暴雨山洪灾害预警方法研究进展

暴雨山洪灾害预警是中小流域山洪灾害防控体系的薄弱环节,也是决定山洪灾害防控成败的关键。论文围绕山洪灾害预警的核心问题,从中国山洪灾害区域差异特征、山洪灾害预警技术方法、山洪灾害概率预警现状3个方面进行了综述。中国山洪灾害分布存在明显的时空差异,因此有必要根据山洪灾害的区域差异发展有针对性的预警方法。以临界雨量为指标的雨量预警是目前中国中小流域暴雨山洪灾害预警的主要技术手段,但常规方法仅给出一个(组)确定的临界雨量阈值,导致预警结果存在突出的不确定性问题。概率预警可以定量评估诸多不确定性,给出山洪灾害概率预警结果,因此具备很好的理论优势与潜在应用价值。论文展望了山洪灾害概率预警未来的研究重点与方向：(1)充分挖掘暴雨洪水样本信息,开展山洪灾害概率预警基础方法与技术集成研究;(2)加强非平稳性条件下的临界雨量阈值估算与山洪灾害概率预警研究;(3)综合考虑预警阈值发生概率及其致灾概率,优化“多级预警、多级响应”技术方法,推进山洪灾害综合预警业务系统建设与应用。     

乌鲁木齐地区小流域设计山洪推理公式的参数规律

设计山洪计算是山洪灾害防治规划的一项重要内容,推理公式法是无资料地区小流域设计山洪计算的一种常用方法,但参数选取是否合适将直接影响到计算结果的精度。对推理公式法的参数规律进行了研究,提出了确定产汇流参数地理分布规律和暴雨参数空间分布规律的方法,并将其应用于乌鲁木齐地区,计算了无资料小流域的设计山洪,为制定山洪灾害风险区划提供了设计依据。     

云南楚雄州山洪气象风险预警临界面雨量研究

分析楚雄州2014～2016年有记录的20起山洪灾害的灾情时间和空间分布特征及其与降水的关系。采用区域临界雨量法、泰森多边形法和算术平均法3种统计方法对分析区域临界雨量进行计算分析。结果表明,泰森多边形法因考虑了各雨量站的权重,结果相对较合理,精度较高,故采用泰森多边形法求得的临界面雨量值作为当地山洪气象风险预警阈值;对于没有灾情的山洪沟区域,使用全州总体的雨洪关系得到不同预报预警等级的临界雨量值,即非河谷地区山洪灾害气象预警Ⅳ级～Ⅰ级对应的临界雨量值为9.2 mm、26.1 mm、48.4 mm、66.7 mm,河谷地区山洪灾害气象预警Ⅳ级～Ⅰ级对应临界雨量值分别为7.8 mm、13.5 mm、17 mm、25.5 mm。经2017年灾情检验,修订后的临界面雨量阈值相比于当时业务系统中的原始阈值更有指示意义。     

云南滑坡泥石流灾害的气象成因与监测

根据云南滑坡泥石流灾害资料，分析了其形成环境与分布特征，给出了典型降水滑坡泥石流灾害事件，研究了滑坡泥石流灾害与气象环境的关系。云南滑坡泥石流灾害主要出现在盛夏7～8月，主要影响天气系统有切变线、冷锋、西风槽、西南涡、孟加拉湾风暴、南海西行台风和两高辐合区。诱发滑坡泥石流灾害的前期降水类型有3种，即暴雨型，中～大雨型和连阴雨型。得出了云南滑坡泥石流发生的区域临界雨量指标，提出了滑坡泥石流灾害的气象监测预警方法。     

暴雨泥石流冲出距离预测

有效确定泥石流可能的危险范围对制定防灾减灾规划具有重要的参考价值.在对2008-09-24北川县境内发生的72处暴雨泥石流调查的基础上,通过对泥石流冲出距离的统计分析,提出了基于地貌学特征的泥石流冲出距离预测模型.模型根据泥石流沟流域面积的大小分类,给出了相应的计算取值参数范围.将该模型应用到汶川县城后山2条泥石流沟进行验证,计算结果表明,用模型预测的泥石流冲出距离比实际冲出距离稍偏大,平均误差值介于4%～11%间,这对泥石流实际冲出距离的预测是可行的.     

