短历时降雨雨型规律研究与应用

为提升北京气候模式预报降雨产品精度,改善洪水预报效果,增强城市山洪及内涝风险管控水平,提出利用短历时降雨雨型规律修正气候模式预报降雨产品的系统方法。本文基于雨峰位置、雨量集中度、形变距离共3种雨型特征指标划分研究区域的雨型,然后根据各自雨型比例修正气候模式预报降雨产品。结果表明:柏崖厂流域九种雨型曲线拟合效果较好,相关系数均超过0.9。利用雨型规律修正预报降雨数据,相关系数由-0.68提升至0.94,确定性系数由-0.1提升至0.92,即利用雨型规律在柏崖厂修正预报降雨数据效果较好。

地质灾害与降雨雨型的关系研究

地质灾害的发生与降雨历时、降雨量及降雨雨型有密切的关系,不同雨型的降雨诱发地质灾害的诱发机制具有明显的差异性。本文通过收集的降雨实况与地质灾害反馈资料,将诱发地质灾害的降雨雨型分为3种类型:台风降雨、持续强降雨和局地暴雨。研究表明,台风降雨型降雨诱发地质灾害具有"即雨即滑"的特点,即地质灾害的发生与降雨在时间上具有较好的对应关系;地质灾害发生空间位置与台风运移轨迹也基本一致。多为群发型地质灾害,灾害规模较小,一般为表层或浅层滑坡、崩塌。持续强降雨型降雨诱发地质灾害,在强降雨过程中地质灾害具有同步发生的特点;在降雨强度不大但连续降雨过程中,地质灾害具有一定的滞后效应;在地质灾害大规模发生后,诱发新的地质灾害雨量阈值提高。局地暴雨型降雨诱发的地质灾害往往集中发生在出现局地暴雨的当日当地。

四川巴中市滑坡灾害与降雨雨型关系探讨

巴中市地处四川盆地和秦岭造山带的过渡地带,地质构造以宽缓的隔档式褶皱为主,地层岩性主要为砂泥岩互层的红层岩体,红层滑坡灾害多为强降雨诱发。开展滑坡灾害与降雨雨型关系的研究,可为该地区滑坡灾害临界降雨阈值和预警服务提供参考。文章通过统计巴中市强降雨事件与滑坡发生的对应关系,初步揭示了滑坡灾害触发的降雨特征,并在分析降雨强度的基础上,结合降雨历时和降雨过程,对巴中市2007—2016年之间23场月降雨量大于200 mm的降雨事件进行了细分,共划分为单峰型、前峰型、后峰型、递增型、递减型、均匀型6类降雨雨型。对各类降雨雨型下滑坡发生数量进行统计,递增型和单峰型降雨事件下滑坡发生的比例分别为46.90%和25.02%。经稳定性计算分析,递增型和单峰型两类雨型条件下滑坡稳定性有明显降低,降雨过程对滑坡发生具有显著影响。结果表明:强降雨期间应加强降雨雨型的分析,为适时发布区域滑坡灾害预警信息、做好提前避让提供技术支撑。

降雨雨型和强度对土边坡稳定性影响分析

自然界绝大多数滑坡都是在降雨期间发生的。研究降雨诱发滑坡机制具有十分重要的意义。选取南京板桥河某堤段边坡,利用SLOPE/W和SEEP/W耦合进行土坡稳定性分析。通过建立不同降雨雨型和降雨强度影响下的土坡仿真模型,并对暂态渗流场进行相应的数值计算,分析了不同降雨雨型和强度对土坡稳定性的影响。计算结果分析表明:(1)边坡安全系数随降雨雨型的变化而变化;(2)降雨持时相同,边坡安全系数随降雨强度增大而降低;(3)只有经过一定的降雨持时,安全系数才会明显变化。

降雨雨型对滑坡影响的流固耦合数值分析

基于流固耦合理论和非饱和土强度理论,对降雨雨型对降雨型滑坡产生的影响进行了数值分析研究。结果表明,不同降雨雨型虽降雨量相同,但强度不同,对边坡孔隙水压力变化、分布和稳定性变化有重要影响;造成这种差异的根本原因为降雨量在整个降雨过程不同时段的集中程度不同。从安全的角度考虑,在进行边坡的稳定性分析时,在已知降雨量和降雨持时的条件下,建议采用线性递增型雨型来进行计算。

