和度以及山洪发生前6、12和24 h等3个时间尺度的最大降雨量,应用基于最小均方差准则的W-H(Widrow-Hoff)算法分别建立3个时间尺度的山洪预警动态临界雨量判别函数。利用该方法,结合淠河流域2003—2009年地面雨量站降雨资料以及17次典型洪水过程资料,率定了新安江模型参数,并用10次历史个例对所建立的3个时间尺度的山洪预警动态临界雨量判别函数进行了应用检验,山洪预警合格率超过了70%,表明该方法用于山洪预警是可行的。     

关键技术在江西气象灾害风险预警业务中的应用与体会

针对暴雨诱发的中小河流洪水、山洪地质灾害气象风险预警的业务工作要求,江西省气象台开展了雷达定量降水估测、山洪沟等小流域提取、小流域临界雨量确定、基于SWAN山洪版的二次开发等关键技术研究并完成了业务化运行,实现了从典型区域的风险预警服务向全省所有中小河流、山洪沟、地质灾害隐患点的气象灾害风险预警业务的扩展,为气象灾害风险预警服务提供了重要的技术支撑。     

一种水动力与统计模型相结合的动态临界面雨量方法研究及应用

文章以内蒙古西部乌苏图勒河流域为范例,利用该流域2013—2014年逐小时降水和洪涝灾情资料,以及流域地形、土壤、土地利用等多源下垫面信息,构建了乌苏图勒河流域的径流—淹没模拟模型,并通过致灾过程的反演,建立了该流域不同气象风险预警等级(有一定风险、较高风险、高风险、很高风险)的动态临界面雨量方程。该方法的建立,对乌苏图勒河流域山洪灾害预警具有指导意义,也可为水文资料缺乏的流域确定致灾临界面雨量指标提供一种参考。     

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。     

四川省康定市泥石流灾害与降水预报阈值确定

通过对康定市历史泥石流灾害资料与历史气象降雨资料进行统计分析,揭示了康定市泥石流灾害与降雨的关系特征,并在此基础上,研制了康定市1h、3h降雨量诱发泥石流预警指标。结果表明:康定市境内各地均有发生泥石流灾害的可能性,东部地区是泥石流的高易发区。康定市境内泥石流灾害发生与当日降雨量、短时强降雨、前期有效降雨量关系密切。降雨量大且降雨强度强的月份（6~8月）易发生泥石流灾害。短时强降水的强度越大,发生灾害的风险越大,强降水出现频率最高的时段（19:00~02:00）也是泥石流高发时段。当降水强度<10mm/h和20mm/3h时,有出现泥石流的可能性,泥石流灾害气象风险等级为4~5级;当降水强度达到10~20mm/h、21~35mm/3h时,发生泥石流的可能性较大,风险等级为3级;当降水强度达到21~35mm/h、36~50mm/3h时,泥石流发生的可能性大,风险等级为2级;当降水强度>35mm/h、50mm/3h时,泥石流发生的可能性极大,风险等级为1级。      

维他克河一次山洪、泥石流初步分析

2003年6月21日，维他克河发生了特大山洪，洪峰流量排在有正式水文资料记载以来的第二位，部分河沟发生泥石流，给流域造成了严重灾害。本文根据流域实测降水、流量及气象卫星云图等资料，对此次洪水、泥石流过程的水文特性和气象成因作了初步分析。     

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。     

基于GIS的承德市精细化山洪灾害风险区划

为有针对性地做好山区山洪灾害防御,基于近25年加密区域站和国家站气象资料与310个山洪灾情资料,研究精细到乡镇的承德市山洪灾害1小时雨量阈值与3小时雨量阈值；从致灾因子危险性、孕灾环境敏感性和承灾体脆弱性3个方面,应用层次分析法和专家打分法,建立承德市山洪灾害风险评估模型,基于GIS制作承德市精细化山洪灾害风险区划。结果表明: 承德市山洪灾害较高风险等级以上面积为14318.99km2,占承德总面积的36.2%,中风险等级面积约为11719.38km2,占承德总面积的30%,其余均为中风险等级以下。承德市山洪灾害高风险区主要位于丰宁、隆化大部分地区和市区部分区域以及宽城东南部。     

