臨界雨量計(jì)算方法

1、水位/流量反推法假定降雨與洪水同頻率，根據(jù)河道控制斷面警戒水位、保證水位和最高水位指標(biāo)，由水位流量關(guān)系計(jì)算對(duì)應(yīng)的流量，由流量頻率曲線關(guān)系，確定特征水位流量洪水頻率，由降雨頻率曲線確定臨界雨量，但此方法沒有考慮前期影響雨量。2、暴雨臨界曲線法暴雨臨界曲線法從河道安全泄洪流量出發(fā)，由水量平衡方程，當(dāng)某時(shí)段降雨量達(dá)到某一量級(jí)時(shí)，所形成的山洪剛好為河道的安全泄洪能力，如果大于這一降雨量將可能引發(fā)山洪災(zāi)害，該降雨量稱為臨界雨量。位于曲線下方的降雨引發(fā)的山洪流量在河道安全泄洪能力以內(nèi)，為非預(yù)警區(qū)，位于曲線上或上方的降雨引發(fā)的山洪流量超出河道的安全泄洪能力，為山洪預(yù)警區(qū)。3、比擬法比擬法的基本思路為，對(duì)無(wú)資料區(qū)域或山洪溝，當(dāng)這些區(qū)域的降雨條件、地質(zhì)條件（地質(zhì)構(gòu)造、地形、地貌、植被情況等）、氣象條件（地理位置、氣候特征、年均雨量等）、水文條件（流域面積、年均流量、河道長(zhǎng)度、河道比降等）等條件與典型區(qū)域某山洪溝較相似時(shí)，可視為二者的臨界雨量基本相同。4、水動(dòng)力學(xué)計(jì)算方法水動(dòng)力學(xué)計(jì)算方法具有較強(qiáng)的物理機(jī)制，基于二維淺水方程，并考慮降雨和下滲，對(duì)山洪的形成與演化過(guò)程進(jìn)行更細(xì)致的描述，具有理論先進(jìn)性和實(shí)際可操作性的特點(diǎn)，為防御山洪災(zāi)害提供了新技術(shù)。但由于計(jì)算參數(shù)，如阻力系數(shù)和下滲變量等，增加了模型的不確定性因素；此外，流域地質(zhì)、地貌等數(shù)據(jù)以及典型山洪觀測(cè)資料等也是此計(jì)算方法中必不可少的。5、實(shí)測(cè)雨量統(tǒng)計(jì)法根據(jù)區(qū)域內(nèi)歷次山洪災(zāi)害發(fā)生的時(shí)間表，基于大量實(shí)際資料，統(tǒng)計(jì)區(qū)域及周邊鄰近地區(qū)各雨量站對(duì)應(yīng)的雨量資料，取各站點(diǎn)各次山洪過(guò)程最大值的最小值為各站的單站臨界雨量初值，計(jì)算各次山洪過(guò)程各個(gè)站點(diǎn)的各時(shí)間段最大值的面平均值，取面平均值的最小值為區(qū)域臨界雨量初值。在初值的基礎(chǔ)上，確定單站和區(qū)域臨界雨量的變幅，取該變幅的取值區(qū)間為臨界雨量。上述各種方法的局限性在于所針對(duì)的流域面積大小不等，大部分方法是基于大于200km2的流域建立的；有的方法要求有較為詳細(xì)和配套的水文資料，這對(duì)于我國(guó)山區(qū)水文資料非常匱乏的實(shí)際情況，應(yīng)用非常有限，難以大面積推廣到其他流域；此外，這些方法大部分是基于統(tǒng)計(jì)分析的，沒有相應(yīng)的數(shù)理基礎(chǔ)。水動(dòng)力學(xué)計(jì)算方法雖有物理機(jī)制，但因數(shù)據(jù)、技術(shù)水平、參數(shù)確定等方面的要求，目前難以大規(guī)模運(yùn)用。6、降雨強(qiáng)度下包線法對(duì)于山洪泥石流災(zāi)害發(fā)生的流域，在具體發(fā)生災(zāi)害的區(qū)域及其周圍附近收集到幾個(gè)站點(diǎn)雨量大小較為接近的降雨量數(shù)據(jù)時(shí)，一般采用降雨強(qiáng)度下包線法。