前期土壤湿度和降雨对小流域山洪预警指标的影响评估

山洪灾害临界雨量预警指标受多种因素影响,尤其是前期土壤湿度状况和降雨变化。基于分布式水文模型和情景分析法确定安徽省岳西流域的山洪灾害临界雨量集合,评估前期土壤湿度状况、雨型和预警时段对临界雨量变化的影响。研究表明：① 中国山洪水文模拟系统在研究区内具有较好的适用性,率定期和验证期的平均径流深和洪峰流量相对误差均在15%以内,平均峰现时间误差在1h以内,平均Nash-Sutcliffe系数为0.79和0.77;② 60种情景模式下,池墩组村的临界雨量集合为141~528 mm;③ 前期土湿状况和雨型均显著影响临界雨量变化,随着土壤饱和率从0.20分别增加到0.50和0.80,临界雨量分别减少13.7%~16.2%和26.8%~31.8%;短历时预警时,临界雨量由大到小的相应雨型分别为减弱雨型、中间雨型和增强雨型。研究可为山洪灾害预报和早期预警提供理论支持,也为中国山洪灾害防治提供参考和借鉴。     

2004-07-05云南德宏州山洪泥石流气象成因分析

应用气象资料,卫星、雷达资料及带通滤波方法,分析了引发云南德宏州2004-07-05特大山洪泥石流灾害的天气成因。结果表明,除了德宏州区域地质、地貌等自然原因外,德宏州入汛提前,入汛后多低温阴雨是造成这次灾害的前期气候背景;中尺度辐合天气系统、充沛水汽输送及辐合、低空急流的作用导致07-04T20-07-05T20发生特大暴雨,是引发此次山洪泥石流灾害的直接天气原因。     

新疆哈密2018·7·31特大暴雨山洪汇水量估算与应用研究

在干旱少雨的山区开展小流域的暴雨山洪预报预警关键技术研究,对防灾减灾意义重大。2018年7月31日新疆哈密北部山区出现特大暴雨,发生罕见的山洪灾害,致使射月沟流域水库漫坝溃口,下游受灾严重。射月沟流域气象观测站点少且缺乏水文监测资料,为客观定量分析射月沟流域大暴雨面雨量、形成的洪水汇水量以及致灾水库过程。通过采用空间插值法和多源融合逐时降水资料（CMPAS）计算了射月沟水库上游面雨量并进行检验分析。根据不同面雨量驱动Floodarea模型得出射月沟水库上游累计汇水量,结果表明：多源融合降水产品估算所得最大洪峰流量和累计汇水量与水利部门事后调查数据较吻合,最大洪峰量为1 756 m³·s^-1,精确性达到调查值的95%,射月沟水库上游暴雨山洪总量为2.64×10⁷ m³,远超该水库的防洪库容和溢洪道承载能力。     

泥石流冲击力简化计算方法——以舟曲县三眼峪泥石流为例

基于舟曲县三眼峪泥石流灾害的实地考察和资料分析,对该地区常见的夯土木构、砖木结构、砖混结构和框架结构4类典型受损的结构形式进行了分析,确定建筑物的破坏模式主要为淤埋破坏和倒塌破坏。对现有的泥石流冲击作用计算公式进行了分类整理,以三眼峪泥石流实测数据为例对比分析整体冲击力和大石块冲击力的不同计算理论和计算结果。为便于工程技术人员进行房屋抗泥石流设计,提出了基于泥石流深度并考虑泥石流动力效应的设计计算方法,给出了以三眼峪泥石流为例的动力影响系数设计值和设计泥石流深度取值范围;并对当地典型夯土木结构房屋进行了泥石流安全性分析。此简化计算方法物理意义清晰,计算快捷有效,可用于泥石流多发地带的设计荷载计算,其关键参数泥石流深度可根据当地常年记录以统计值采用,动力放大值可根据沟床纵比降和沟床糙率系数确定。     

站点密度对泥石流当日雨量和前期有效雨量计算的影响

研究气象站点密度在当日雨量和前期有效雨量因子内插中的影响程度,对提高对这2个因子的内插精度有重要的意义。本文针对我国东南地区87个泥石流灾害点和207个站点的降水资料,建立站点密度在5%~100%间变化的空间采样方案,采用反距离加权法(IDW)计算不同站点密度下泥石流灾害点的当日雨量和前期有效雨量。利用分位数方法对站点密度与当日雨量和前期有效雨量的关系进行分析,结果表明:诱发泥石流灾害的当日雨量和前期有效雨量的内插值,均随着气象站点密度的降低呈减少趋势;前期有效雨量的内插值相对于当日雨量的内插要稳定一些。在站点密度大于5%的情况下内插的前期有效雨量可以保持60%以上的雨量值,而当日雨量只大于30%。     

贡嘎山东坡磨西河流域泥石流暴发的临界雨量值初探

在实地调查和前人研究的基础上,查明了贡嘎山东坡磨西河流域内泥石流沟的分布状况、暴发规律及危害特征等;并根据近20年来流域内发生的典型泥石流灾害,分析了泥石流发生前的降雨过程,发现磨西河流域内泥石流发生的当日雨量和前6 d有效雨量之间具有明显的幂函数关系,据此以泥石流发生的当日雨量和前6 d有效雨量为指标,初步探讨了磨西河流域内泥石流暴发的雨量值。     

