基于FloodArea模型的呼和浩特市城区大青山南麓山洪致灾临界面雨量研究

以呼和浩特市城区北部大青山南麓山洪沟流域为研究区域,利用流域内气象观测站逐小时降水数据、数字高程模型数据、土地利用数据等资料,针对1998年7月12日和2020年8月1日暴雨时段,采用FloodArea淹没模型进行洪水动态淹没模拟。结果表明:1998年7月12日暴雨过程的FloodArea水动力模型模拟结果与实际情况较为吻合,且9条山洪沟的洪水淹没深度与累计9 h滑动面雨量的相关程度最高,构建了面雨量与淹没深度的回归关系方程,基于隐患点3个风险等级,确定了不同等级下的临界面雨量,以红山口沟为例,分别为69.9 mm(1级)、39.3 mm(2级)、17.2 mm(3级)。2020年8月1日暴雨过程的模型模拟结果基本与山洪过程一致。

基于FloodArea模型的一次特大暴雨洪涝淹没模拟

利用蒲河流域内所有国家气象站以及区域自动气象站共28站逐小时降水实况、过程降水量、数字高程模型、土地利用、土壤类型等资料,采用FloodArea水动力模型,对2020年6月19日21时—22日20时出现的历史罕见暴雨洪涝过程进行洪水淹没模拟及效果检验。模拟结果表明:(1)全过程模拟水位与实测水位整体拟合度较高,确定性系数DC达93.22%;(2)蒲河上游来水较小,持续性强降水是造成此次洪涝水位偏高的主要原因,模拟显示蒲河流域中上游水位上涨明显,其中石角水文站模拟的最大上涨水位达7.61 m,与实测上涨水位7.14 m较为一致;(3)FloodArea水动力模型能够较准确地反演出蒲河流域暴雨致洪个例的淹没进程,能够直观地反映出淹没范围、淹没深度的空间差异,且淹没深度与逐小时实测水位的确定性系数较高,淹没深度的突增对洪峰的预报预警具有一定的指示意义。

山洪灾害临界雨量确定方法对比研究--以雅安名山河流域为例

临界雨量是山洪灾害预警的重要指标,以雅安名山河流域为例,依据山洪灾情记录与逐小时降水数据,采用3种基于数据驱动的统计归纳法和基于灾变物理机制的FloodArea水文水力学方法,对比分析了名山河流域不同降雨历时(1、3、6、12、24 h)的山洪灾害临界雨量。通过研究发现,单站临界雨量法适用于雨量站分布均匀且站点密度高的区域,区域临界雨量法基于流域面雨量而非站点雨量,适用于雨量站布设稀疏的区域,其计算结果较实际情况偏低。灾害与降雨同频率法以县站长时间极值序列为样本,基于概率密度函数计算与灾害发生频率对应的临界雨量值,发现广义极值分布拟合效果最优、对数正态与耿贝尔分布次之。该方法数据需求简单,尤其适用于对灾情记录不全以及站点分布稀疏地区,但其存在山洪频率计算偏低情况下,临界雨量值计算结果偏高的问题,可依据实际情况采用合适的衰减系数,适当调整,减小误差。FloodArea水文模型更适用于精细化山区小流域山洪灾害过程的模拟,计算得到四级山洪灾害预警临界雨量值偏小,实际更接近三级风险雨量值。结果表明,统计方法倾向于高估,而水文模型指标则可能低估,山洪灾害临界雨量的推求可依据数据的实际情况综合采用多个方法进行复核订正。

基于FloodArea的石嘴山市暴雨山洪灾害风险影响区划

为分析评估石嘴山市暴雨山洪灾害风险及其影响,利用地形、水系、降水、人口、经济、土地等数据,采用FloodArea模型模拟与GIS空间分析相结合的方法,分析了石嘴山市极端降水变化特征,评估了不同重现期暴雨山洪灾害风险,及其对人口、社会经济的影响。结果表明:石嘴山市近20年处于极端暴雨偏多阶段,其典型暴雨过程降水分布概率具有双峰型特征。FloodArea模型能较为准确地模拟出石嘴山市的暴雨山洪过程。发生50 a、100 a一遇暴雨山洪灾害时,石嘴山市海拔1220~1310 m的山洪沟中游和海拔1095~1220 m的山洪沟下游两侧、山前海拔1300~1320 m的区域属于中高风险区,全市中风险区面积分别为170.2 km^(2)、268.3 km^(2),高风险区面积分别为159.1 km^(2)、319.3 km^(2);贺兰山下海拔1100~1300 m的村庄受暴雨山洪灾害影响最大,受影响人口数分别为3.19万、7.73万;农田、草地和建设用地三类土地受影响最大,合计受影响面积分别为3.21万hm^(2)、5.01万hm^(2);贺兰山内和沿山40%~90%的工矿企业、基础设施和农业产业会面临较大风险,受影响国内生产总值(GDP)为15.0~27.0亿元。

