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申请/专利权人：江西省水利科学院(江西省大坝安全管理中心、江西省水资源管理中心)

摘要：本发明公开了一种计及多因素综合分析的山洪灾害概率预警方法，具体包括以下步骤：S1、数据收集与监测；S2、建立雨量与水位关系；S3、临界雨量的确定；S4、预测未来雨量变化；S5、考虑土壤含水量与蓄满产流；S6、综合预测山洪预警指标；本发明涉及灾害预警技术领域。该计及多因素综合分析的山洪灾害概率预警方法，在基础的水位雨量关系上，考虑到了河道旁径流汇入河道对水位的影响，并且同时考虑到了土壤蓄满产流以及未蓄满即产流的两种情况，还结合河道旁地势对径流的影响，进一步提高了对径流汇入河道的时间和流量的分析的准确性，多方面考虑，有效的提高了临界雨量的数据分析的准确性，进而提高了山洪预警的精确性。

主权项：1.一种计及多因素综合分析的山洪灾害概率预警方法，其特征在于：具体包括以下步骤：S1、数据收集与监测：通过雨量监测站收集实时和历史的降雨数据；利用河道水位监测站获取河道的水位数据；通过土壤湿度监测设备获取山区土壤的含水量数据；S2、建立雨量与水位关系：分析历史雨量数据和对应河道水位数据，建立两者之间的关系模型；S3、临界雨量的确定：结合河道安全泄洪流量和河道水位，确定某一时段内引发山洪灾害的临界雨量；通过对历史山洪灾害发生时的降雨情况进行分析，结合各小流域的暴雨特性、地形地质条件，综合确定各个小流域的临界雨量；步骤S3包括以下步骤：首先，设原始的降雨与径流关系方程为：Q=C×R−I；其中，Q是径流流量，R是降雨强度，C是径流系数，I是初始损失，且初始损失I为通过历史数据分析获取的经验数值；引入河道底部沿水流方向的坡度F与土壤渗透能力B的参数，因为渗透能力越低，径流数值越高，则考虑进土壤渗透能力B的倒数，同时因为坡度越大，径流越快产生，则考虑进坡度的正指数，则设坡度F与土壤渗透能力B的函数关系为： ；其中，和是经验参数，需要通过实际观测数据或模型校准来确定，反映了土壤渗透能力和坡度对径流影响的敏感程度；将fB，F的细化公式代入到降雨与径流关系中，我们得到： ；设Qc表示临界流量，Rc表示临界雨量，将Qc代入降雨与径流关系方程中得到： ；进一步换算得到： ；S4、预测未来雨量变化：利用气象预报数据和模型，预测未来雨量变化；步骤S4中，使用气象预报数据或气象预报模型预测未来T1至T2时间内的雨量变化，并设预测的未来T1至T2时间内的雨量为RpT；S5、考虑土壤含水量与蓄满产流：分析土壤含水量数据，判断土壤是否达到蓄满状态；同时分析土壤蓄满产流和雨势大未蓄满即产流的两种情况，结合地势和距离因素，综合分析岸上径流汇入河道对河道水位的影响；步骤S5中，考虑土壤蓄满产流包括：设土壤达到蓄满状态时的含水量为Dm，土壤当前含水量为D，当D≥Dm时，土壤开始产生径流；分析雨势大未蓄满即产流时，分析径流汇入河道的流量随时间变化的关系，设：S为土壤吸水速度；P为植被覆盖因子，且为0-1之间，0代表无植被，1代表完全覆盖；θ为当前土壤含水量；土壤吸水公式为：θT=θT-1+S×1-P×ΔT-ET；其中，θT是时间T时的土壤含水量，ΔT是时间间隔，ET是在时间T内的蒸发量；则土壤吸水速度为： ；在时间T内的蒸发量ET的计算步骤为，设：RH为相对湿度；Tair为空气温度；V为风速；蒸发量估算公式为： ；其中，K是一个经验系数，取决于地表类型、植被覆盖因素；eSTair通过Magnus-Tetens公式估算： ；将eSTair代入ET为： ；则：；当降雨强度R大于土壤吸水速度S时即产生径流；考虑径流所处区域坡度和离河道距离的因素，具体包括以下步骤：S5.1计算坡度因子α：将岸上计算径流的区域划分为若干网格，对于每个网格（i，j），计算坡度因子α： ；其中，Sl（i，j）表示网格（i，j）位置的坡度值；SF为坡度比例因子，用于调整坡度对α的影响；S5.2计算距离河道因子β：对于每个网格（i，j），计算距离河道因子β： ；其中，d（i，j）表示网格（i，j）位置到最近河道的距离；Dc为距离衰减常数，用于调整距离对β的影响；S5.3对于每个网格（i，j），计算其单位时间ΔT内的径流贡献Qt（i，j）：Qt（i，j）=ΔT×R（i，j）×U（i，j）×α（i，j）×β（i，j）；其中，ΔT表示时间步长；U（i，j）表示网格（i，j）位置未蓄满水的土壤区域比例；R（i，j）表示网格（i，j）位置的降雨量；S5.4遍历所有网格，累加它们的径流贡献到河道流量Q： ；其中，Qinit表示河道初始流量，Qnew表示河道汇入径流后的总流量；S5.5迭代和模拟：在模拟长时间的径流过程中，重复步骤S5.3和S5.4，每次更新河道流量Qnew；S6、综合预测山洪预警指标：结合雨量预测数据、河道水位数据、土壤含水量及蓄满产流数据，综合预测山洪预警指标并确定预警等级，制定相应的预警措施和应急预案。

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