孔老师—山洪灾害预警指标及阈值计算方法

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5、历史山洪事件统计分析法
以查图的方式实施预警 采用下缘线，以典型时段3h，滚动时间1h为例 依次滚动1h计算对应的3h预警阈值R阈，与该时刻后的3h实测累计时
段雨量R实比较，据此判读是否发布预警信息。
临累 界计 雨 雨 有效降雨量过程线 量量
mm mm
时 段 雨 量
mm 预警 阈值
o
Pa
统计最大6小时雨量以及该6小时最大雨量发生之前的土壤饱和度。 绘制土壤饱和度与降雨量间的散点图，并利用不同的标示将超警戒与
未超警戒的暴雨场次区分开。 根据是否超过警戒流量，将各散点对应的洪水分为2 类。在图中设法
画出一条临界警戒雨量线( 直线)将土壤饱和度和雨量组成的状态空 间分为2个部分。 根据散点图得到与6小时时段对应的土壤饱和度与临界雨量的关系。
50Βιβλιοθήκη 113、预警指标各计算方法特征分析
5）水位/流量反推法 方法给出的临界雨量：针对具体预警保护对象，某一固定大小控
制时段（如1h，3h等）的时段临界雨量。 需要的分析资料：三类资料之一：A 预警断面处临界流量设计频
率及集水区域长系列历史降雨资料；B 预警断面处长系列历史洪 水资料及集水区域内长系列历史降雨资料；C 小流域设计暴雨及 设计洪水计算图集或水文手册。 存在问题：在整个降雨过程中，同一个控制时段的临界雨量是固 定不变的，即没有考虑前期降雨条件对临界雨量的影响；假定暴 雨与洪峰流量具有相同的频率。
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3、预警指标各计算方法特征分析
3）历史实际山洪灾害事件统计法 方法给出的临界雨量：针对具体预警保护对象，某一固定大小控
制时段（如1h，3h等），在降雨过程的不同时间段的时段临界雨 量。除了与控制时段内的雨量有关，还与时段起始时刻的有效降 雨量有关。 需要的分析资料：预警保护对象所在河道断面处历史山洪事件对 应的流量及集水区域的降雨资料。 存在问题：没有考虑降雨过程时程分配对山洪的影响。
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3、预警指标各计算方法特征分析
6）分布式流域水文模型法 方法给出的临界雨量：针对具体预警保护对象，某一固定大小控
制时段（如3h），在降雨过程不同时间段的时段临界雨量。 需要的分析资料：预警断面处临界流量；集水区域或小流域的地
形、地貌、植被等下垫面资料；小流域设计暴雨及设计洪水计算 图集或水文手册。 方法优点：根据降雨径流形成的物理过程，采用水文学原理及径 流形成理论，直接建立临界流量与时段临界雨量间的定量关系； 考虑了时段起始时刻的有效降雨量、时段内降雨时程分配对临界 雨量的影响。
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3、预警指标各计算方法特征分析
4）暴雨临界曲线法 方法给出的临界雨量：针对具体预警保护对象，某一固定大小控
制时段（如1h，3h等），在降雨过程的不同时间段的时段临界雨 量。除了与控制时段内的雨量有关，还与时段起始时刻的累计降 雨量有关。 需要的分析资料：预警保护对象所在河道断面处的临界流量和小 流域设计暴雨及设计洪水计算图集或等值线图。 存在问题：没有考虑降雨之前土壤含水条件以及控制时段内降雨 过程时程分配对山洪的影响；采用纯经验方法（双曲函数）建立 时段临界雨量与累计降雨量之间的关系。
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2、资料收集与整理
水文资料 山洪灾害多发期历年实测水文资料。 历史山洪灾害对应的水文调查资料。 降雨径流计算相关资料。 短历时暴雨时—面—深关系图。 降雨-径流相关图。 推理公式汇流参数地区综合������~m关系图。 损失参数μ分布或分区图。
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4、历史洪水资料统计分析法
4.1 基本方法 对历史洪水资料进行统计分析后，得到不同土壤含水条件下的
临界雨量值与控制时段间的相关关系——临界警戒雨量曲线。 将临界警戒雨量曲线与实测累计降雨过程对比分析，实施山洪灾
害预警。
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4、历史洪水资料统计分析法
4.2 临界警戒雨量曲线的制作 1）土壤饱和度与临界雨量间关系分析（以6小时时段为例） 对历史所有洪水(不分大小)，在其前24小时集水区域内降雨过程中
线和下缘线分别对应不同的RTI值 雨量临界分区
上缘线 PI
高发生区
中发生区 下缘线
低发生区
R
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5、历史山洪事件统计分析法
5.3 预警方法 以雨量驱动指标值为判据预警
以3h典型时段为例说明 假定滚动计算时段为1h，以下缘线对应的雨量驱动指标值为判据。 首先计算出降雨开始时刻的前期影响雨量，滚动统计3h时段雨量、时段 初的累计降雨量、有效降雨量，计算雨量驱动指标值，如雨量驱动指标 值大于判据值时，则发出预警信息。
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5、历史山洪事件统计分析法
