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。     

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9.2mm、26.1mm、48.4mm、66.7mm,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7.8mm、13.5mm、17mm、25.5mm。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。     

乌鲁木齐市无资料地区山洪泥石流临界雨量推求

确定暴雨山洪、泥石流临界雨量对于受影响地区防灾减灾具有十分重要的意义,本文根据暴雨山洪、泥石流的成因,计算乌鲁木齐山洪、泥石流临界雨量。有资料地区通过分析整理雨量资料来确定临界雨量：无资料地区假定灾害与降雨同频率,分析灾害次数,确定灾害发生频率,从而求出临界雨量。乌鲁木齐雨量站较少,无法绘制临界雨量的等值线。根据计算临界雨量值,利用反距离加权距离法进行研究区临界雨量空间捅值,从而得出各小流域的临界雨量值。     

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%。     

面向山洪预警的干旱半干旱区雨量站网优化方法——以河北省张家口市为例

山洪灾害已成为我国北方山区易发的自然灾害之一,雨量站网的合理布设和优化有利于剖析降水的真实影响和洪水情势变化的时空特征,提高中小河流域山洪预警(报)精度和防(减)灾能力.以河北省张家口市为例,考虑地形、河网、气象等因素,提出面向山洪预警的雨量站网优化方法;根据现代化水文建设要求,在综合分析区域降水时空分布特征、防(报)汛任务和山洪预警(报)要求的基础上,对张家口市雨量站网进行合理化布设研究.张家口市现有雨量站网监测控制面积约为62.9 km2/站,常年报汛站主要分布在干流地区,洪灾重点防治区内站点布设不足,预警(报)和防(减)灾能力较弱;对张家口市三大流域拟增5个雨量站,优化后站网密度可增加2％～5％.     

贺兰山银川段不同重现期山洪灾害风险与影响区划研究

为评估贺兰山银川段山洪灾害风险程度及其影响,利用高分辨率数字高程模型（DEM）、行政区划、水系和自动气象站历史降水数据,以及居民点、学校、桥梁等社会经济信息资料,采用FloodArea模型模拟与ArcGIS空间叠加统计分析相结合的方法,分析研究了贺兰山银川段不同重现期山洪灾害风险分布特征,及其对人口、土地利用和国内生产总值（GDP）的影响。结果表明：（1）贺兰山银川段10~100 a一遇山洪灾害低、中、高风险区面积分别为109.5~276.3 km²、45.0~231.0 km²、13.4~204.3 km²,同一风险等级的山洪灾害区划面积随着重现期增大呈显著增大趋势。（2）贺兰山10 a和20 a一遇山洪灾害风险区主要位于海拔1 130~1 450 m的山洪沟及其两侧区域,50 a一遇山洪灾害风险区主要集中在山洪沟下游和山前海拔1 130~1 180 m的冲击扇区,100 a一遇山洪灾害风险区覆盖整个山前海拔1 120~1 350 m的区域和冲击扇区。随着重现期增大,贺兰山山洪灾害风险区具有向上游（下游）区域扩展较慢（更快）的显著特征。（3）银川市受贺兰山10 a、20 a、50 a和100 a一遇山洪灾害影响总人口分别为7.30×10⁴人、9.87×10⁴人、1.65×10⁵人和2.39×10⁵人。随着山洪重现期增大,受灾害影响总人口呈显著增加趋势,低、中、高风险区受影响人口增速分别在-12.4%~20.5%、 48.6%~91.8%、163%~300%之间。（4）农田、草地受贺兰山山洪灾害影响最大,二者合计占受影响土地总面积的比例在82.1%~86.9%之间;其次是建设用地和耕地,两者占受影响土地总面积的比例在4.4%~9.1%和1.1%~4.6%之间,是银川市贺兰山山洪灾害防御的重点区域。（5）银川市受贺兰山10 a、20 a、50 a、100 a一遇山洪灾害中、高风险区影响的GDP合计分别为1.12×10⁹元、2.00×10⁹元、4.70×10⁹元、8.74×10⁹元;发生超50 a一遇山洪灾害时,沿山农业和工业产业、基础公共设施等会遭受较大经济损失。     