基于FloodArea模型新疆山洪淹没模拟及致灾临界雨量阈值的研究——以皮里青河流域为例

以皮里青河流域为研究区,运用小时降水、土地利用类型、数字高程(DEM)、实测淹没深度等数据,基于FloodArea模型对研究区2010年5月2日、2012年6月3日、2016年5月9日、2016年6月17日洪水过程进行再现模拟,通过精度验证并建立了降水-淹没深度的关系,在此基础上确定了4个淹没等级对应的致灾临界雨量。相关分析得出喀拉亚尕奇乡累计8 h降雨量与模拟洪水淹没深度的相关性最好,达到了0.96,潘津乡降雨累计5 h的相关性最好,为0.99;通过实测数据对模拟淹没深度进行精度检验得出,喀拉亚尕奇乡和潘津乡两个考察点相对误差分别为0.47 m和0.1 m,误差率分别为31.33%和7.69%,FloodArea模型对研究区洪水过程模拟的效果较好,可以反映出该区域的洪水淹没情况,能为无水文资料的山区流域的山洪过程进行较为精准的模拟;按照山洪灾害等级划分标准和降水-淹没深度的关系得出,预警点累计5 h降水得到对应4个等级的致灾临界雨量阈值分别为:四级17.84 mm、三级32.39 mm、二级54.21 mm、一级76.04 mm。

基于FloodArea模型的小流域山洪灾害临界雨量阈值初探

针对缺乏水位流量资料的山区小流域地区山洪临界雨量难以确定的问题,以四川省南江河上游流域作为研究区域,基于德国Geomer公司开发的二维非恒定流水动力模型"FloodArea",利用流域逐时降雨资料,地形高程数据以及土地利用数据,重现南江"6·28"山洪暴发的动态演进过程,对模拟得到的逐时淹没深度与1~24 h累积流域面雨量求相关,选取预警点淹没深度与累积面雨量的相关系数最高的时效作为预警点致灾临界雨量阈值的预报时效,通过建立预警点淹没深度与预报时效累积面雨量的回归方程,从而获取预警点不同风险等级的临界雨量阈值。结果表明:FloodArea模型能够较好地呈现出此次典型山洪的暴发过程,通过对不同地势预警点临界雨量阈值的对比,最终选取地势较低,位于河流汇口地带、风险等级较高的上两九义校作为南江河上游流域山洪风险预警点。

基于GIS和FloodArea水动力模型的重庆市山洪灾害风险区划

[目的]开展重庆市山洪灾害风险评估与区划,为该地区山洪防灾减灾提供相应参考。[方法]依据自然灾害风险评估理论,从致灾因子危险性、孕灾环境脆弱性、承灾体暴露性、防灾减灾能力4个方面选取指标,构建重庆市山洪灾害风险评估模型。结合相关气象、生态和社会经济数据,运用GIS空间数据分析完成重庆市山洪灾害风险区划。[结果]重庆市山洪灾害致灾因子危险性在合川和江津大部地区为高风险区,孕灾环境高脆弱区主要位于长江、嘉陵江沿江河谷地带,承灾体暴露性在重庆市主城区、南川、武隆、涪陵、城口为高暴露区,重庆东北部和东南部大部地区为低防灾减灾能力区。[结论]总体评估而言,重庆市山洪灾害风险的高风险区主要位于重庆东北部的巫溪、东南部的酉阳和彭水、西南部的江津和西北部的合川。

