本發(fā)明涉及山洪災(zāi)害分析評價領(lǐng)域，尤其涉及一種無資料地區(qū)潰堤型山洪災(zāi)害分析評價方法。
背景技術(shù)：
：近年來，新疆地區(qū)受地形地貌復(fù)雜、暴雨、融雪等多種條件的復(fù)雜影響，山洪災(zāi)害日益突出，不僅對人民群眾的生命財產(chǎn)安全構(gòu)成極大的損害和威脅，還對基礎(chǔ)設(shè)施造成毀滅性破壞，已經(jīng)成為當(dāng)前防災(zāi)減災(zāi)中的突出問題，是兵團經(jīng)濟、社會可持續(xù)發(fā)展的主要制約因素之一。目前，山洪災(zāi)害評價分析方法多基于水文、氣象等數(shù)據(jù)信息，進行暴雨、洪水計算后，實現(xiàn)潰堤型山洪災(zāi)害分析評價。然而，未建水文站的地區(qū)無法提供水文數(shù)據(jù)信息，現(xiàn)有方法在該類地區(qū)并不適用。所以需要發(fā)明一種無資料地區(qū)潰堤型山洪災(zāi)害分析評價方法。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于提供一種無資料地區(qū)潰堤型山洪災(zāi)害分析評價方法，從而解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的前述問題。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所述無資料地區(qū)潰堤型山洪災(zāi)害分析評價方法，所述方法包括：S1，獲取項目區(qū)的基本信息所述基本信息包括：地理位置、社會經(jīng)濟概況、河流水系、地質(zhì)地貌、土壤類型及分布、氣候氣象、土地利用類型、歷史山洪災(zāi)害和山洪災(zāi)害防治現(xiàn)狀信息；S2，資料評估在工作底圖和基本信息的基礎(chǔ)上分析獲得項目區(qū)中任意一個評價對象的地形地貌、河流位置形態(tài)和防洪現(xiàn)狀；S3，分析評價處理根據(jù)評價對象的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，利用水文工具，對評價對象及其周邊區(qū)域進行小流域水系劃分，確定得到的每個小流域的堤防匯流流域的集水面積以及徑流成分；S4，設(shè)計暴雨計算依據(jù)評價對象的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，獲取評價對象的暴雨參數(shù)計算及暴雨計算，根據(jù)分析評價對象所在區(qū)域的設(shè)計雨型及該評價對象的匯流時間進行分配計算，得到按匯流時間的暴雨時程分配；S5，設(shè)計洪水計算應(yīng)用推理公式法和HEC-HMS模型法設(shè)計洪水計算，并通過對比選出更合理的設(shè)計洪水計算結(jié)果，在評價對象易潰堤河道斷面進行水位流量關(guān)系計算；S6，防洪現(xiàn)狀評價對易潰堤河道防洪現(xiàn)狀評價；依據(jù)易潰堤河道橫斷面數(shù)據(jù)，通過曼寧公式反推易潰堤河道各頻率下的流量、水深與水位，與河道蓄水容量進行對比，并考慮對評價對象起保護作用的堤防的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，確定河道防洪現(xiàn)狀，進而進行危險區(qū)等級劃分；S7，預(yù)警指標(biāo)分析根據(jù)易潰堤河道的危險區(qū)等級建立預(yù)警點，通過對防洪堤、退洪渠水流到達分析評價對象的時間分析，確定分析評價對象的預(yù)警水位；根據(jù)山洪從水位站演進至下游預(yù)警對象的時間不應(yīng)小于30分鐘的要求，制定分析評價對象的預(yù)警指標(biāo)。