基于降雨-径流长期观测的山洪响应特征分析:以美国本土两个小流域为例

以长期降雨-径流观测资料为基础,建立小流域水文单位线以有效描述山洪响应特征,并探究变化环境下的山洪响应特征是否发生改变。单位线在山洪预报中应用广泛,但在气象领域受关注较少。以两个美国小流域（USGS站点02137727-卡托巴河、01572025-斯瓦塔拉河）为研究对象,探讨考虑不同前期降水和致洪降水条件下单位线提取和优化方法,以及前期降水对流域单位线的影响。结果表明不同前期影响雨量下的平均单位线对降水-径流模拟总体效果较好,两个流域1985年以来共16个降雨径流事件模拟的平均纳什模型效率系数分别为0.846和0.940,平均峰值相对误差分别为9.40%和7.47%。前期影响雨量越大,则单位线峰值越高,峰现时间提前。同时考虑前期降水和致洪降水组合的单位线,能更好反映雨洪事件中山洪响应特征,模拟效果进一步提高,对提高山洪概率预报很有意义。通过分析卡托巴河流域33 a单位线的年际变化,发现降水增多和强降水频率增加导致流域山洪响应特征发生明显变化,单位线峰值呈现增加趋势,涨洪历时呈减少趋势,未来山洪灾害风险变大。     

贵州省小流域洪水预报系统开发与应用

贵州夏季突发性山洪频繁发生,山洪灾害损失巨大。对小流域的雨情、水情进行实时监测,结合精细化的降水预报数据,并与水文模型进行耦合开发贵州小流域洪水预报系统可有效地减少山洪灾害带来的损失。贵州省小流域洪水预报系统以AreGIS为平台,依托GIS、数据库技术,利用地理信息数据和气象数据实现小流域降水、流量和水位变化的监测、预报、预警,系统可根据降水预报数据输入水文模型中模拟小流域未来相应时间段的水位和流量变化情况,当达到一定阈值之后系统会自动报警,为决策部门及时提供监测预警信息,最大限度的减少小流域陡涨洪水造成的各种损失,有效地提高贵州省小流域山洪或洪水灾害的防灾减灾能力。     

利用HBV水文预报模型推算贺江流域洪水致灾临界雨量

利用逐日气象水文资料,针对贺江流域进行HBV水文模型率定与验证,获得降水-流量关系,结合广西贺州市信都水文站的水位-流量关系,推算得到3个洪水风险预警级别对应的临界雨量,并通过2次历史洪水过程,检验该临界雨量在暴雨洪涝灾害风险预警中的应用效果。结果表明:(1)由HBV水文模型确定的贺江流域3个不同洪水风险等级下24h、48h的致灾临界雨量,预警效果较好;(2)HBV模型能很好地反映降水对贺江水文过程的影响,可为贺江流域暴雨洪涝灾害防御工作提供决策参考。     

江西省小流域山洪灾害临界雨量计算分析

临界雨量是预报山洪灾害的重要指标。针对江西省山洪灾害特征,以小流域为基本单元研究了小时雨量与山洪灾害发生时间及小流域参数之间的关系,结果表明：山洪与小时雨量有很紧密的联系,流域面积、主沟长度和主沟比降等影响山洪的小流域参数与小时雨量之间存在着很大的相关性。结合1950--2002年全省小流域山洪灾害与气候统计数据,计算出资料完整的小流域1、3、6和24h的临界雨量,进而建立了流域面积、主沟长度和主沟比降等流域参数与对应小流域山洪临界雨量之间的统计模型,推算出全省1045个小流域的山洪灾害临界雨量,并对2009年7月23日赣州地区一次山洪过程进行模拟,能够准确预报出山洪风险等级,效果良好。     

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。     

2018年陕西省暴雨灾害气象服务效益评估

以陕西省2018年4次暴雨灾害气象服务的效益评估为例,基于气象、经济社会统计数据和定量化问卷调查数据,利用暴雨预报预警、公众气象服务、决策气象服务、行业气象服务和社会反馈等5个一级指标和10个二级指标表征气象服务水平,利用政府主导、部门联动及社会参与等3个一级指标和7个二级指标表征防御行为效益,从气象服务水平和防御行为两个维度对暴雨气象服务的防灾减灾综合水平进行了定量化评价。结果表明:2018年陕西暴雨灾害气象服务的服务水平和防御能力均在89分以上,公众在应对暴雨天气过程中人均节省损失费513元/人,4次暴雨灾害气象服务综合效益值为4.54亿元。综合评估指标较为客观地反映了气象服务在应对暴雨灾害中发挥的效益。     

基于TOPMODEL模型的暴雨诱发山洪的预报

以大汶河流域为研究区域,利用自动站雨量数据、数值预报雨量数据、雷达基数据等气象资料,建立以TOPMODEL模型为核心的暴雨山洪预报模型,模拟暴雨发生时山洪的产生及变化,预报山洪发生的规模和时间,再根据流域不同历史重现期的面雨量值,实现山洪监测预警。具体作法:将大汶河流域拆分成90m×90m的网格点,依据8邻域汇水理论模拟每个网格点内水流情况,并根据汇水与地理信息,将全流域划分为三级,降低由于降雨和下垫面的空间不均匀性对模拟结果带来的影响;利用时间叠加和滞后性实现对山洪的预报,并应用数值预报精细化雨量产品,进一步修正山洪预报结果,延长山洪预报时效;计算各子流域不同历史重现期的面雨量值,将其作为致灾阈值,实现各子流域的分级报警;另外,采用概率配对法确定雷达反射率与降雨量的关系实现雷达估测降水,对自动站模拟山洪的方法进行有效的补充,提高系统的业务可用性。     

