中小河流山洪監(jiān)測(cè)與預(yù)警預(yù)測(cè)技術(shù)研究

前言

　　我國(guó)中小河流眾多，流域面積在100-1000km。的河流有5萬多條，覆蓋了85％的城鎮(zhèn)及廣大農(nóng)村地區(qū)。由于我國(guó)中小河流防洪標(biāo)準(zhǔn)普遍偏低，洪災(zāi)損失極為嚴(yán)重。據(jù)統(tǒng)計(jì)，一般年份中小河流的水災(zāi)損失占全國(guó)水災(zāi)總損失的。70％～80％，近10年水災(zāi)造成的人員死亡中有2／3以上發(fā)生在中小河流?！　∩胶闉?zāi)害是指山丘區(qū)由降雨引起的山洪、泥石流和滑坡災(zāi)害。我國(guó)地處東亞季風(fēng)區(qū)，山丘區(qū)暴雨頻發(fā)，地形地質(zhì)條件復(fù)雜，再加上人類活動(dòng)的影響，導(dǎo)致山洪災(zāi)害發(fā)生頻繁。據(jù)統(tǒng)計(jì)，1950～2000年洪澇災(zāi)害死亡人數(shù)為26.3萬，其中山丘區(qū)死亡人數(shù)18萬，占總死亡人數(shù)的68.4％；近年山洪災(zāi)害造成的死亡人數(shù)占全國(guó)洪澇災(zāi)害死亡人數(shù)的比例進(jìn)一步提高，超過70％。山洪災(zāi)害是造成人員傷亡的主要災(zāi)種?！　∧壳?，我國(guó)中小河流山洪預(yù)報(bào)預(yù)警技術(shù)研究還處于起步階段，山洪監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)尚在試點(diǎn)建設(shè)中。由于大部分中小河流站網(wǎng)密度偏小，缺少必要的應(yīng)急監(jiān)測(cè)手段，預(yù)報(bào)方案不健全，加上中小河流源短流急，洪水具有強(qiáng)度大、歷時(shí)短、難預(yù)報(bào)、難預(yù)防的特點(diǎn)，因此中小河流突發(fā)性洪水的預(yù)報(bào)和防御已成為目前防洪減災(zāi)工作中突出的難點(diǎn)。為加強(qiáng)我國(guó)中小河流水文應(yīng)急監(jiān)測(cè)和突發(fā)性洪水預(yù)警預(yù)報(bào)技術(shù)研究，提高中小河流防洪管理水平，在財(cái)政部、水利部等有關(guān)部門的支持下，水利部水利信息中心組織開展了“中小河流突發(fā)性洪水監(jiān)測(cè)與預(yù)警預(yù)報(bào)技術(shù)”[水利部公益性行業(yè)科研專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)資助項(xiàng)目（200701001）]研究工作。本研究的總目標(biāo)是研發(fā)適合于中小河流流域的、基于流域下墊面信息的分布式水文漠型和方法，建立中小河流突發(fā)性洪水預(yù)警預(yù)報(bào)原型系統(tǒng)，為我國(guó)中小河流的防洪管理提供關(guān)鍵技術(shù)支撐。綜合考慮山洪災(zāi)害嚴(yán)重程度、資料條件、山洪防治前期基礎(chǔ)等因素，本項(xiàng)目選擇湖南省湘江支流洙水流域、江西省贛江支流遂川江流域?yàn)檠芯繉?duì)象，進(jìn)行中小河流站網(wǎng)布設(shè)、水文應(yīng)急監(jiān)測(cè)和分布式水文模擬技術(shù)的試驗(yàn)研究，開發(fā)基于分布式水文模型的中小河流山洪災(zāi)害預(yù)警預(yù)報(bào)原型系統(tǒng)，對(duì)研究成果進(jìn)行總結(jié)，并提出了有關(guān)建議。

內(nèi)容概要

全書共分為10章。第1章為緒論，簡(jiǎn)要介紹項(xiàng)目的研究背景與意義，分析了國(guó)內(nèi)外山洪監(jiān)測(cè)與預(yù)警預(yù)測(cè)技術(shù)研究進(jìn)展。第2章介紹中小河流山洪災(zāi)害防治區(qū)水文站網(wǎng)布設(shè)的技術(shù)原則和技術(shù)指標(biāo)。第3章介紹山洪預(yù)警指標(biāo)的確定方法和應(yīng)用實(shí)例。第4章介紹降水空間分布和流域蒸散發(fā)估算技術(shù)-第5章介紹數(shù)字高程模型生成數(shù)字流域技術(shù)。第6章介紹以水文學(xué)理淪為基礎(chǔ)的分布式水文模擬技術(shù)，建立了以XIN3GRID為基礎(chǔ)的山洪預(yù)報(bào)模型。第7章介紹了基于水文物理機(jī)制的分布式水文模擬技術(shù)，建立了基于CBHM的山洪預(yù)報(bào)模型。第8章介紹基于地貌單位線的山洪經(jīng)驗(yàn)預(yù)報(bào)方法及其應(yīng)用成果。第9章介紹中小河流山洪預(yù)警預(yù)報(bào)原型系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能、接口、數(shù)據(jù)庫(kù)以及關(guān)鍵技術(shù)。第10章總結(jié)了項(xiàng)目研究的主要結(jié)論，提出了有關(guān)建議。　　本書可供水文學(xué)及水資源、水利工程、氣象科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、土地管理等學(xué)科的科研人員、相關(guān)專業(yè)師生和從事水利工程或防洪管理工作的技術(shù)人員參考。

