[發(fā)明專利]一種考慮降雨空間異質(zhì)性的山洪預(yù)警方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010047148.6
• 申請(qǐng)日: 2020-01-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111462450A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-07-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 閆寶偉;楊文發(fā);張俊;劉昱;李正坤;江慧寧;霍磊;曹琛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué);長(zhǎng)江水利委員會(huì)水文局
• 主分類號(hào): G08B21/10
• 分類號(hào): G08B21/10;G08B21/18;G01F23/00;G06F30/20
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 李智

本發(fā)明公開(kāi)了一種考慮降雨空間異質(zhì)性的山洪預(yù)警方法，屬于水文預(yù)報(bào)領(lǐng)域，該方法包括：獲取待預(yù)警流域多場(chǎng)歷史洪峰發(fā)生前設(shè)定時(shí)間段內(nèi)的土壤飽和度和復(fù)合雨量；其中，復(fù)合雨量兼顧降雨量大小和降雨空間分布情況；根據(jù)上述土壤飽和度和復(fù)合雨量構(gòu)建山洪預(yù)警模型；采集待預(yù)警流域土壤飽和度，根據(jù)山洪預(yù)警模型得到當(dāng)前土壤飽和度對(duì)應(yīng)的臨界復(fù)合雨量指標(biāo)，通過(guò)比較待預(yù)警流域當(dāng)前復(fù)合雨量與該臨界復(fù)合雨量指標(biāo)的大小，判斷降雨產(chǎn)生的洪水是否為超警洪水。本發(fā)明方法能夠具體量化降雨空間分布的不均勻度和暴雨中心分布情況，推求的臨界復(fù)合雨量指標(biāo)既考慮了降雨量的大小，又考慮了降雨的空間分布，進(jìn)而可以提高山洪預(yù)警的精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于水文預(yù)報(bào)技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種考慮降雨空間異質(zhì)性的山洪預(yù)警方法。

背景技術(shù)

受全球氣候變暖的影響，山丘區(qū)局地強(qiáng)降雨頻次呈增加之勢(shì)，隨著山丘區(qū)人類活動(dòng)的加劇，山洪災(zāi)害日漸成為我國(guó)防洪減災(zāi)的短板。為此，我國(guó)在2010—2016年開(kāi)展了全國(guó)性的山洪災(zāi)害調(diào)查評(píng)價(jià)工作，在山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃、預(yù)報(bào)預(yù)警等山洪災(zāi)害防御的關(guān)鍵技術(shù)方面取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，初步建成了山洪災(zāi)害防御體系。然而，一方面，我國(guó)山洪災(zāi)害防治量多面廣，治理難度大；另一方面，現(xiàn)有防御技術(shù)仍然存在一些亟待突破的“卡脖子”難題，如山洪預(yù)警的準(zhǔn)確性和及時(shí)性等。

山洪的預(yù)警通常可以通過(guò)建立高精度的洪水預(yù)報(bào)模型，根據(jù)預(yù)報(bào)洪峰是否超過(guò)河道的警戒流量進(jìn)行預(yù)警。另一種可行的途徑是通過(guò)建立與山洪密切相關(guān)的預(yù)警指標(biāo)，根據(jù)預(yù)警指標(biāo)判斷是否預(yù)警。臨界雨量是常用的預(yù)警指標(biāo)之一，除了跟降雨量直接相關(guān)外，還受土壤含水量和降雨空間異質(zhì)性等的影響。其中，降雨的空間異質(zhì)性是指降雨在流域不同的空間地區(qū)呈現(xiàn)不同的分布。

降雨空間異質(zhì)性的量化指標(biāo)有變差系數(shù)和不均勻系數(shù)等；其中，變差系數(shù)反映了降水?dāng)?shù)據(jù)的空間離散程度，不均勻系數(shù)反映了降雨的點(diǎn)面折減程度。這些指標(biāo)雖能反映出降雨在空間上的差異性，但無(wú)法反映暴雨中心的分布情況，指標(biāo)包含的信息不夠全面，無(wú)法據(jù)此直接推求臨界雨量，從而對(duì)山洪預(yù)警的精度造成影響。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種考慮降雨空間異質(zhì)性的山洪預(yù)警方法，其目的在于準(zhǔn)確量化降雨空間分布的不均勻度和暴雨中心分布情況，推求既能考慮降雨量大小又能考慮降雨空間分布情況的臨界復(fù)合雨量指標(biāo)，以提高山洪預(yù)警的精度。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種考慮降雨空間異質(zhì)性的山洪預(yù)警方法，包括：

S1：獲取待預(yù)警流域多場(chǎng)歷史洪峰發(fā)生前設(shè)定時(shí)間段內(nèi)的土壤飽和度和復(fù)合雨量；復(fù)合雨量根據(jù)面平均雨量和降雨空間異質(zhì)指數(shù)計(jì)算得到；降雨空間異質(zhì)指數(shù)根據(jù)設(shè)定時(shí)間段內(nèi)待預(yù)警流域的面平均雨量、等流時(shí)面的相對(duì)面積和等流時(shí)面的面平均雨量計(jì)算得到；

S2：根據(jù)上述土壤飽和度和復(fù)合雨量構(gòu)建山洪預(yù)警模型，得到不同土壤飽和度對(duì)應(yīng)的臨界復(fù)合雨量指標(biāo)；

S3：采集待預(yù)警流域土壤飽和度，根據(jù)山洪預(yù)警模型得到當(dāng)前土壤飽和度對(duì)應(yīng)的臨界復(fù)合雨量指標(biāo)，通過(guò)比較待預(yù)警流域當(dāng)前復(fù)合雨量與該臨界復(fù)合雨量指標(biāo)的大小，判斷降雨產(chǎn)生的洪水是否為超警洪水。

進(jìn)一步地，降雨空間異質(zhì)指數(shù)的計(jì)算方法具體為：

01：計(jì)算待預(yù)警區(qū)域內(nèi)各個(gè)雨量站點(diǎn)對(duì)應(yīng)的泰森多邊形的面積，并根據(jù)各個(gè)雨量站點(diǎn)對(duì)應(yīng)的泰森多邊形面積和歷史降雨量，計(jì)算待預(yù)警流域面平均雨量；

02：計(jì)算待預(yù)警區(qū)域各個(gè)等流時(shí)面的相對(duì)面積和面平均雨量；

03：根據(jù)以下公式計(jì)算得到降雨空間異質(zhì)指數(shù)：

其中，SHIP表示降雨空間異質(zhì)指數(shù)，R_k表示第k個(gè)等流時(shí)面的面平均雨量。

進(jìn)一步地，待預(yù)警流域面平均雨量計(jì)算公式為：