降雨雨型对高速公路土质边坡渗流场及稳定性的影响研究

基于对降雨雨型是影响土质边坡稳定性的主要因素之一的认识,开展了三种降雨雨型对土质边坡渗流场及稳定性影响的研究,研究表明:逐渐增大型的降雨雨型对边坡的渗流场及稳定性影响程度大于逐渐减小与均匀降雨的雨型,同时有针对性的提出了防排水及防护技术。

降雨雨型对滑坡稳定性影响研究

降雨是触发滑坡启动的重要因素,但有关于降雨雨型对滑坡的渗流场、位移场和稳定性影响研究十分有限。因此,基于亚喀则滑坡区的工程地质条件和降雨雨型,利用二维有限元分析软件GeoStudio,研究了五种不同雨型在降雨量和降雨历时都相同的一次降雨过程中对渗流场和位移场的影响特征。结果表明:①不同雨型在总降雨量和降雨历时相同的一次降雨过程对亚喀则滑坡的稳定性影响是显著的;②各降雨雨型下滑坡渗流场、位移场及稳定性均有良好的相关性;③递增型降雨雨型是最不利滑坡稳定性的降雨雨型。

降雨雨型和强度对SWMM模型参数局部灵敏度的影响分析

运用修正的Morris筛选法对暴雨雨洪管理模型中水文水动力模块部分参数进行局部灵敏度分析,并研究降雨雨型和降雨强度对参数灵敏度的影响。研究结果表明,汇水单元不透水面积百分率(pct-imperv)对总径流量和峰值流量的灵敏度最高;对于总径流量,单峰降雨条件下的汇水单元面积(area)的灵敏度明显高于多峰条件下的灵敏度值;雨型相同时,增加降雨强度,下垫面参数的灵敏度增加。

坡面各侵蚀分带的侵蚀特征对降雨雨型的响应

以不同侵蚀带的径流小区为研究对象,统计试验地附近土壤侵蚀观测站6年降雨、径流泥沙观测资料,对浅沟坡面不同侵蚀带侵蚀产沙对降雨雨型的响应,结果表明:随着降雨强度的提高,不同土壤侵蚀分带的径流量均呈增加趋势,且短历时、高强度暴雨在片蚀带、细沟侵蚀带和浅沟侵蚀带的径流量与土壤侵蚀量均最大;不同侵蚀分带径流产沙量呈显著的线性关系;随着降雨强度的增加,浅沟侵蚀带径流产沙量逐渐增大,不同降雨强度下,片蚀带径流产沙量均较小,表明发生坡面侵蚀的主要原因是由于沟蚀的径流产生引起的。在不同降雨雨型下的线性函数方程中,均以A1降雨雨型下三个侵蚀分带回归方程的斜率最大,且土壤侵蚀量与降雨强度之间呈显著的正相关关系。

地质灾害和降雨雨型的关系研究

我国由于地域广阔,地质较为复杂,因此成为世界上地质灾害类型最多,地质灾害最严重的国家之一。多数情况下,地质灾害的发生均和当地的地质条件存在密切的关系,也可能受到来自于外界的许多因素影响。长期的研究表明,在影响地质灾害的许多外界因素当中,降雨雨型为最重要的影响因素之一。本文对地质灾害和降雨雨型的关系进行了研究,对当前的天气预警地质灾害诱发机制的完善具有十分重要借鉴意义。

地质灾害与降雨雨型关系研究

文章以地质灾害与降雨雨型关系研究的意义为出发点,对降雨类型引发地质灾害特点进行了讨论,最后重点对地质灾害与不同雨型降雨关系进行了探究。

基于机器学习的雨型分类研究:以淠河流域为例

【目的】为了提升洪水预报方案的科学性和精度,开展降雨雨型分类,制定不同雨型的预报方案并实施作业预报是一条有效的技术路线。【方法】基于淠河流域2003—2021年37个雨量站逐小时降雨观测数据,利用业界公认的动态时间规划(DTW)算法进行场次降雨雨型分类并作为基准分类结果。在此基础上,分别选取决策树(DT)、长短期记忆神经网络(LSTM)、LightGBM、支持向量机(SVM)四种机器学习方法建立分类模型并检验分类效果。通过调整样本规模,分析不同样本容量对分类效果的影响。【结果】结果表明:四种分类模型中,LightGBM分类精度最高且训练速度快,LSTM和SVM分类精度良好但训练效率相对较低,DT方法分类速度较快但分类精度相对较低。随着样本规模的增大,分类结果逐步稳定,四种方法的分类效果和训练效率逐步提升。【结论】结果验证了机器学习方法在降雨序列雨型分类中具有较强的适用性,可为洪水预报方案分类构建提供技术支撑。