該方法是把每個(gè)站點(diǎn)一場(chǎng)降雨不同時(shí)段的降雨強(qiáng)度點(diǎn)繪出來(lái)，每個(gè)站點(diǎn)的降雨強(qiáng)度關(guān)系線繪制在一張圖上，然后再確定出它們的下包線，用下包線的雨強(qiáng)數(shù)據(jù)直接推算出本流域本次災(zāi)害對(duì)應(yīng)的臨界雨量值。7、降雨強(qiáng)度綜合線法當(dāng)收集到的成災(zāi)單站降雨量資料可靠性不高，尤其是降雨量較小的站點(diǎn)雨量的準(zhǔn)確性存疑時(shí)若采用降雨強(qiáng)度下包線法，往往受其影響誤差較大，因而可用多條降雨強(qiáng)度的綜合線進(jìn)行臨界雨量的推求。8、頻率曲線法災(zāi)害資料及對(duì)應(yīng)的流域降雨量資料較為缺乏時(shí)，可以采用本流域或者臨近自然地理情況相似年降雨量接近的流域雨量站資料進(jìn)行頻率計(jì)算，分析確定臨界雨量值。如果流域內(nèi)有多年來(lái)發(fā)生山洪、泥石流、滑坡等自然災(zāi)害的年份及次數(shù)記錄，可直接計(jì)算出該流域發(fā)生災(zāi)害的頻率。否則，可用經(jīng)驗(yàn)方式確定災(zāi)害頻率。例如，某流域30年來(lái)共發(fā)生6次山洪泥石流災(zāi)害，那么發(fā)生災(zāi)害頻率就是20%，也就是說(shuō)5年一遇。一般而言，流域地質(zhì)構(gòu)造的破碎程度，土壤的疏松程度，以及下墊面植被情況的好壞，直接決定了流域自然災(zāi)害發(fā)生頻率的大小。流域內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造愈破碎、土壤愈疏松、下墊面植被條件愈差，該流域就愈加容易發(fā)生山洪泥石流等自然災(zāi)害，對(duì)應(yīng)的臨界雨量的重現(xiàn)期也就就愈小，反之，流域愈不易發(fā)生自然災(zāi)害，對(duì)應(yīng)的臨界雨量的重現(xiàn)期就愈大。9、前期雨量推求臨界雨量法本方法選取不同區(qū)的雨量樣本，通過(guò)公式min（R）=R+R+R+R0（當(dāng)日）（前1日）（前2日）e（1）R指每次個(gè)例的臨界雨量，取所有個(gè)例中臨界雨量最小值作為區(qū)域臨界雨量；0R指滑坡發(fā)生當(dāng)天24h雨量，實(shí)際業(yè)務(wù)中用預(yù)報(bào)值代替；（當(dāng)日）R和R分別指滑坡發(fā)生前第1天和第2天24h雨量，R表示滑坡發(fā)生前第3天至（前1日）（前2日）e第18天有效雨量,其經(jīng)驗(yàn)公式為：R=蘭dk-2Rekk=3（2）R表示滑坡發(fā)生前第k日的雨量，k=3,4,5,…，18,k8k--為衰減系數(shù)，通常取0.8；根據(jù)公式（1）可以獲得N個(gè)不同的雨量值，將這些雨量值按大小排列，取其中的最小值作為區(qū)域的臨界雨量值。目前水文水力學(xué)方法主要考慮前期降雨量（前期土壤飽和度）和時(shí)段累積降雨量?jī)蓚€(gè)因素，在多數(shù)情況下，這兩個(gè)因素也是影響臨界雨量的主要因素，因而是合理的。但在另一些情況下，例如在主要由降雨強(qiáng)度驅(qū)動(dòng)的山洪災(zāi)害，臨界雨量的其他影響因素如地形、植被、土壤類型、地質(zhì)、土地利用方式等下墊面特征參數(shù)對(duì)臨界雨量的影響可能超過(guò)前期降雨量（前期土壤飽和度），因此在實(shí)際應(yīng)用現(xiàn)有方法時(shí)，應(yīng)注意分析其適用條件。