西南地区山洪灾害时空分布特征及其影响因素

山洪灾害时空特征和影响因素是山洪评估与管理的重要内容。根据1960-2015年中国西南地区历史山洪资料,采用线性回归、标准差椭圆、空间自相关和Logistic回归模型,深入分析了西南地区山洪灾害时空分布特征及其影响因素。结果表明：① 西南地区年度山洪灾害频次呈指数增长,年际变化呈现出稳定（1960-1980年）、缓慢波动增加（1981-1998年）、快速增加（1999-2015年）3个阶段;月际特征明显,山洪主要发生在每年6-8月,尤以7月频次最高;② 西南地区山洪灾害空间差异性显著,灾害高密度区主要集中于滇中高原地区、四川盆地和周边山地单元,山洪灾害数量分布呈显著的空间正相关,空间集聚特征明显（Moran's I指数为0.127、Z = 5.784、P = 0.007）;③ 西南地区历史灾害点的重心在年内存在明显的向正西方向移动的趋势,年内标准差椭圆转角均逐渐弱化,长轴逐渐变长,短轴逐渐变短;④ 降雨因子对山洪的影响度最高,人类活动因子次之,地表环境因子最低,降雨因子中1 h降雨量对山洪的影响最强,优势比值达到3.654。研究结果可为西南地区山洪灾害形成机理、监测预警研究,实施防灾减灾措施等提供科技支撑。     

城市山洪灾害多目标评估方法探讨

本文针对目前城市山洪灾害的突出问题, 分析了国内外研究状况和发展趋势; 探讨了城市 山洪灾害多目标评估系统方法,包括山洪灾害泛滥范围的危险区划、城市易损性分析、城市山洪 灾害损失评估和风险评价四个主要内容。关于山洪孕灾环境、致灾因子和承灾体的社会经济状 况, 本研究提出一套基于GIS 的从数据采集→空间属性数据库建立→评价指标体系选择→预测 评价分析→山洪灾害危险性评价与风险区划的技术路线和方法体系。山洪灾害危险区划采用地 貌学和数值模拟方法; 以高分辨率遥感卫星影像为数据源, 分析了城市土地覆盖类型, 应用GIS 进行了山洪灾害损失评估和风险评价。山洪灾害多目标评估可用于指导城市洪泛区不同危险、风 险地带的土地利用规划与决策, 从而达到规避风险和减灾的目的, 并为山洪灾害影响区的居民提 供灾害风险信息, 以作为避难和防洪的依据。     

滃江“2010.05”特大洪水测量区域数字化测图研究

滃江"2010.05"特大洪水出现暴涨暴跌的典型性水文特性,水文监测结果表明,此次洪水规模大、变化复杂,灾害影响面广,受灾地区严重。按照水文规范要求对滃江进行全面的洪水调查工作,通过测量区数字化测图研究,对洪水灾害成因进行调查评价,深入调查分析山洪灾害防治区暴雨特性、小流域特征、社会经济和历史山洪灾害等情况,评价山洪灾害重点防治区内沿河村落、集镇、城镇的现状防洪能力,为今后水利工程规划建设、划分不同等级危险区、科学确定预警指标和阈值、及时准确发布预警信息、安全转移人员提供基础支撑。经评价,本测量区域数字化测图采用方法正确,仪器选择合理,数学精度满足要求。     

湘水流域山洪灾害成因机制分析与防治

流域山洪灾害成因机制分析与防治对区域经济可持续发展极其重要。从灾害系统的致灾因子、孕灾环境、承灾体等3方面分析探讨湘水流域山洪灾害的成因机制，主要结论是：下垫面因素对湘水流域山丘区洪灾的产生频率和强度有极大的影响，承灾体对灾害的形成有放大或缩小的作用。对流域山洪灾害实施防灾减灾首先需从下垫面因素着手采取措施；其次从承灾体本身着手，降低脆弱度，缩小洪水灾害对自身造成的损失。根据流域内地形、地貌、水文等自然条件及经济发展状况，湘水流域防灾减灾的主要措施有：加快坡地的改造、清扫河道。在河道边培植护岸林、加强承灾体自身的承灾能力。     

Determining landslide susceptibility in Central Taiwan from rainfall and six site factors using the analytical hierarchy process method

This work provides a landslide susceptibility assessment model for rainfall-induced landslides in Central Taiwan based on the analytical hierarchy process method. The model considers rainfall and six site factors, including slope, geology, vegetation, soil moisture, road development and historical landslides. The rainfall factor consists of 10-day antecedent rainfall and total rainfall during a rainfall event. Landslide susceptibility values are calculated for both before and after the beginning of a rainfall event. The 175 landslide cases with detailed field surveys are used to determine a landslide-susceptibility threshold value of 9.0. When a landslide susceptibility assessment value exceeds the threshold value, slope failure is likely to occur. Three zones with different landslide susceptibility levels (below, slightly above, and far above the threshold) are identified. The 9149 landslides caused by Typhoon Toraji in Central Taiwan are utilized to validate the study's result. Approximately, 0.2%, 0.4% and 15.3% of the typhoon-caused landslides are located in the three landslide susceptibility zones, respectively. Three villages with 6.6%, 0.4% and 4.9% of the landslides respectively are used to validate the accuracy of the landslide susceptibility map and analyze the main causes of landslides. The landslide susceptibility assessment model can be used to evaluate susceptibility relative to accumulated rainfall, and is useful as an early warning and landslide monitoring tool.     