极值降雨处理对城市内涝防治的影响分析

【目的】极端降雨的频发导致了降雨样本中极值的出现,进而影响暴雨强度公式的推求。为研究极值降雨样本对暴雨强度公式推求精度的影响,并增加其在城市内涝防治应用中的合理性,【方法】以广州市近52 a(1969—2020年)的降雨数据为例,基于3σ准则和年次大值替代极大值方法,对降雨样本进行了极值的判定和处理,分析得出极值存在造成暴雨强度公式计算结果略有偏大。以猎德涌排涝片为例构建内涝模型,通过对不同极值处理方法下暴雨强度公式推求的芝加哥降雨过程线进行模拟,分析两方法在不同降雨情景下地表淹没水量的差异。【结果】结果显示:采用年次大值方法与极大值方法推求的降雨模拟结果相比,极大值方法较年次大值方法模拟的地表淹没水量增加11.36%~23.70%。【结论】结果表明:在实际应用中,采用年次大值方法,不仅保证了降雨样本的容量,而且提高了暴雨强度公式的推求精度,进而保证了城市内涝防治结果的精度。

典型泥石流小流域降雨和土地利用对坡面侵蚀的影响

[目的]揭示泥石流小流域降雨和土地利用对流域内坡面侵蚀的影响和作用,为泥石流的生态治理提供科学依据。[方法]以白龙江流域一级支沟——甘家沟泥石流小流域为研究区,基于该流域已建的5个径流小区(裸地、坡耕地、草地、土坎梯田、经济林地)连续5年的观测资料,利用K-均值聚类法,选择降雨量(P)、降雨历时(D)和最大30 min降雨强度(I30)3个降雨指标,将该流域46次侵蚀性降雨事件划分为3类雨型(Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型),以平均径流系数和平均土壤流失量为主要指标,定量化分析了不同降雨雨型和土地利用类型对坡面产流产沙的影响和作用。[结果]径流和土壤流失对降雨的响应存在差异,平均径流系数为Ⅰ型降雨最高,其次为Ⅲ型和Ⅱ型降雨;土壤流失量为Ⅱ型降雨>Ⅰ型降雨>Ⅲ型降雨。最大30 min降雨强度与5种土地利用类型的径流系数和土壤流失量的正相关性最高,其次为降雨量、降雨历时。5种土地利用类型的平均径流系数为裸地>经济林地>坡耕地>草地>土坎梯田,土壤流失量为裸地>坡耕地>经济林地>草地>土坎梯田。降雨和土地利用相互作用下,径流和土壤流失因雨型和土地利用方式不同而存在差异性,且认为在控制土壤侵蚀和减少泥石流坡面物源方面应避免大规模种植油橄榄。[结论]最大30 min降雨强度是影响该流域降雨侵蚀力的关键降雨指标,土坎梯田可较好控制坡面侵蚀,草地的减流减沙效果显著,研究结果可为坡面水土流失和泥石流防治提供科学依据。

基于雨型的南方城市道路降雨径流污染负荷分析

为研究南方道路降雨径流污染负荷,分析对比了重庆市和苏州市4场典型降雨过程中污染物浓度及污染负荷的变化。结果表明:雨型是污染负荷分布的重要影响因素,Ⅱ型降雨的污染负荷变化相对Ⅶ型降雨与径流量(或降雨强度)变化更为相似;污染物浓度与污染负荷的相关性差,径流量(或降雨量强度)与SS/TSS、TP、Pb的污染负荷存在明显相关性。南方城市道路径流污染控制在截留高浓度的初期雨水的同时,也应从污染负荷方面进行总量控制。

前期降雨及雨型对土质高边坡稳定性影响分析

为探讨降雨雨型及前期降雨对土质高边坡稳定性的影响,基于Geo-Studio有限元软件,针对不同雨型及前期降雨情形下土质高边坡进行稳定性研究。研究表明:边坡的安全系数在前期降雨量达到某一定强度时会大幅降低;前期降雨能够使边坡提前进入接近失稳的状态,提高了边坡发生失稳破坏的可能性;雨强峰值出现时间越后,安全系数越晚开始降低,同时其降低幅度越明显,即对边坡的稳定性越不利。