10、災(zāi)害與降雨頻率分析法通過(guò)對(duì)災(zāi)害場(chǎng)次的調(diào)查，分析山洪災(zāi)害發(fā)生的頻率，分析計(jì)算與災(zāi)害相同頻率的降雨量，全國(guó)各省都有不同時(shí)段的（10分鐘、1小時(shí)、6小時(shí)、24小時(shí)）的最大雨量等值線圖，變差系數(shù)等值線圖（Cv/Cs—般各省已經(jīng)固定），而且已經(jīng)進(jìn)行了延長(zhǎng)，山洪災(zāi)害區(qū)的各頻率設(shè)計(jì)雨量都可以計(jì)算出來(lái)，取與山洪災(zāi)害發(fā)生頻率相同的降雨量設(shè)計(jì)值作為臨界雨量的初值。通過(guò)與周圍鄰近地區(qū)的臨界雨量進(jìn)行綜合對(duì)比分析，最后合理確定臨界雨量值。11、統(tǒng)計(jì)歸納方法從面雨量推求區(qū)域臨界雨量。采用滑動(dòng)平均法計(jì)算目標(biāo)區(qū)域內(nèi)與歷次山洪災(zāi)害對(duì)應(yīng)的各時(shí)段最大面平均雨量，然后從這些最大面平均雨量中取最小值作為區(qū)域臨界雨量初值，然后在初值上下根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取一定的變幅構(gòu)成區(qū)域臨界雨量區(qū)間只要面雨量在該區(qū)間內(nèi)，區(qū)域內(nèi)就有可能發(fā)生山洪災(zāi)害。本法適用于雨量站密度相對(duì)較小的區(qū)域，區(qū)內(nèi)雨量站不能控制的部分地區(qū)實(shí)際上可認(rèn)為是通過(guò)內(nèi)插法得到的臨界雨量。本法可判斷區(qū)內(nèi)山洪災(zāi)害發(fā)生與否，但無(wú)法確定山洪災(zāi)害發(fā)生的場(chǎng)次和規(guī)模，只能作大致的定性估計(jì)。本法資料需求相對(duì)簡(jiǎn)單，只需要降雨和相應(yīng)的山洪災(zāi)害資料。12、利用降雨——徑流關(guān)系推求臨界雨量假設(shè)目標(biāo)區(qū)降雨均勻分布，利用水文模型建立不同歷時(shí)的實(shí)測(cè)降雨——徑流關(guān)系。在初始條件（如土壤飽和度、地下水儲(chǔ)量等）不變的條件下，利用水文模型獲得某一歷時(shí)產(chǎn)生的不同徑流量及其對(duì)應(yīng)降雨量，并將其點(diǎn)繪在圖上，從而獲得該歷時(shí)的降雨——徑流關(guān)系曲線。根據(jù)臨界徑流值，容易查算得到臨界雨量值。需要注意的是，臨界雨量是一定土壤飽和度條件下的臨界雨量，其他條件不變時(shí)，土壤飽和度發(fā)生變化，降雨——徑流關(guān)系與臨界雨量也隨之變化。實(shí)際應(yīng)用時(shí)可取幾個(gè)典型的土壤飽和度，分別計(jì)算不同歷時(shí)的臨界雨量。研究表明物理性模型能給出更合理的結(jié)果。因此在條件允許時(shí)，應(yīng)采用物理性水文模型來(lái)建立實(shí)測(cè)降雨——徑流關(guān)系。分析表明，臨界徑流不確定性對(duì)臨界雨量的影響占主導(dǎo)地位，水文模型參數(shù)及其初始狀態(tài)的不確定性對(duì)臨界雨量的影響有限，其研究結(jié)果同時(shí)還顯示，前期土壤飽和度較小時(shí)臨界雨量的不確定性更大。13、有效降雨序列法按照臨界雨量的定義，應(yīng)將某點(diǎn)歷次災(zāi)害個(gè)例中最小的降水量確定為該點(diǎn)的臨界雨量值。但在新疆、西藏等地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)于山區(qū)地帶，而氣象站多分布于平原地區(qū)，降水量資料就目前而言只能提取距離地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)最近的氣象站點(diǎn)所觀測(cè)到的災(zāi)害發(fā)生當(dāng)日及前期降水量，對(duì)歷次個(gè)例分析發(fā)現(xiàn)，很多時(shí)候，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生時(shí)最近氣象站所觀測(cè)到的降水量非常小，根本不能真實(shí)的反映降水對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的貢獻(xiàn)。