書籍目錄

前言 第1章　緒論 　1.1　研究背景與意義 　　1.1.1　我國(guó)中小河流山洪災(zāi)害概況 　　1.1.2　中小河流防洪面臨的挑戰(zhàn) 　　1.1.3　研究的必要性與需求分析 　1.2　國(guó)內(nèi)外山洪監(jiān)測(cè)與預(yù)警技術(shù)研究進(jìn)展 　　1.2.1　國(guó)外技術(shù)研究進(jìn)展 　　1.2.2　國(guó)內(nèi)技術(shù)研究進(jìn)展 　1.3　研究目標(biāo)與內(nèi)容 　　1.3.1　研究目標(biāo)與任務(wù) 　　1.3.2　主要研究?jī)?nèi)容 　1.4　研究區(qū)概況 　　1.4.1　研究區(qū)的選擇 　　1.4.2　湘江沫水流域概況 　　1.4.3　贛江遂川江流域概況 第2章　中小河流水文站網(wǎng)布設(shè)原則與方法 　2.1　概述 　2.2　山洪災(zāi)害監(jiān)測(cè)雨量站網(wǎng)布設(shè)原則 　　2.2.1　站網(wǎng)布設(shè)目的 　　2.2.2　設(shè)站數(shù)量原則 　　2.2.3　設(shè)站位置原則 　2.3　中小河流水文站網(wǎng)布設(shè)方法 　　2.3.1　山洪災(zāi)害防治區(qū)劃 　　2.3.2　降雨分區(qū) 　2.4　遂川江流域雨量站網(wǎng)密度分析 　　2.4.1　遂川江流域雨量站網(wǎng)密度 　　2.4.2　抽站法 　　2.4.3　流域水文模型法 　　2.4.4　結(jié)果對(duì)比分析 　2.5　沫水流域雨量站網(wǎng)密度分析 　2.6　山洪監(jiān)測(cè)站網(wǎng)布設(shè)特點(diǎn) 　2.7　小結(jié) 第3章　中小河流山洪預(yù)警指標(biāo) 　3.1　概述 　3.2　山洪預(yù)警指標(biāo)的研究方法 　　3.2.1　雨量預(yù)警指標(biāo)的確定方法 　　3.2.2　預(yù)警響應(yīng)時(shí)間的確定方法 　　3.2.3　水位預(yù)警指標(biāo)的確定 　3.3　遂川江流域山洪預(yù)警指標(biāo)的確定 　　3.3.1　遂川江流域山洪特征 　　3.3.2　警戒雨量和轉(zhuǎn)移雨量的確定 　　3.3.3　警戒水位和轉(zhuǎn)移水位的確定 　　3.3.4　山洪預(yù)警響應(yīng)時(shí)間的確定 　3.4　小結(jié) 第4章　降水空間分布和流域蒸散發(fā)估算技術(shù) 　4.1　概述 　4.2　雨量站監(jiān)測(cè)降水?dāng)?shù)據(jù)的空間插值方法 　4.3　雷達(dá)測(cè)雨的應(yīng)用實(shí)例 　　4.3.1　研究區(qū)概況 　　4.3.2　雷達(dá)測(cè)雨數(shù)據(jù)直接估測(cè)降雨分布 　　4.3.3　雷達(dá)測(cè)雨數(shù)據(jù)校正 　　4.3.4　基于分布式水文模型的雷達(dá)數(shù)據(jù)產(chǎn)品適用性評(píng)價(jià) 　4.4　蒸散發(fā)的遙感監(jiān)測(cè)方法研究 　　4.4.1　單層蒸散發(fā)模型 　　4.4.2　蒸發(fā)模型中的地表植被參數(shù)化方案 　4.5　小結(jié) 第5章　數(shù)字高程模型生成數(shù)字流域技術(shù) 　5.1　概述 　5.2　基于快速排序的分級(jí)填洼算法 　　5.2.1　M&V算法原理及實(shí)現(xiàn)偽碼 　　5.2.2　快速排序?qū)崿F(xiàn)分級(jí)填洼 　5.3　流向及集水面積確定 　5.4　基于“藍(lán)線”的集水面積閾值確定 　　5.4.1　集水面積閾值的概念 　　5.4.2　“藍(lán)線”處理 　　5.4.3　河網(wǎng)密度推求閾值 　　5.4.4　流域?qū)挾确植纪魄箝撝?　　5.4.5　水系分形推求閾值 　　5.4.6　根據(jù)閾值提取水系 　5.5　數(shù)字水系尺度轉(zhuǎn)換 　　5.5.1　尺度轉(zhuǎn)換的必要性分析 　　5.5.2　最大集水面積出流小柵格 　　5.5.3　河網(wǎng)柵格流向聚集 　　5.5.4　坡地柵格流向聚集 　　5.5.5　柵格流向修正 　5.6　小結(jié) 第6章　以水文學(xué)理論為基礎(chǔ)的分布式水文模擬技術(shù)——XIN3GRID 第7章　基于水文物理機(jī)制的分布式水文模擬技術(shù)——GBHM 第8章　基于地貌單位線的山洪經(jīng)驗(yàn)預(yù)報(bào)方法 第9章　中小河流山洪預(yù)警預(yù)報(bào)原型系統(tǒng) 第10章　成果總結(jié)與有關(guān)建議 參考文獻(xiàn) 附錄1　GBHM模型用戶指南 附錄2　XIN3GRID用戶建模指南 附表　不同初始土壤飽和度條件下的臨界雨量表 彩圖