青海湖湖东沙地不同沙丘降雨入渗研究

降雨入渗对干旱、半干旱区土壤水分的影响很大,降雨量、降雨强度、土壤前期含水量等要素都会影响水分的入渗过程。本文通过监测青海湖湖东沙地3种类型沙丘的土壤水分和降雨情况,对区内降雨特征以及不同要素对沙丘水分入渗的影响进行了分析。结果表明：降雨量只有达到某一临界值才发生下渗,流动沙丘、固定沙丘、经治理（人工植被+麦草方格沙障）的流动沙丘发生下渗的临界降雨量分别为5.6 mm、1.6 mm、0.2 mm。水分累积入渗量随降雨量增大而增加,降雨量相同的情况下,入渗量大小表现为经治理的流动沙丘>固定沙丘>流动沙丘。当降雨量和土壤前期含水量相近时,入渗量随降雨强度的增大而增加,尤其在小降雨事件下,降雨强度是影响入渗的关键因素,大降雨事件下降雨量则成为影响入渗的决定因素。降雨量和降雨强度相近的情况下,入渗量与土壤前期含水量呈负相关关系。随着降雨量增大,入渗水分全部消耗所需要的时间逐渐增加,尤其当降雨量大于10 mm时,入渗水分消耗所需时间将随着降雨量的增大迅速增加。     

Establishing an early warning system for flash floods in Hoang Su Phi District,Ha Giang Province,Vietnam

Hoang Su Phi is a mountainous district in Ha Giang province, Vietnam. When the rainy season arrives in these parts, flash floods (besides landslides), frequently occur in many areas, seriously affecting the socio‐economic condition of the district. Therefore, in this paper, we have developed an early warning system for flash floods, established based on a geomorphological and hydrological approach. The basic principle underlying this system is the fact that flash floods will often occur where there is high potential risk with sufficient rainfall. In the model, eight parameters of the basin were used to build a potential flash flood map. Using the spatial processing module in an open source software, early predictions from automatic weather stations were interpolated and processed online to produce a potential risk map. Depending on the threshold of precipitation values, the results determined locations where flash flood may occur at various flash flood risk indices (FFRI). The system may be applied to support provision of early flash flood warning up to 1?6 days in advance in the district, allowing the local government ample time to make appropriate decisions on the prevention and/or mitigation of damages caused by flash flood hazards.     

毛乌素沙地流动沙丘土壤水分对降雨的响应

为探讨半干旱区流动沙丘土壤水分对降雨的响应,采用AV-3665R型雨量传感器、ECH₂O-5土壤水分传感器同步监测毛乌素沙地东北缘流动沙丘2013年降雨及0～200 cm深度土壤体积含水量动态,分析土壤水分含量变化特征、降雨入渗特征及降雨对土壤水的补给作用。结果表明:5-11月累积降雨399.4 mm,显著(p<0.01)影响0～200 cm深度土壤水分含量; 且0～200 cm深度土壤体积含水量较低(6.49%±1.12%)时53.8 mm降雨、较高(10.22%±1.96%)时24.2 mm降雨湿润锋能够到达200 cm; 试验期间399.4 mm累积降雨对土壤水有一定补给作用,其中45.7±14.1 mm降雨蓄存在0～200 cm深度土壤中,占同期降雨的(11.4%±3.5%,且随着时间的延长,蓄存水大部分将渗漏到200 cm以下补给深层土壤水。     

