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。     

内蒙古山洪致灾阈值与定量化风险评估研究

以赤峰市半支箭山洪沟为例,采用德国二维水文动力模型FloodArea、广义极值分布函数、情景模拟评估法和统计相关分析等方法,基于气象资料、山洪灾情个例和基础地理信息数据等,对半支箭山洪沟发生的5次山洪过程进行淹没模拟,通过建立淹没深度与面雨量的回归关系,计算不同山洪等级的致灾阈值,并定量评估不同重现期下山洪灾害对人口和GDP的可能影响,结果表明:(1) FloodArea模型对半支箭山洪沟流域有较好的淹没模拟能力,可应用于内蒙古无水文资料山洪沟的致灾阈值确定和定量化风险评估。(2)半支箭山洪沟的山洪致灾时效为4 h,其1—4级山洪的致灾阈值分别为58.5 mm、48.9 mm、39.3 mm和29.7 mm。(3)半支箭山洪沟T年一遇山洪影响的人口和GDP均随着淹没深度的增加而减少,其中影响最大的为0.1～0.6 m。(4) T年一遇山洪影响的人口和GDP分别在淹没深度为0.6～1.8 m和大于0.6 m时随着重现期的增大而增大。当淹没深度大于1.8 m时,5年一遇山洪影响的人口最小,100年一遇影响的人口最大;当淹没深度在0.1～0.6 m时,100年一遇山洪影响的GDP最小,30年一遇山洪影响的GDP最大。     

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。     

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。     

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。     

伊春中小河流强降水引发山洪预警指标研究

为提高对中小河流强降水引发山洪的预报预警能力,尽可能减少山洪灾害造成的人民生命财产损失,基于伊春市近10 a(2011-2020年)中小河流山洪灾害和对应的暴雨、短时强降水资料,分析了暴雨和短时强降水发生时的天气形势,统计了易发山洪的降水面雨量阈值。结果表明:伊春市暴雨和短时强降水发生时的天气形势主要为副高北抬阻挡低涡东移型、高空槽配合地面低压型和低涡配合地面低压型。通过雨量统计,得出6-8月易发山洪的降水面雨量阈值,6月份,同一区域48 h累计雨量达到85 mm,降水期间部分时段有短时强降水,小时雨强达到20 mm/h,并连续出现2-3 h;7月份,同一区域48 h累计雨量达到90 mm,或局地小时雨强超过30 mm/h;8月份,同一区域48 h累计雨量达到110 mm,或局地小时雨强达到30 mm/h。基于研究结果,建立了伊春市山洪预警流程。     

基于FloodArea模型的一次特大暴雨洪涝淹没模拟

利用蒲河流域内所有国家气象站以及区域自动气象站共28站逐小时降水实况、过程降水量、数字高程模型、土地利用、土壤类型等资料,采用FloodArea水动力模型,对2020年6月19日21时-22日20时出现的历史罕见暴雨洪涝过程进行洪水淹没模拟及效果检验。模拟结果表明：1)全过程模拟水位与实测水位整体拟合度较高,确定性系数DC达93.22%;2)蒲河上游来水较小,持续性强降水是造成此次洪涝水位偏高的主要原因,模拟显示蒲河流域中上游水位上涨明显,其中石角水文站模拟的最大上涨水位达7.61米,与实测上涨水位7.14米较为一致;3)FloodArea水动力模型能够较准确地反演出蒲河流域暴雨致洪个例的淹没进程,能够直观地反映出淹没范围、淹没深度的空间差异,且淹没深度与逐小时实测水位的确定性系数较高,淹没深度的突增对洪峰的预报预警具有一定的指示意义。     

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。     

一次特大暴雨诱发的山洪地质灾害淹没模拟分析

本文以四川省安县茶坪河流域2013年“7.9”特大暴雨过程为例,基于Flood Area模型模拟此次洪水的动态演进过程。通过对比5组不同试验结果,发现数字高程数据精度对模拟结果影响较大,采用经过填洼的DEM高程数据得到的模拟结果更为准确,粗糙度系数在取值范围内对模拟结果影响较小。模型最终采用经过填洼的DEM高程数据,反距离权重雨量栅格分布、泰森多边形计算的面雨量文件以及加入嵌入河道的粗糙度参数模拟茶坪河流域此次洪水过程,模型较好的模拟出了整个洪水的动态淹没过程。模拟结果与实地灾情对比:上游考察点附近河道最高淹没深度为5.8m,下游考察点最高淹没深度为3.83m,均与实际灾情较为吻合;对两个考察点逐小时淹没水深与1~8h累积面雨量求相关,得到上游千佛镇预警时效为2h,下游晓坝镇预警时效为6h。考察点位置不同,使得累积面雨量预警时效不同。      