基于雨型的南方典型小流域城市降雨径流污染特征研究

为研究不同雨型条件下南方典型小流域城市的降雨径流特征,以深圳市观澜河流域为研究对象,通过对研究区域连续进行为期半年的降雨监测,从中选择常见的3种基本雨型(双峰型、前峰型、后峰型)条件进行水体中常规污染物的浓度分析,并为典型南方降雨径流控制措施的制定提供理论指导。得出结论如下:①双峰型降雨条件下,研究区域内不同功能区典型污染物浓度存在单一峰值,峰值时段位于降雨初期;②前峰型降雨条件下,典型南方小流域城市不同功能区典型污染物浓度存在2个峰值,前期峰值时段位于降雨初期,后期峰值时段位于降雨10 min左右;③后峰型降雨条件下,典型南方小流域城市不同功能区典型污染物浓度存在2个峰值,前期峰值时段位于降雨初期,后期峰值时段位于降雨60 min左右。

雨季施工围堰边坡渗流稳定性研究

为了研究雨期水利工程施工围堰边坡稳定性,采用Geo-Studio建立典型的围堰边坡模型,计算不同雨型对围堰边坡稳定性的影响。结果表明,降雨对围堰边坡稳定性影响具有滞后性,随雨强增大,滞后性增大。峰型对围堰边坡稳定性影响的滞后性最大,前峰型影响最小。为了保证围堰施工安全,对于雨季围堰施工需增强排水措施,较大强度的降雨在雨停一段时间后,仍需关注围堰安全。研究结果可为水利工程施工提供参考。

基于雨型的南方城市道路雨水径流污染物分析

以嘉兴市区主干道为研究区域,开展了该市两种典型降雨条件下,道路雨水径流中典型污染物初期冲刷效果、质量浓度变化规律、道路雨水径流水质污染指标相关性,污染物平均质量浓度(EMC)的研究。针对城市典型降雨,分析城市降雨径流污染过程的变化规律,对城市道路径流污染的控制和雨水资源有效利用具有重要意义。利用模式雨型对嘉兴市2010年至2013年间90场降雨进行归纳,总结出Ⅲ型和Ⅶ型为嘉兴市的常见雨型。从2013年降雨监测期间筛选出与该市发生频率最高的两种雨型相似的典型降雨进行分析,结果表明,(1)降雨雨型、降雨强度、降雨前期干燥时间均会对道路径流雨水中污染物浓度产生较大的影响,这也是Ⅶ型降雨比Ⅲ型降雨中道路雨水径流中污染物较高的原因。(2)以携带80%污染物所实际发生的径流量的多少来判断初期冲刷效应的强弱,则Ⅶ型降雨中TN、NH4+-N、SS、TP、COD的初期冲刷效应均强于Ⅲ型降雨。两场降雨中TP的初期冲刷效应均低于其他4种污染物。(3)道路雨水径流中TN、NH4+-N、COD与SS之间均存在良好的相关性。Ⅶ型降雨中TP与SS的相关系数为0.917,而在Ⅲ型降雨中TP与SS的相关系数仅为0.772,所以TP与SS的相关性受降雨条件影响较为明显。(4)Ⅲ型和Ⅶ型降雨中道路雨水径流中SS、COD、TP质量浓度分别为353.2、465.71、4.03mg·L-1和548.41、335.96、1.18 mg·L-1均不同程度的高于地表水V类标准。Ⅲ型和Ⅶ型降雨中TN浓度为3.47和6.62 mg·L-1高于国家污水一级排放标准,因此SS、COD、TP是道路雨水径流中的主要污染物。

黄土丘陵沟壑区的岔巴沟流域次降雨侵蚀力的研究

降雨侵蚀力是反映由降雨引起土壤侵蚀的潜在能力,是土壤侵蚀模型的重要因子。降雨侵蚀力指标就黄土高原,不同的学者提出不同的指标。雨型对土壤侵蚀影响很大,根据降雨特性分为三种雨型,通过对黄土丘陵沟壑区岔巴沟流域降雨的最大时段雨强与能量的乘积EIt与土壤侵蚀模数直线回归,并对各个相关性系数r之间进行了显著性分析表明,研究区所有雨型条件下从rEI10到rEI60各rEIt之间没有显著性差异;短阵型雷暴雨(A型雨)rEI10与rEI30没有显著性差异但与rEI40有显著性差异,锋面夹雷暴雨(B型雨)其rEI10与rEI100中各rEIt都没有显著性差异。因此,认为黄土丘陵沟壑区的降雨侵蚀力指标EI10到EI30各EIt都可以采用,并且可以被相应简易因子PIt替代。