章節(jié)摘錄

　　本研究所指的山洪是山丘區(qū)中小流域由降雨引起的突發(fā)性、暴漲暴落的洪水。針對(duì)中小河流洪水的特點(diǎn)和目前存在的突出問題，本研究的總目標(biāo)是以加強(qiáng)中小河流水文應(yīng)急監(jiān)測(cè)和突發(fā)性洪水預(yù)警技術(shù)的研究，研發(fā)適合于中小河流流域的、基于流域下墊面信息的分布式水文模擬技術(shù)為基礎(chǔ)，建立中小河流（含中小型水庫(kù)）突發(fā)性洪水預(yù)警預(yù)報(bào)原型系統(tǒng)，為我國(guó)中小河流的防洪管理提供關(guān)鍵技術(shù)支撐?！　”狙芯窟x擇位于我國(guó)東部季風(fēng)區(qū)、山洪災(zāi)害頻發(fā)的長(zhǎng)江流域鄱陽湖和洞庭湖水系山丘區(qū)作為研究對(duì)象，進(jìn)行中小河流站網(wǎng)布設(shè)、水文應(yīng)急監(jiān)測(cè)和分布式水文模擬技術(shù)的試驗(yàn)研究，開發(fā)基于分布式水文模型的中小河流山洪預(yù)警預(yù)報(bào)原型系統(tǒng)，并對(duì)研究成果進(jìn)行總結(jié)，提出推廣研究成果的建議?！　@總體目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，按照研究任務(wù)，本項(xiàng)目從站網(wǎng)布設(shè)、山洪預(yù)警指標(biāo)、山洪預(yù)報(bào)、山洪預(yù)報(bào)預(yù)警系統(tǒng)4個(gè)方面，分7個(gè)專題開展研究?！　ｎ}1：中小河流水文站網(wǎng)布設(shè)方法　　在我國(guó)站網(wǎng)普查和功能評(píng)價(jià)工作的基礎(chǔ)上，研究中小河流流域雨量站、水文站和水位站布設(shè)的原則和方法，通過布設(shè)少而精的測(cè)站聯(lián)合作用以獲得一定范圍內(nèi)的水文信息，滿足中小河流突發(fā)性洪水監(jiān)測(cè)、預(yù)警、預(yù)報(bào)的需求?！　ｎ}2：中小河流水文應(yīng)急監(jiān)測(cè)和預(yù)警技術(shù)　　研究中小河流水文應(yīng)急監(jiān)測(cè)項(xiàng)目、設(shè)備選型、通信手段、應(yīng)用軟件、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等；基于流域氣象、水文、歷史山洪災(zāi)害等資料的詳細(xì)、深入的分析研究，構(gòu)建警戒水位、危險(xiǎn)水位、臨界雨量（警戒雨量、危險(xiǎn)雨量）等山洪預(yù)警指標(biāo)體系，提出各個(gè)預(yù)警指標(biāo)確定的方法及適用條件?！　ｎ}3：降雨和蒸散發(fā)能力的時(shí)空分布估算技術(shù)　　因中小河流往往缺少常規(guī)的水文氣象觀測(cè)資料，可利用衛(wèi)星和雷達(dá)遙感信息，估算其流域降雨和蒸散發(fā)能力的時(shí)空分布?！　?）降水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的時(shí)空展布方法研究。對(duì)于有觀測(cè)數(shù)據(jù)或即將布設(shè)監(jiān)測(cè)儀器的地區(qū)，依據(jù)流域的地形和氣候特征，確定合理時(shí)空插值方法，以充分利用站點(diǎn)監(jiān)測(cè)信息來表征降雨和蒸發(fā)的時(shí)空變化?！　?）雷達(dá)測(cè)雨及衛(wèi)星云圖的應(yīng)用示范研究。選擇典型小流域，結(jié)合分布式水文模型，利用雷達(dá)回波影像圖，對(duì)雷達(dá)測(cè)雨數(shù)據(jù)產(chǎn)品的適用性進(jìn)行分析。此外，將衛(wèi)星資料與雷達(dá)及常規(guī)測(cè)雨資料結(jié)合起來，可改善降雨量的分析結(jié)果，本研究將在此方面進(jìn)行嘗試。

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