乌鲁木齐1991-2010年降雨特征分析

 利用1991—2010年5—9月乌鲁木齐市气象站降水量资料,分析了乌鲁木齐近20 a降雨特征。结果表明,逐小时降水量和降水频次呈现较为一致的日变化特征,均以20时以后至翌日11时左右为高值区,在下午16时达最低值;1 h降水频次最多的是量级≤1.0 mm的降水,其次是1.1 mm≤R1≤3.0 mm,但1.1 mm≤R1≤3.0 mm量级的降水贡献率最高,其次是R1≤1.0 mm。不同量级降水过程均有较为明显的年际差异,小雨过程发生的频次最多,其次为中雨、大雨和暴雨过程。前半夜为小雨、中雨和大雨过程最易发生时段,下午为暴雨过程最易发生时段。小雨、中雨、大雨和暴雨过程发生最多的时段分别为7月中旬、5月中旬、5月中下旬、5月上中旬与7月中旬及8月下旬。短时性降水(1~3 h)主要集中在前半夜,持续4~6 h和7~9 h降水多集中在前半夜到后半夜,持续10~12 h及以上的降水多发生在下午至后半夜。20 a来雨日年际变化不明显,后10 a和前10 a相比,暴雨日数有所增加,而其他量级及总雨日均减少。     

Rainfall interception of typical ecosystems in the Heihe River Basin: Based on high temporal resolution soil moisture data

Journal of Geographical Sciences - Rainfall interception is of great significance to the fully utilization of rainfall in water limited areas. Until now, studies on rainfall partitioning process of...     

中国降雨侵蚀力空间变化特征

降雨是导致土壤侵蚀的主要动力因素，通用土壤流失方程（USLE）中降雨侵蚀力因子R反映了降雨气候因素对土壤侵蚀的潜在作用。为更精确估算降雨侵蚀力，以全国564个测站1971－1998年的逐日降雨资料为基础，采用一种新方法估算降雨侵蚀力，分析全国降雨侵蚀力空间变化特征。结果显示全国降雨侵蚀力的空间分布与降雨量近似，但降雨降雨侵蚀力取决于降雨量和降雨强度两个方面，因此二者的空间分布又存在许多差别。一般在降雨侵蚀力较小地区，降雨侵蚀力的年内分配非常集中，全国大部分地区降雨侵蚀力年际变化表现出正的趋势，江西和湖南等交界的部分地区为明显的正趋势中心。     

用雨量和雨强计算次降雨侵蚀力

降雨侵蚀力反映由降雨引起土壤侵蚀的潜在能力 ,是定量预报土壤流失的重要因子。降雨动能与最大 30min雨强的乘积EI30 是最常用的降雨侵蚀力指标 ,但计算复杂 ,且资料难以获得。本文从利用易获取的气象资料计算降雨侵蚀力出发 ,通过对全国 13个代表性小区侵蚀资料和 12个气象站降雨资料的分析 ,确定我国降雨侵蚀力指标为雨量和最大 10min雨强的乘积PI10 ,其精度与常用的侵蚀力指标EI30 相当。为方便对比分析并统一单位 ,进一步建立了指标PI10 与EI30 的转换关系 :(EI30 ) =0 1773(PI10 )。这样可充分利用覆盖全国的气象站整编资料 ,计算全国降雨侵蚀力 ,为水土保持规划服务     

Characteristics of Autumn Precipitation Trends in the Northeastern United States

Previous research has shown that the northeastern United States experienced a significant increase in precipitation during the twentieth century, especially during the autumn. This shift toward wetter conditions can be explained by examining trends in daily precipitation characteristics. Early season precipitation changes in the western portion of the study area were associated with increases in the frequency of precipitation‐days. Later in the season a coincident increase in precipitation‐day intensity enhanced these trends. Tropical storms had little influence on autumn precipitation increases. The study suggests that, instead, changes in regional atmospheric circulation may be responsible for changing precipitation characteristics.     