優(yōu)選地，步驟S2，在工作底圖和基本信息的基礎(chǔ)上分析獲得項目區(qū)中評價對象的河流位置形態(tài)和地形地貌，具體按照下述步驟實現(xiàn)：將評價對象的DSM數(shù)據(jù)和DLG數(shù)據(jù)在GIS軟件中疊加，獲得工作底圖；在工作底圖的基礎(chǔ)上，結(jié)合評價對象的地理概況、氣候概況、暴雨區(qū)劃、年最大24小時暴雨分析、24小時點雨量計算、短歷時暴雨分析、時面深關(guān)系和設(shè)計雨型，通過評價對象的DSM數(shù)據(jù)，采用GIS軟件獲得評價對象的坡度圖，從坡度圖中獲取評價對象的地勢和坡度；依據(jù)評價對象的水文數(shù)據(jù)、土壤數(shù)據(jù)和河道數(shù)據(jù)確定評價對象的河道各參數(shù)的取值范圍，所述參數(shù)包括河道平均干流比降和河道糙率；步驟S2，在工作底圖和基本信息的基礎(chǔ)上分析獲得項目區(qū)中評價對象的防洪現(xiàn)狀，具體按照下述步驟實現(xiàn)：依據(jù)歷史山洪資料獲取確定評價對象的洪水來源和洪水類型。優(yōu)選地，步驟S3，根據(jù)評價對象的DSM數(shù)據(jù)和DOM數(shù)據(jù)，利用SWAT水文工具，對評價對象及其周邊區(qū)域自動提取小流域地貌特征和進行小流域地形自動分割，得到多個小流域，確定每個小流域的堤防匯流流域的集水面積以及其徑流成分，更具體的為：S31，DSM數(shù)據(jù)預(yù)處理對評價對象的DSM數(shù)據(jù)依次進行一次性填洼處理、真實河道的構(gòu)建處理、流向計算處理、累積水流計算處理、排水網(wǎng)絡(luò)確定處理，為小流域邊界和溝道的提取做基礎(chǔ)準(zhǔn)備；S32，小流域和溝道提取首先，利用小流域劃分軟件一次性提取作業(yè)范圍內(nèi)的溝道和小流域邊界，對提取的弧段進行平滑處理后，在有水文站、水位站的溝道處添加小流域出口節(jié)點；保證小流域及其溝道水流出口位置節(jié)點與實際情況相符；其次，參照輔助圖層信息，編輯修改溝道和流域邊界，得到連續(xù)完整的溝道、正確的匯水口和準(zhǔn)確的小流域集水單元，即得到小流域的矢量圖；所述輔助圖層信息包括小流域的遙感信息、河流水系信息、湖泊水庫信息、水工設(shè)施信息和交通線路信息；S33，計算得到每個小流域集水單元的堤防匯流流域的集水面積以及其徑流成分。優(yōu)選地，步驟S4，具體按照下述步驟實現(xiàn)：S41，設(shè)計暴雨參數(shù)計算在GIS平臺下，將不同時段的點雨量均值圖化、不同時段的變差系數(shù)圖矢量化后，與步驟S3得到的小流域的矢量圖層疊加，通過插值得到每個小流域不同時段的暴雨變差系數(shù)Cv、偏態(tài)系數(shù)Cs，通過皮爾遜III型曲線模比系數(shù)Kp值表對比，得到每個小流域所對應(yīng)的Kp值；S42，設(shè)計暴雨計算首先，根據(jù)獲得的設(shè)計暴雨參數(shù)，求出不同頻率、不同時段每個小流域的點雨量；然后，根據(jù)山洪災(zāi)害評價地區(qū)時面深綜合曲線，由點雨量乘以點面轉(zhuǎn)換系數(shù)，求出每個小流域不同頻率、不同時段的設(shè)計暴雨面雨量，形成小流域設(shè)計暴雨成果表；所述不同頻率表示每個小流域的雨量是100年一遇或是50年一遇或是20年一遇或是10年一遇或是5年一遇的雨量；不同時段表示每個小流域的降雨時間段，包括1h、6h和24h；S43，設(shè)計暴雨時程分配計算首先，根據(jù)S42得到的任意一個小流域24h設(shè)計暴雨面雨量，按照該小流域的概化雨型，計算得該小流域的24小時暴雨時程分配，最終得到由每個小流域組成的評價對象的設(shè)計暴雨24h時程分配表；設(shè)置雨峰所在時段為起始時段，所述起始時段向左、所述起始時段向右均為增加時段，并計算累計時段數(shù)，直至所述累計時段數(shù)與所計算小流域的匯流時間相差不超過1h，從設(shè)計暴雨24h時程分配表獲取累計時段數(shù)的設(shè)計暴雨，即得到按匯流時間的暴雨時程分配。優(yōu)選地，步驟S5，設(shè)計洪水計算，具體按照下述步驟實現(xiàn)：S51，應(yīng)用推理公式法計算獲得洪流流量和匯流歷時；具體為使用小流域設(shè)計洪水計算方法獲得洪流流量和匯流歷時；S52，在洪流流量和匯流歷時的基礎(chǔ)上，應(yīng)用HEC-HMS模型法計算設(shè)計洪水；S54，通過對比選出更合理的設(shè)計洪水計算結(jié)果，在評價對象易潰堤河道斷面進行水位流量關(guān)系計算；水位～流量關(guān)系分析時，還需考慮評價對象所處河段附近上、下游微地形地貌、灘槽擴寬與束窄、灘地死水區(qū)對控制斷面有效過流面積的影響；不考慮干流對支流產(chǎn)生的頂托、泥石流、滑坡導(dǎo)致的河床沖淤情況。