中小河流山洪監(jiān)測與預警預測技術(shù)研究

前言

　　我國中小河流眾多，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)。由于我國中小河流防洪標準普遍偏低，洪災損失極為嚴重。據(jù)統(tǒng)計，一般年份中小河流的水災損失占全國水災總損失的。70％～80％，近10年水災造成的人員死亡中有2／3以上發(fā)生在中小河流?！　∩胶闉暮κ侵干角饏^(qū)由降雨引起的山洪、泥石流和滑坡災害。我國地處東亞季風區(qū)，山丘區(qū)暴雨頻發(fā)，地形地質(zhì)條件復雜，再加上人類活動的影響，導致山洪災害發(fā)生頻繁。據(jù)統(tǒng)計，1950～2000年洪澇災害死亡人數(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％；近年山洪災害造成的死亡人數(shù)占全國洪澇災害死亡人數(shù)的比例進一步提高，超過70％。山洪災害是造成人員傷亡的主要災種?！　∧壳埃覈行『恿魃胶轭A報預警技術(shù)研究還處于起步階段，山洪監(jiān)測預警系統(tǒng)尚在試點建設(shè)中。由于大部分中小河流站網(wǎng)密度偏小，缺少必要的應急監(jiān)測手段，預報方案不健全，加上中小河流源短流急，洪水具有強度大、歷時短、難預報、難預防的特點，因此中小河流突發(fā)性洪水的預報和防御已成為目前防洪減災工作中突出的難點。為加強我國中小河流水文應急監(jiān)測和突發(fā)性洪水預警預報技術(shù)研究，提高中小河流防洪管理水平，在財政部、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)測與預警預報技術(shù)”[水利部公益性行業(yè)科研專項經(jīng)費資助項目（200701001）]研究工作。本研究的總目標是研發(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)性洪水預警預報原型系統(tǒng)，為我國中小河流的防洪管理提供關(guān)鍵技術(shù)支撐。綜合考慮山洪災害嚴重程度、資料條件、山洪防治前期基礎(chǔ)等因素，本項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為研究對象，進行中小河流站網(wǎng)布設(shè)、水文應急監(jiān)測和分布式水文模擬技術(shù)的試驗研究，開發(fā)基于分布式水文模型的中小河流山洪災害預警預報原型系統(tǒng)，對研究成果進行總結(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，簡要介紹項目的研究背景與意義，分析了國內(nèi)外山洪監(jiān)測與預警預測技術(shù)研究進展。第2章介紹中小河流山洪災害防治區(qū)水文站網(wǎng)布設(shè)的技術(shù)原則和技術(shù)指標。第3章介紹山洪預警指標的確定方法和應用實例。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)的山洪預報模型。第7章介紹了基于水文物理機制的分布式水文模擬技術(shù)，建立了基于CBHM的山洪預報模型。第8章介紹基于地貌單位線的山洪經(jīng)驗預報方法及其應用成果。第9章介紹中小河流山洪預警預報原型系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能、接口、數(shù)據(jù)庫以及關(guān)鍵技術(shù)。第10章總結(jié)了項目研究的主要結(jié)論，提出了有關(guān)建議?！　”緯晒┧膶W及水資源、水利工程、氣象科學、環(huán)境科學、土地管理等學科的科研人員、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　我國中小河流山洪災害概況 　　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　國內(nèi)外山洪監(jiān)測與預警技術(shù)研究進展 　　1.2.1　國外技術(shù)研究進展 　　1.2.2　國內(nèi)技術(shù)研究進展 　1.3　研究目標與內(nèi)容 　　1.3.1　研究目標與任務 　　1.3.2　主要研究內(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　山洪災害監(jiān)測雨量站網(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)測站網(wǎng)布設(shè)特點 　2.7　小結(jié) 第3章　中小河流山洪預警指標 　3.1　概述 　3.2　山洪預警指標的研究方法 　　3.2.1　雨量預警指標的確定方法 　　3.2.2　預警響應時間的確定方法 　　3.2.3　水位預警指標的確定 　3.3　遂川江流域山洪預警指標的確定 　　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　山洪預警響應時間的確定 　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)測降水數(shù)據(jù)的空間插值方法 　4.3　雷達測雨的應用實例 　　4.3.1　研究區(qū)概況 　　4.3.2　雷達測雨數(shù)據(jù)直接估測降雨分布 　　4.3.3　雷達測雨數(shù)據(jù)校正 　　4.3.4　基于分布式水文模型的雷達數(shù)據(jù)產(chǎn)品適用性評價 　4.4　蒸散發(fā)的遙感監(jiān)測方法研究 　　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填洼算法 　　5.2.1　M&V算法原理及實現(xiàn)偽碼 　　5.2.2　快速排序?qū)崿F(xiàn)分級填洼 　5.3　流向及集水面積確定 　5.4　基于“藍線”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)驗預報方法 第9章　中小河流山洪預警預報原型系統(tǒng) 第10章　成果總結(jié)與有關(guān)建議 參考文獻 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。針對中小河流洪水的特點和目前存在的突出問題，本研究的總目標是以加強中小河流水文應急監(jiān)測和突發(fā)性洪水預警技術(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）突發(fā)性洪水預警預報原型系統(tǒng)，為我國中小河流的防洪管理提供關(guān)鍵技術(shù)支撐?！　”狙芯窟x擇位于我國東部季風區(qū)、山洪災害頻發(fā)的長江流域鄱陽湖和洞庭湖水系山丘區(qū)作為研究對象，進行中小河流站網(wǎng)布設(shè)、水文應急監(jiān)測和分布式水文模擬技術(shù)的試驗研究，開發(fā)基于分布式水文模型的中小河流山洪預警預報原型系統(tǒng)，并對研究成果進行總結(jié)，提出推廣研究成果的建議。　　圍繞總體目標的實現(xiàn)，按照研究任務，本項目從站網(wǎng)布設(shè)、山洪預警指標、山洪預報、山洪預報預警系統(tǒng)4個方面，分7個專題開展研究?！　ｎ}1：中小河流水文站網(wǎng)布設(shè)方法　　在我國站網(wǎng)普查和功能評價工作的基礎(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、預警、預報的需求?！　ｎ}2：中小河流水文應急監(jiān)測和預警技術(shù)　　研究中小河流水文應急監(jiān)測項目、設(shè)備選型、通信手段、應用軟件、技術(shù)標準等；基于流域氣象、水文、歷史山洪災害等資料的詳細、深入的分析研究，構(gòu)建警戒水位、危險水位、臨界雨量（警戒雨量、危險雨量）等山洪預警指標體系，提出各個預警指標確定的方法及適用條件。　　專題3：降雨和蒸散發(fā)能力的時空分布估算技術(shù)　　因中小河流往往缺少常規(guī)的水文氣象觀測資料，可利用衛(wèi)星和雷達遙感信息，估算其流域降雨和蒸散發(fā)能力的時空分布?！　?）降水監(jiān)測數(shù)據(jù)的時空展布方法研究。對于有觀測數(shù)據(jù)或即將布設(shè)監(jiān)測儀器的地區(qū)，依據(jù)流域的地形和氣候特征，確定合理時空插值方法，以充分利用站點監(jiān)測信息來表征降雨和蒸發(fā)的時空變化?！　?）雷達測雨及衛(wèi)星云圖的應用示范研究。選擇典型小流域，結(jié)合分布式水文模型，利用雷達回波影像圖，對雷達測雨數(shù)據(jù)產(chǎn)品的適用性進行分析。此外，將衛(wèi)星資料與雷達及常規(guī)測雨資料結(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行嘗試。

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