基于FloodArea模型的新疆尼勒克县暴雨山洪临界雨量的确定

[目的]对尼勒克县科蒙乡吉林台苏河流域2016年6月17日发生的特大山洪过程进行模拟并结合实地考察淹没水深对模拟结果进行验证,进而确定其山洪致灾临界雨量。[方法]以新疆尼勒克县典型山洪沟为研究对象,基于FloodArea淹没模型,利用流域内气象站降水资料、高程数据及相关基础地理信息数据,选取山洪预警点并分析预警点处不同累计时效的面雨量与模拟洪水过程线的相关关系。[结果]该流域洪水的淹没水深与对应累计9h面雨量相关性最高,确定了预警点处累计9h的4级风险等级对应的致灾临界值分别为12.80mm(4级),25.78mm(3级),45.24mm(2级),64.71mm(1级)。[结论]淹没模型FloodArea能够较为准确地模拟出研究区暴雨山洪个例淹没过程,根据其模拟结果能够反演出不同风险等级条件下该流域的山洪致灾临界面雨量。

基于FloodArea的新疆依格孜牙河流域山洪灾害风险区划

以新疆依格孜牙河流域为研究区,利用流域内6个自动站2013—2017年和周边7个国家基本气象站1961—2017年降水资料,基于水动力模型FloodArea构建淹没水深和降雨量之间的函数关系,确定不同重现期的致灾临界雨量阈值。利用FloodArea模型动态模拟暴雨洪灾的淹没情况,并结合研究区承灾因子(人口分布、GDP、土地利用类型),完成该流域的暴雨洪灾风险区划。结果表明,位于该流域中下游的塔格勒克艾日克村、克孜勒陶乡、依格孜牙乡林场等属于暴雨山洪的高风险区,而海拔相对较高且处于流域上游的塔木喀拉牧场、布格拉等地属于山洪淹没的低风险区。

基于FloodArea的三峡库区小流域山洪面雨量分析

以三峡库区普里河下游流域作为山洪灾害淹没模拟的研究区域,通过泰森多边形方法和算术平均方法分别计算流域面雨量,采用FloodArea模型对两种方法下的同一降水过程进行模拟,结合实地考察流域内淹没时间和淹没水深资料对比分析两者的模拟结果。结论表明:泰森多边形方法下的山洪灾害淹没模拟能较好地反映普里河下游流域内的因降水导致的山洪推进路线、淹没范围及淹没水深,且该方法下推算的山洪灾害致灾临界面雨量更具有实际应用价值。该方法可用于推算流域内的山洪灾害致灾临界面雨量。

基于FloodArea的台州10kV配网设施暴雨灾害临界雨量研究

目前,由于台风和暴雨等强降雨极端天气而造成的暴雨灾害问题已呈频发之势,很多城市对气候变化带来的突发极端天气灾害仍缺乏防范措施。部分城市基础建设的防范标准已经跟不上历史气候的变化,如配网变电站和配电室等设施,较易在洪涝灾害中发生故障。基于水动力学原理,以降雨导致的有源淹没为基本假设,利用高分辨率的地理信息数据和基于Flood Area模型的GIS栅格分析技术,对台州地区由降雨造成的洪涝灾害进行淹没模拟计算。然后模拟不同降雨情景的淹没范围和水深。结合10 kV配网承灾体的信息分布情况,确定研究区域内配网设备不同致灾等级下的临界面雨量。

国家级降水融合产品在山洪模拟中的适用性研究

利用SRTM数字高程DEM模型、土地利用数据,以ArcGIS为平台,以綦江流域为研究对象,基于自动气象站降水数据、多源降水融合产品等5种不同降水数据,采用泰森多边形法计算其逐小时流域面雨量,驱动FloodArea水动力模型,对2021年8月8日16时—9日10时綦江流域出现的一次山洪过程进行山洪淹没模拟,对得到的模拟水深与实测水位进行效果检验。结果表明:1)5种降水数据模拟的淹没水深在5个水文站的相关系数均较高,96%的相关系数达到了0.93,其中AWS、RT和NRT降水数据模拟的淹没深度效果都较好,相关系数最高可达0.9857;2)整体上模拟水位与实测水位的过程变化基本一致,但在峰值上,模拟水位具有1~2 h的滞后性,模拟的洪峰水位略微偏低;3)5种降水数据模拟的山洪过程拟合度较高,确定性系数均达到了0.8715以上,96%的比例达到了0.9215,其中最高为0.9831;4)5种降水数据模拟的山洪可信度较高,纳什效率系数均达到了0.8687以上,96%的比例达到了0.9202,其中最高为0.9817。