優(yōu)選地，步驟S7具體為：S71，確定預(yù)警點S72，以預(yù)警點所在位置河道斷面為分析評價對象，通過對防洪堤、退洪渠水流到達評價對象的時間，確定分析評價對象的臨界水位防洪堤、退洪渠水流到達評價對象的時間t采用t＝L/V計算，L表示防洪堤、退洪渠與預(yù)警點距離，單位m；V表示流速，單位m/s，通過實地測量與經(jīng)驗估算相結(jié)合的方式獲得流速；若洪水從預(yù)警點演進至評價對象的時間小于30min，取堤防高減去30min上漲的水位作為臨界水位，若洪水從預(yù)警點演進至評價對象的時間大于30min，取堤防高程作為臨界水位；S73，因山洪從水位站演進至下游預(yù)警對象的時間不應(yīng)小于30min，結(jié)合評價對象的情況，制定分析評價對象的指標(biāo)；若洪水從預(yù)警點演進至評價對象的時間小于30min，取堤防高減去30min上漲的水位作為立即轉(zhuǎn)移的指標(biāo)，在立即轉(zhuǎn)移的基礎(chǔ)上，減去30min的上漲水位作為準(zhǔn)備轉(zhuǎn)移的指標(biāo)；若洪水從預(yù)警點演進至評價對象的時間大于30min，取堤防高程作為立即轉(zhuǎn)移的指標(biāo)，在立即轉(zhuǎn)移的基礎(chǔ)上，減去30min的上漲水位作為準(zhǔn)備轉(zhuǎn)移的指標(biāo)。更優(yōu)選地，步驟S71確定預(yù)警點的原則包括：預(yù)警點的位置滿足設(shè)置預(yù)警點的目的和要求；預(yù)警點滿足水位流量關(guān)系的穩(wěn)定；預(yù)警點保證各級洪水作業(yè)的安全；預(yù)警點設(shè)置在河岸。本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明所述方法以實際山洪災(zāi)害防治工作中所需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問題為研究目標(biāo)，將潰堤型山洪作為主要分析評價對象，提供當(dāng)前河道防洪現(xiàn)狀評價方法及預(yù)警指標(biāo)分析方法。附圖說明圖1是實施例所述無資料地區(qū)潰堤型山洪災(zāi)害分析評價方法的流程示意圖；圖2是應(yīng)用實例中阿勒泰地區(qū)時面深綜合曲線；圖3是應(yīng)用實例中新疆阿勒泰地區(qū)概化雨型；圖4是應(yīng)用實例中潰堤斷面處橫斷面示意圖；圖5是應(yīng)用實例中潰堤斷面處水位-流量關(guān)系曲線；圖6是應(yīng)用實例中A流域預(yù)警點示意圖。具體實施方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施方式僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。實施例參照圖1，本實施例所述無資料地區(qū)潰堤型山洪災(zāi)害分析評價方法，所述方法包括：S1，獲取項目區(qū)的基本信息所述基本信息包括：地理位置、社會經(jīng)濟概況、河流水系、地質(zhì)地貌、土壤類型及分布、氣候氣象、土地利用類型、歷史山洪災(zāi)害和山洪災(zāi)害防治現(xiàn)狀信息；S2，資料評估在工作底圖和基本信息的基礎(chǔ)上分析獲得項目區(qū)中任意一個評價對象的河流位置形態(tài)、地形地貌和防洪現(xiàn)狀；S3，分析評價處理根據(jù)評價對象的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，利用水文工具，對評價對象及其周邊區(qū)域進行小流域水系劃分，確定得到的每個小流域的堤防匯流流域的集水面積以及徑流成分；S4，設(shè)計暴雨計算依據(jù)評價對象的