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。     

基于TOPMODEL的饮马河流域暴雨洪水模拟研究

将TOPMODEL应用于饮马河流域,选取2013-2019年共6次暴雨洪水过程进行模拟和评估,将饮马河模拟流量与实测流量对比分析,探讨该模型在该流域洪水模拟的可用性.结果表明:TOPMODEL实现了空间产流面积分布的可视化;TOPMODEL在饮马河流域模拟效果较好,可用于该流域流量预报;不同等级降雨量、不同的降雨落区以及前期降雨多寡对饮马河的流量影响较大,即累计雨量越大、雨强越强、强降雨越靠近上游、前期降雨越多,洪峰流量也越大.因此,TOPMODEL可为饮马河流域的防洪调度和防灾减灾提供技术支持.     

青海高原气象地质灾害特征及致灾雨量研究

基于2008~2019年青海地质灾害的灾情记录和CLDAS融合数据,分析青海高原滑坡、泥石流和崩塌等气象地质灾害的时空分布,研究诱发气象地质灾害的降水量和土壤湿度变化特征,确定了灾害预警条件。结果表明:近12a青海高原气象地质灾害共发生了23次,灾害易发区在西宁市、海南州、黄南州和玉树州,7月是气象地质灾害发生次数最多的月份。有效降水量和土壤湿度是气象地质灾害的重要影响因子,灾害预警条件为:当天及前一天有效降水量之和达到10mm或持续有效降水量达到18mm,并同时满足0~10cm和10~40cm的土壤体积含水量差值≤0.03mm3/mm3或其中一个深度的土壤体积含水量≥0.27mm3/mm3。      

西安市暴雨预警信号1 h标准本地化修订研究

利用1991—2021年西安市7个国家级地面气象站及2011—2021年西安市157个区域气象观测站逐小时降水数据,采用滑动累加的算法构建1 h、3 h、6 h、12 h不同时间间隔降雨量数据集。对上级推荐的关中地区暴雨预警信号1 h降雨量阈值参考标准在西安的适用性进行了讨论,并利用百分位法,结合西安暴雨灾害风险普查中短历时降水不同历史重现期数据成果,同时考虑西安城市排涝能力,在关中地区暴雨1 h标准参考阈值基础上,提出2种西安市暴雨预警信号1 h标准本地化备选修订方案。利用2015—2021年西安市气象观测站逐小时降水数据,分别对上级推荐及2个备选1 h雨量标准修订方案中,符合不同等级暴雨预警信号标准的降雨过程进行统计评估,得到西安市暴雨预警信号1 h新标准,并开展对外模拟试点发布,取得良好的服务效果。     

安徽省暴雨灾害预警等级的划分及其应用

利用安徽省1961—2016年81个国家级地面气象观测站雨量、2006—2016年1 162个地面自动观测站小时雨量、1961—2016年安徽省民政厅灾情和2006—2016年《安徽省气象灾害年鉴》收录的227个暴雨过程灾情数据,采取气候平均、广义极值、概率密度函数、百分位分布等方法,统计暴雨过程的持续天数、区域、范围、平均日降水量和小时雨量对暴雨灾害的影响,划分安徽省暴雨灾害预警等级。结果表明:(1)安徽省暴雨灾害预警等级可分为Ⅳ级(轻度)、Ⅲ级(中度)、Ⅱ级(重度)、Ⅰ级(特重)四个等级;(2)从Ⅳ级到Ⅰ级,暴雨过程的持续天数指标从1—4 d,范围指标根据暴雨区占区域总面积的百分比确定,从Ⅳ级的20%上升至Ⅰ级的80%;(3)根据暴雨过程的区域差异,将安徽分为沿淮淮北、大别山区及皖南山区、沿江及江淮之间三个区域,分别建立降水量与暴雨灾情的定量关系,并在每个区域设置相应的平均日降水量和小时雨量指标;(4)利用上述暴雨灾害预警等级,对1981—2018年安徽省致灾的149个暴雨过程进行回代检验,并将其用于2020年6—7月安徽省暴雨灾害预警,暴雨灾害预警发布周期为Ⅳ级(轻度) 0.66～0.82 a、Ⅲ级(中度) 1.15～1.90 a、Ⅱ级(重度) 3.16～3.80 a、Ⅰ级(特重) 9.5～12.6 a,符合安徽暴雨灾情实际,可以为气象部门启动暴雨应急响应提供参考。