计算前期影响雨量Pa及有效降雨量R 点绘PI—R散点图（与时段对应）
上缘线 PI
下缘线 R
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5、历史山洪事件统计分析法
降雨驱动指标类型（RTI）的选取及确定 根据散点图，绘制其上缘线和下缘线，认为下缘线对应的山洪发
生的可能性为10%，上缘线对应的山洪发生的可能性为90%。 根据散点图，选取降雨驱动指标类型，建议选用RTI=PI*R，上缘
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4、历史洪水资料统计分析法
降雨量/m m
100
90
超警戒
80
未超警戒
70
判别函数
60
50
40
30
20
10
0
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
土壤饱和度/%
同样可得到其它时段（1h，3h，12h等）的土壤饱和度与临界雨量。
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4、历史洪水资料统计分析法
2）临界警戒雨量曲线分析 对于某一土壤饱和度，取不同时段对应的临界雨量，点绘临界雨量与
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山洪灾害预警指标及阈值 计算方法
孔凡哲 中国矿业大学
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1、有关概念
预警指标 山洪灾害预警指标是指为预测山洪灾害发生时间及空间，定性
与定量相结合的衡量指数或参考值。 预警指标的分类
临界流量 指当发生山洪灾害时，流域内具有代表性和指示 性河道断面处的流量值。
临界水位 指当发生山洪灾害时，流域内主要水库、水塘以 及河道等具有代表性和指示性地点的水位值。
与定量相
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0、有关概念
2、资料收集与整理
预警指标 山洪灾害预警指标是指为预测山洪灾害发生时间及空间，定性
与定量相
自然地理资料 研究区或流域所属省份内的水文分区情况 典型山洪灾害流域大比例尺最新地形图 典型山洪灾害流域特征资料 自然地理概况
站网情况 降雨资料
山洪灾害多发期历年实测降雨资料 历史山洪灾害对应降雨调查资料 暴雨公式参数等值线图
时段的临界雨量逐渐减小。 以最小临界雨量为最小值，最大临界雨量为最大值，采用双曲函数
表示暴雨临界曲线，表达式为
式中:I 是时段的临界雨量(mm)；x是次降雨过程对应I的累计雨量(mm)； a、b 是参数。
临界雨量 指导致一个流域或地区发生山溪洪水灾害时时， 某一时段降雨达到或超过的量级。
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1、有关概念
预警指标的分级 各类预警指标可分为准备转移预警指标和立即转移预警指标两级。
预警指标阈值 根据分析计算出的各预警指标的临界值，做适当浮动后作为发
布预警的阈值。
1、有关概念
预警指标 山洪灾害预警指标是指为预测山洪灾害发生时间及空间，定性
6、暴雨临界曲线法
6.1 基本方法 随着一次降雨过程的不断进行，累积降雨量不断增加，同一时段
对应的临界雨量逐渐减小。 将累积降雨量作为横坐标，时段临界雨量作为纵坐标，得到一条
累积降雨量与时段临界雨量的关系——暴雨临界曲线。 实际预警时，根据实时降雨过程及暴雨临界曲线，确定山洪预警
阈值。
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时段间的关系，即为与该土壤饱和度对应的临界警戒雨量曲线。
累
积
临界警戒雨量线
降
雨
mm
降雨持续时间(h)
累
积
临界警戒雨量线
25%
降
50%
雨
mm
75%
降雨持续时间(h)
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4、历史洪水资料统计分析法
4.3 预警方法 确定降雨开始时的土壤饱和度； 选择与该饱和度对应（相同或相近）的临界警戒雨量线； 对比实时累计降雨过程线与临界警戒雨量线，决定是否发布预警。
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3、预警指标各计算方法特征分析
方法选择原则 技术条件具备，且地形、地貌、植被等下垫面条件资料满足要求
情况下，应该优先考虑采用基于流域水文模型的方法。 历史山洪资料以及对应的降雨资料较丰富的地区，可以考虑采用
基于历史洪水资料的方法（包括历史洪水资料统计分析法，历史 实际山洪灾害事件统计法以及基于统计归纳技术的区域临界雨量 计算法）。 在历史水文气象资料缺乏的情况下，可以考虑采用基于小流域设 计暴雨及设计洪水计算技术的方法（包括暴雨临界曲线法和水位/ 流量反推法）。
累
积
临界警戒雨量线
降
雨
mm
发布预警 不发布预警
累计降雨过程线（实测或预报） 降雨持续时间(h)
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5、历史山洪事件统计分析法
5.1 方法理论基础 某时段降雨能否形成山洪灾害，取决于时段雨量与时段初有效降
雨量的组合关系。 当预警保护对象处发生过多次山洪灾害事件时，可根据这些事件，