紫色土坡面降雨侵蚀试验研究

坡面水蚀的主要侵蚀动力来自降雨及其产生的地表径流,将坡面水蚀过程分为降雨侵蚀和径流侵蚀,可以从侵蚀动力、侵蚀特征差异与侵蚀规律等方面研究坡面水蚀过程与机理。应用人工模拟降雨及微小区测定技术,以大田紫色土为研究对象,模拟和测定不同雨强与不同坡度条件下降雨侵蚀过程和侵蚀量,揭示以降雨为主要动力的土壤降雨侵蚀特征和规律。研究结果表明：(1)小雨强(＜67．26 mm/h)下,紫色土坡面降雨侵蚀率具有稳定性,随着降雨历时的增加变化微小；大雨强(106．57 mm/h)下,降雨侵蚀率随降雨历时增加呈上下波动；(2)紫色土降雨侵蚀率与降雨强度呈线性相关,随降雨强度增加而直线增加；(3)降雨侵蚀率与坡度符合二次抛物线关系,随坡度的增加出现临界坡度,且临界坡度随雨强的变化而改变。在中小雨强(18．06～67．26 mm/h)条件下,临界坡度SK的变化范围在17°～19°。在大雨强条件下,临界坡度有逐渐增大的趋势；(4)当坡度与雨强共同影响产沙效应时,坡度对降雨侵蚀的影响较小,雨强能掩盖坡度对产沙的贡献。     

降雨信息空间插值的不确定性分析

文章以潮白河流域为样区,根据58个雨量站1990年的降雨观测数据,采用反距离权重法、克立格法、样条函数法、趋势面法等插值方法,分析了站点数量变化、时间尺度变化、栅格像元的尺度变化、插值方法的差异对降雨数据空间插值结果的影响,剖析降雨插值中的不确定性。结果表明：（1）插值站点数量越大,区域降雨插值的不确定性越小;（2）像元尺度在50m~1000m间变化对降雨插值的不确定性只有微弱的影响;（3）对应于时间尺度由年到月到日的变化,降雨插值的不确定性随时间尺度的减小而显著增大;（4）不同插值方法影响到降雨空间插值的不确定性水平。为了减少降雨信息空间插值的不确定性,根本途径是要引入第三方相关变量,并将其整合到现有的插值算法中。高相关性变量的选取及其与插值模型的整合方式将成为降雨插值研究的主导方向。     

用小时降雨资料估算降雨侵蚀力的方法

降雨侵蚀力是进行土壤流失量预报的基本因子,EI₃₀是迄今得到广泛应用的定量指标,但它的计算需要降雨过程资料,使其推广应用受到很大限制。用自动气象观测提供的高精度等间隔降雨资料,代替降雨过程资料,是估算降雨侵蚀力指标的首选。国际上对此已有研究,发现有很大的地区差异性。为此,本文在水蚀严重的中国东部季风区选择5个代表站点,共456次降雨过程资料,建立了用60 min等间隔雨量资料估算次降雨侵蚀力的计算方法。研究结果表明:直接用60 min等间隔资料计算的降雨侵蚀力指标值,与用降雨过程资料计算的结果相比,降雨动能E差异较小,主要差异体现在最大30 min雨强I₃₀上,由此导致降雨侵蚀力指标EI₃₀的差异也十分明显。利用自动气象观测小时雨量资料计算降雨侵蚀力指标值,通过公式(EI₃₀)_bp=1.730(EI₃₀)₆₀转换,可以较精确地估算全国降雨侵蚀力,与用日、月和年降雨量资料的估算值相比,能够提高土壤侵蚀预报精度。     

Locally triggered seismicity in the central Swiss Alps following the large rainfall event of August 2005

In 2005 August, an unusual series of 47 earthquakes occurred over a 12-hr period in central Switzerland. The earthquakes occurred at the end of 3-d period of intensive rainfall, with over 300 mm of precipitation. The highest seismicity occurred as two distinct clusters in the region of Muotatal and Riemenstalden, Switzerland, a well-known Karst area that received a particularly large amount of rainfall. The large increase in seismicity, compared to the background, and the short time delay between the onset of the intense rainfall and the seismicity strongly suggest that earthquakes were triggered by rainfall. In our preferred model, an increase in fluid pressure at the surface due to a large amount of rain leads to a local increase in pore fluid pressure at depth. The increase in pore fluid pressure will reduce the shear strength of a porous medium by counteracting normal stress and, at the end, provoke failure. The series of triggered earthquakes in central Switzerland occurred in regions that have been seismically active in the past, showing similar hypocentre locations and magnitudes. This suggests that these earthquakes occurred on existing faults that were critically stressed. We modelled the intense rainfall as a step increase in fluid pressure at the surface that migrates to greater depths following the solution of the one-dimensional diffusion equation in a homogeneous half space. This allowed us to estimate the hydraulic diffusivity by plotting triggered seismicity in a time–depth plot. We found values of hydraulic diffusivity in the range from 0.01 to 0.5 m² s⁻¹ for our study area. These values are in good agreement with previous studies on earthquakes that were triggered by fluids, supporting the idea that the observed earthquake series was triggered by the large amount of rainfall.