為了解決這個(gè)問(wèn)題。我們?cè)诖_定每次災(zāi)害發(fā)生時(shí)的有效雨量時(shí)，綜合考慮了當(dāng)日降水、前3d逐日降水、持續(xù)降水、前期降水對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的滯后影響等，嘗試著分別建立了前3d的平均雨量和最大雨量作為每次災(zāi)害發(fā)生時(shí)的有效雨量序列，然后再返回考察兩個(gè)序列對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的代表性，發(fā)現(xiàn)取最大降雨量值比取平均值對(duì)地質(zhì)災(zāi)害區(qū)雨量的代表性要好得多。因此我們?cè)跇?gòu)建有效雨量序列時(shí)提取了災(zāi)害發(fā)生當(dāng)日及前期連續(xù)降水中的最大值，臨界雨量的確定也是基于有效雨量序列進(jìn)行。具體步驟是：把各區(qū)地質(zhì)災(zāi)害個(gè)例集中，以就近原則，從各氣象站逐日降水資料中提取每次災(zāi)害發(fā)生當(dāng)日及前3d的逐日降水量，取最大者為該地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的有效降水量值，建立區(qū)域地質(zhì)R災(zāi)害有效降水量序列i。R1.5mm剔除i的樣本和地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生當(dāng)日及前期連續(xù)3d以上無(wú)降水的樣本，即認(rèn)為在一定程度上剔除了春季由于升溫融雪要素引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害個(gè)例(反查這類樣本發(fā)現(xiàn)多出現(xiàn)在3?4月，升溫是地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的主要貢獻(xiàn)因子)，同時(shí)也在一定程度上考慮了連續(xù)降水和前期降水對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的滯后作用。R剩余的樣本按有效降水量i值從大到小排列，并對(duì)其作分析，要在空?qǐng)?bào)和漏報(bào)之間選擇好平衡點(diǎn)，本文取前60%的樣本值，與有效降水量序列的平均值比較取較大者作為該區(qū)域的臨界雨量值。14、綜合計(jì)算方法(1)資料選取選取研究區(qū)某段時(shí)間內(nèi)的災(zāi)害資料，收集整理研究區(qū)內(nèi)的雨量資料。(2)類比訂正法:假定在同一次降雨過(guò)程中，氣象站周圍50km范圍內(nèi)的強(qiáng)降雨是在相同大尺度環(huán)流背景下，由相同中小尺度系統(tǒng)造成,則該范圍內(nèi)任一氣象站所觀測(cè)的最大降雨量可近似看作山洪區(qū)雨量。(3)排除訂正法經(jīng)一次訂正后，對(duì)于某個(gè)特殊個(gè)例再次訂正。(如：1、引發(fā)山洪的強(qiáng)降雨中尺度系統(tǒng)太小,屬局地強(qiáng)降雨天氣。2、資料收集有誤)用排除法直接去除這些個(gè)例。確定臨界雨量初值根據(jù)單站臨界雨量分析計(jì)算方法，將上述訂正后的N次山洪個(gè)例，按其24h最大雨量由大