高要区大迳河流域山洪致灾临界面雨量分析

基于DEM高程数据、基础地理信息数据及降水资料等,利用FloodArea淹没模型对高要区西北部2018年6月8日特大暴雨诱发的洪灾过程进行模拟和校验,选取水南镇府气象站为灾害预警点建立雨-洪关系模型,计算各个风险等级的山洪致灾临界雨量,为高要区开展山洪灾害风险预警服务提供参考。结果表明:该次过程的模拟水深与实际水深偏差0.22 m,模拟效果较好。利用SPSS软件对预警点1、2、3、4、5、6 h累计雨量与模拟淹没水深进行相关性分析和回归模型建立,最后确定大迳河流域山洪灾害4个风险等级对应的2 h临界雨量分别为198.7 mm(一级)、136.5 mm(二级)、74.3 mm(三级)、32.9 mm(四级)。

全球升温1.5℃和2.0℃背景下北京市暴雨洪涝淹没风险研究

基于第五次耦合模式比较计划(CMIP5)的5个气候模式模拟结果,结合FloodArea模型,对RCP8.5情景下全球升温1.5℃和2.0℃时,北京市极端降水和淹没风险进行分析。结果表明:北京市极端降水量呈从西南向东北逐渐减少的分布趋势。在升温2.0℃时,极端降水和淹没风险增加较升温1.5℃时明显,郊区极端降水增加最明显的地区是房山和门头沟,城区极端降水量增加最明显的地区是海淀、石景山和丰台区。海淀区出现一级和二级淹没风险的面积最大,其次是丰台和石景山区。郊区的延庆和怀柔是发生一级淹没风险面积最大的地区。

基于GIS栅格数据的洪水风险动态模拟模型及其应用

以GIS栅格数据为基础,建立了二维水动力洪水动态演进模型.以湖北省荆江分洪区为实验区,在数字地形模型和LandsatETM遥感影像等数据的基础上,根据分洪区1954年分洪情况和规划运用设计,模拟了不同分洪方案下的洪水淹没范围、水深和相应的洪水淹没地物面积及其可能损失等.模拟结果表明,基于GIS栅格数据的洪水淹没风险模拟模型,可以对长江流域分洪区运用预案的制订、土地利用的规划及洪水科学管理提供定量的科学依据.

基于嵌入河道栅格的山洪灾害淹没模拟

文章以江西省曹水作为山洪灾害淹没模拟的研究区域,通过嵌入河道栅格修订数字地形,采用FloodArea水文淹没模型对数字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)对修订前后的同一降水过程进行模拟,结合实地考察流域内淹没痕迹和水文站水位资料对比分析两者的模拟结果,并利用确定性系数和Nash—Sutcliffe效率系数对2000—2010年间出现的强降水过程的模拟结果进行验证。结论表明:基于嵌入河道栅格的山洪灾害淹没模拟能较好地反映曹水流域内的因降水导致的山洪推进路线、淹没范围及淹没水深,该方法可作为推算曹水流域的山洪灾害致灾临界面雨量的基础。

贺兰山银川段不同重现期山洪灾害风险与影响区划研究

为评估贺兰山银川段山洪灾害风险程度及其影响,利用高分辨率数字高程模型(DEM)、行政区划、水系和自动气象站历史降水数据,以及居民点、学校、桥梁等社会经济信息资料,采用FloodArea模型模拟与ArcGIS空间叠加统计分析相结合的方法,分析研究了贺兰山银川段不同重现期山洪灾害风险分布特征,及其对人口、土地利用和国内生产总值(GDP)的影响。结果表明:(1)贺兰山银川段10〜100 a—遇山洪灾害低、中、高风险区面积分别为109.5〜276.3 km2、45.0〜231.0 km2,13.4〜204.3 km2,同一风险等级的山洪灾害区划面积随着重现期增大呈显著增大趋势。(2)贺兰山10 a和20 a一遇山洪灾害风险区主要位于海拔1130〜1450 m的山洪沟及其两侧区域,50 a—遇山洪灾害风险区主要集中在山洪沟下游和山前海拔1130〜1180 m的冲击扇区,100 a—遇山洪灾害风险区覆盖整个山前海拔1120〜1350 m的区域和冲击扇区。随着重现期增大,贺兰山山洪灾害风险区具有向上游(下游)区域扩展较慢(更快)的显著特征。(3)银川市受贺兰山10a、20a、50a和100 a一遇山洪灾害影响总人口分别为7.30×104人、9.87×104人,1.65×105人和2.39×105人。随着山洪重现期增大,受灾害影响总人口呈显著增加趋势,低、中、高风险区受影响人口增速分别在-12.4%〜20.5%、48.6%〜91.8%、163%〜300%之间。(4)农田、草地受贺兰山山洪灾害影响最大,二者合计占受影响土地总面积的比例在82.1%〜86.9%之间;其次是建设用地和耕地,两者占受影响土地总面积的比例在4.4%〜9.1%和1.1%〜4.6%之间,是银川市贺兰山山洪灾害防御的重点区域。(5)银川市受贺兰山10a、20a、50a、100a一遇山洪灾害中、高风险区影响的GDP合计分别为1.12×109元、2.00×109元,4.70×109元、8.74×109元;发生超50 a一遇山洪灾害时,沿山农业和工业产业、基础公共设施等会遭受较大经济损失。