华北山区坡地产流规律研究

Simulated rainfall is a valid tool to examine the runoff generation on the slope. 13 simulated rainfall experiments with different rainfall intensities and durations are completed in a 5 m ×10 m experimental plot in mountainous area of North China. Simultaneously, rainfall, surface runoff, soil-layer flow, mantel-layer flow and soil moisture are monitored respectively. From the results, it is found that the hydrographs in all layers have the characteristics of rapid rise and fall. The recessions of surface flow and soil-layer flow are much faster than that of mantel-layer flow. Surface flow, the main contributor, makes up more than 60% of the total runoff in the study area. It even exceeds 90% in the cases of high intensity rainfall events. Runoff coefficient (ratio of total runoff to rainfall amount) is mainly influenced by rainfall amount, rainfall intensity and antecedent soil moisture, and the relationship can be well ex-pressed by a multiple linear regression function a = 0.002P + 0.1821 + 4.88Wa - 0.821. The relation between the rainfall intensity and the lag time of three flows (surface runoff, soil-layer flow and mantel-layer flow) is shown to be exponential. Then, the result also shows that the recession constant is 0.75 for surface runoff, is 0.94 for soil-layer and mantel-layer flow in this area. In this study area, the dominant infiltration excess runoff is simulated by Horton model. About 0.10 mm/min percolation is observed under the condition of different rainfall intensities, therefore the value is regarded as the steady infiltration rate of the study area.     

泥石流预报中前期有效降水量的确定

前期有效降水量是泥石流预报的重要参数之一,对不同类型泥石流的形成有不同的影响形式,对土力类泥石流的形成主要是影响泥石流形成区土体的土壤含水量.在每次前期降水增加的土壤含水量和其有效降水量遵循相同衰减规律,以及每次前期降水的有效降水量和其增加的土壤含水量衰减过程都是相互独立的假设条件下,通过分析土壤含水量随时间的变化关系,可以得到前期有效降水量与前期降水量随时间的变化关系,从而可以确定前期有效降水量.通过对云南蒋家沟降水和土壤含水量的实际观测,对这个关系进行了分析研究,并利用最小二乘法得出了前期有效降水量的计算公式.     

Slope runoff study in situ using rainfall simulator in mountainous area of North China

Simulated rainfall is a valid tool to examine the runoff generation on the slope.13 simulated rainfall experiments with different rainfall intensities and durations are completed in a 5 m ×10 m experimental plot in mountainous area of North China.Simultaneously,rainfall,surface runoff,soil-layer flow,mantel-layer flow and soil moisture are monitored respectively.From the results,it is found that the hydrographs in all layers have the characteristics of rapid rise and fall.The recessions of surface flow and soil-layer flow are much faster than that of mantel-layer flow.Surface flow,the main contributor,makes up more than 60% of the total runoff in the study area.It even exceeds 90% in the cases of high intensity rainfall events.Runoff coefficient(ratio of total runoff to rainfall amount) is mainly influenced by rainfall amount,rainfall intensity and antecedent soil moisture,and the relationship can be well expressed by a multiple linear regression function α = 0.002P + 0.182i + 4.88Wa-0.821.The relation between the rainfall intensity and the lag time of three flows(surface runoff,soil-layer flow and mantel-layer flow) is shown to be exponential.Then,the result also shows that the recession constant is 0.75 for surface runoff,is 0.94 for soil-layer and mantel-layer flow in this area.In this study area,the dominant infiltration excess runoff is simulated by Horton model.About 0.10 mm/min percolation is observed under the condition of different rainfall intensities,therefore the value is regarded as the steady infiltration rate of the study area.     

不同演替阶段油蒿群落土壤水分特征分析

油蒿群落是毛乌素沙地最主要的群落类型之一,在维持当地生态系统稳定中起着重要作用。土壤水分是影响油蒿群落演替的重要环境因子,为深入分析不同油蒿演替阶段土壤水分特征,使用EC-5土壤水分传感器连续监测整个生长季内先锋物种阶段(流动沙地)、稀疏阶段(半固定沙地)和建成阶段(固定沙地)油蒿群落土壤水分动态。结果表明,3种样地土壤水分均存在时间和空间上差异,流动沙地各层土壤含水量均显著高于半固定沙地和固定沙地;土壤含水量受降水影响较大, 降水量是影响土壤水分补给深度的重要因素,小于10 mm的降水主要被表层土壤吸收,10～20 mm的降水对土壤水分的补给深度超过30 cm、不及60 cm, 30～40 mm的降水补给深度大于60 cm、不及100 cm;30 cm及其上层土壤水分波动剧烈,60 cm处土壤水分主要受大于30 mm降水事件影响,波动较小,100 cm和160 cm处土壤水分几乎不受降水的影响,土壤含水量较稳定;降水补给深度及植被根系需水的层次差异是导致3种样地土壤水分时间和空间上异质性的重要因素;土壤温度主要受大气温度影响,与土壤水分相关性不显著,且随土壤深度的增加而降低。