基于FloodArea的新疆依格孜牙河流域 山洪灾害风险区划

以新疆依格孜牙河流域为研究区,利用流域内6个自动站2013—2017年和周边7个国家基本气象站1961—2017年降水资料,基于水动力模型FloodArea构建淹没水深和降雨量之间的函数关系,确定不同重现期的致灾临界雨量阈值。利用FloodArea模型动态模拟暴雨洪灾的淹没情况,并结合研究区承灾因子(人口分布、GDP、土地利用类型),完成该流域的暴雨洪灾风险区划。结果表明,位于该流域中下游的塔格勒克艾日克村、克孜勒陶乡、依格孜牙乡林场等属于暴雨山洪的高风险区,而海拔相对较高且处于流域上游的塔木喀拉牧场、布格拉等地属于山洪淹没的低风险区。     

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。     

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。     

贵州区域性暴雨过程的定量化评估及气候特征

利用贵州省84个气象观测站点1961—2020年逐日降水数据,定义贵州省区域暴雨标准,构建了综合考虑暴雨过程持续时间、暴雨范围、平均暴雨量3个指标的贵州区域性暴雨过程综合强度评估方法和雨涝年景指数,分析近60a贵州区域暴雨过程次数、强度和雨涝年景指数等特征和变化。结果表明：贵州区域性暴雨过程共出现721次,平均每年12.0次,2015年最多达20次,1961年最少仅4次;区域性暴雨过程3—9月均可出现,6—7月最为集中,6月最多,3月最少;区域性暴雨过程以0.4次/10a 的速率呈弱的上升趋势,年际和年代际特征明显;区域性暴雨过程的影响范围多为6～19站,持续天数为 1～5 d,平均暴雨量多为60～80mm;强、特强暴雨过程呈显著增加趋势,较强暴雨过程呈略微增加趋势,一般性暴雨过程呈略微减少趋势;雨涝年景指数呈显著上升趋势,7个强雨涝年2014、2020、1996、1999、1995、2000和1991年均出现在1990年后。     

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。     

2013年四川盆地持续性特大暴雨过程对比分析

利用NCEP1°×1°再分析资料和地面加密自动站资料,采用动力诊断分析方法,对造成盆地连续出现突破气象历史记录的暴雨洪涝灾害的6月18~20日川西大暴雨、6月29日~7月2日持续性特大暴雨和7月8~11日川西持续性特大暴雨过程进行对比分析,对暴雨过程的形成机制进行探讨,得出以下结论：盆地持续性暴雨具有东高西低的环流形势,大尺度环流背景的稳定少动,以及中尺度影响系统的稳定维持或发展,是形成持续性暴雨的关键之一;低空急流的长时间维持是暴雨持续时间的原因之二;在持续性暴雨天气过程中,中层能量条件的维持是一个重要的关注点;持续性暴雨过程中,对流持续发展的关键之一是长时间存在着强盛的垂直上升气流;冷空气的参与为暴雨的持续发生也有一定的作用。     

暴雨洪涝淹没模型在洪灾损失评估中的应用

为了开展客观定量的暴雨洪涝灾害评估,探讨了基于暴雨洪涝淹没模型的暴雨洪涝灾害损失评估业务流程,其核心环节有两部分：估算因降水造成的淹没范围和建立适用的经济损失评估模型。其中暴雨洪涝淹没模型以最大坡降算法和曼宁公式计算暴雨洪涝汇流过程,通过给定汇流时间得到研究区域的淹没面积和水深;经济损失评估模型由直接经济损失和间接经济损失构成,直接经济损失由淹没范围内各类财产的价值乘以其相应的损失率得到。以武汉市江夏区2010年7月一次暴雨洪涝灾害过程为例给出了整个评估流程的实现过程,结果表明基于暴雨洪涝淹没模型的洪涝灾害损失评估业务流程物理意义清楚,表达了暴雨-径流-洪涝灾害全过程,可用以提高洪涝灾害影响评估的定量化程度,同时也为暴雨洪涝风险管理提供一定的依据。     

0509号台风暴雨过程分析与暴雨灾害评估

针对2005年8月8～10日辽宁区域性台风暴雨过程,以常规气象资料、自动站资料及卫星云图资料为基础进行分析。结果表明:暴雨是台风、副热带高压与西风槽相互作用的结果,较好的水汽条件是产生台风暴雨的重要条件之一,低空急流是水汽输送的通道,也是台风暴雨的明显特征之一;结合单站气压连续变化以及云系变化判断“麦莎”登陆时间地点;应用基于概率分析的暴雨事件快速评估模型对暴雨灾害进行评估,评估表明暴雨过程为三级暴雨灾害,属中度级别。