西藏东南部山洪灾害过程水文动力模拟和临界雨量

[目的]研究西藏山洪致灾临界雨量确定方法,为西藏地区水文气象预警提供基础数据资料,以服务于高原山洪灾害防御工作。[方法]采用水文动力模式Floodarea模型对西藏东南部的一次山洪过程进行模拟研究,并利用气象资料逐时降水量进行了淹没高度计算,得到了山洪致灾临界雨量。通过实地考察获取西藏自治区林芝市巴宜区2015年8月一次山洪灾害的基本参数资料,与模型模拟研究结果进行对比分析和模型验证。[结果](1)Floodarea对暴雨诱发山洪过程的模拟结果较好,结合多源降水数据能更准确地模拟西藏山区山洪暴发的过程;(2)通过调整雨量情景设定可推算山洪不同淹没水深的临界雨量,得到较为准确的洪水淹没范围和降雨量—淹没深度关系;(3)应用降雨量—淹没深度关系计算得到巴宜区永久河山洪沟的4个淹没深度灾害山洪等级(0.1,0.6,1.2,1.8m)的6h累计临界雨量分别为33,55.7,75.4,91.9mm。[结论]研究结果表明Floodarea软件适用于西藏高原水文观测资料匮乏的复杂地形山区,能较准确地重现山洪灾害过程和确定山洪临界雨量,可为复杂地形山区山洪防治和预警提供参考。

河南省洛河上游暴雨山洪致灾临界面雨量的确定

以豫西山区无水文资料的典型小流域洛河上游地区为研究对象,利用洛河流域及周边自动雨量站的逐小时降雨资料、1∶50 000数字高程模型及地表水力糙度等数据,采用水动力模型Flood Area对2010年7月24日暴雨诱发山洪过程进行模拟,将实地考察与模拟获得的淹没水深和时间进行对比分析、模型验证,并通过雨量情景设定方法确定致灾临界面雨量。结果表明,Flood Area模型对洛河上游小流域暴雨诱发洪水过程的模拟效果较好;雨量情景设定方法可以作为确定致灾临界面雨量的有效方法,利用该方法建立了洛河上游地区的熬家村、渠首闸和碾子沟3个预警点4种小时雨量分配方式下淹没水深与4 h面雨量的关系,根据4个风险等级的淹没水深判别条件,推算了流域内3个预警点的致灾临界面雨量;4种小时雨量分配方式在同一风险等级下确定的致灾临界面雨量相差较小,但均以"前少后多"分配方式确定的阈值最高;各预警点之间,以碾子沟预警点的致灾临界面雨量阈值最小,因此可将碾子沟预警点面雨量阈值作为洛河上游小流域暴雨诱发山洪的预警指标。

基于降水时空分布情景模拟的暴雨洪涝致灾危险性评价

致灾因子危险性评价是进行风险区划的重要环节。本文采用江西省贡水流域超警戒水位的降水作为暴雨致灾因子,以最优极值函数分布方法计算研究该流域的重现期面雨量,利用超警戒水位降水过程的降水量时间分布规律和降水空间经验正交函数分析结果,结合Flood Area模型开展不同降水时空分布情景的洪水演进模拟,以模拟淹没水深作为指标建立暴雨致灾危险性评价等级,对不同降水时空分布情景下贡水流域暴雨致灾危险性进行评价。结果显示:不同的降水时空分布对暴雨洪涝致灾危险性评价影响较大。该方法是完善流域内暴雨洪涝灾害风险区划和评估工作的基础,在此基础上开展流域内不同承灾体的脆弱性评价和暴露度评价,可为地方政府制订减灾规划与预案等提供参考。