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，獲取評價對象的暴雨參數(shù)計算及暴雨計算，根據(jù)分析評價對象所在區(qū)域的設(shè)計雨型及該評價對象的匯流時間進行分配計算，得到按匯流時間的暴雨時程分配；S5，設(shè)計洪水計算應(yīng)用推理公式法和HEC-HMS模型法進行設(shè)計洪水計算，并通過對比選出更合理的設(shè)計洪水計算結(jié)果，在評價對象易潰堤河道斷面進行水位流量關(guān)系計算；S6，防洪現(xiàn)狀評價首先，對易潰堤河道防洪現(xiàn)狀評價；依據(jù)易潰堤河道橫斷面數(shù)據(jù)，通過曼寧公式反推易潰堤河道各頻率下的流量、水深與水位，與河道蓄水容量進行對比，并考慮對評價對象起保護作用的堤防的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，確定河道防洪現(xiàn)狀，然后進行危險區(qū)等級劃分；S7，預(yù)警指標(biāo)分析根據(jù)易潰堤河道的危險區(qū)等級建立預(yù)警點，通過對防洪堤、退洪渠水流到達分析評價對象的時間分析，確定分析評價對象的預(yù)警水位；根據(jù)山洪從水位站演進至下游預(yù)警對象的時間不應(yīng)小于30分鐘的要求，制定分析評價對象的指標(biāo)。(一)步驟S2，在工作底圖和基本信息的基礎(chǔ)上分析獲得項目區(qū)中評價對象的河流位置形態(tài)和地形地貌，主要依據(jù)工作底圖數(shù)字正射影像圖DOM數(shù)據(jù)(Digitalorthoimagemap)、數(shù)字線劃地圖DLG數(shù)據(jù)(Digitlinegraphic)、《新疆維吾爾自治區(qū)水文圖集》、數(shù)字表面模型DSM數(shù)據(jù)(Digitalsurfacemodel)、水文資料、土壤資料、河道測量資料和歷史山洪資料分析河流位置形態(tài)、地形地貌和防洪現(xiàn)狀。，具體按照下述步驟實現(xiàn)：將評價對象A流域的DSM數(shù)據(jù)和DLG數(shù)據(jù)在GIS軟件中疊加，獲得工作底圖，在工作底圖的基礎(chǔ)上，結(jié)合評價對象A流域的地理概況、氣候概況、暴雨區(qū)劃、年最大24小時暴雨分析、24小時點雨量計算、短歷時暴雨分析、時面深關(guān)系和設(shè)計雨型，通過評價對象的DSM數(shù)據(jù)，采用GIS軟件獲得評價對象的坡度圖，從坡度圖中獲取評價對象A流域的地勢和坡度；依據(jù)評價對象的水文數(shù)據(jù)、土壤數(shù)據(jù)和河道數(shù)據(jù)確定評價對象的河道各參數(shù)的取值范圍，所述參數(shù)包括河道平均干流比降和河道糙率；步驟S2，在工作底圖和基本信息的基礎(chǔ)上分析獲得項目區(qū)中評價對象的防洪現(xiàn)狀，具體按照下述步驟實現(xiàn)：依據(jù)歷史山洪資料獲取確定評價對象的洪水來源和洪水類型。(二)步驟S3，根據(jù)評價對象的DSM數(shù)據(jù)和DOM數(shù)據(jù)，利用SWAT水文工具，對評價對象及其周邊區(qū)域自動提取小流域地貌特征和進行小流域地形自動分割，得到多個小流域，確定每個小流域的堤防匯流流域的集水面積以及其徑流成分，更具體的為：S31，DSM數(shù)據(jù)預(yù)處理對評價對象的DSM數(shù)據(jù)依次進行一次性填洼處理、真實河道的構(gòu)建處理、流向計算處理、累積水流計算處理、排水網(wǎng)絡(luò)確定處理，為小流域邊界和溝道的提取做基礎(chǔ)準(zhǔn)備；S32，小流域和溝道提取首先，利用小流域劃分軟件一次性提取作業(yè)范圍內(nèi)的溝道和小流域邊界，對提取的弧段進行平滑處理后，在有水文站、水位站的溝道處添加小流域出口節(jié)點；保證小流域及其溝道水流出口位置節(jié)點與實際情況相符；其次，參照輔助圖層信息，編輯修改溝道和流域邊界，得到連續(xù)完整的溝道、正確的匯水口和準(zhǔn)確的小流域集水單元，即得到小流域的矢量圖；所述輔助圖層信息包括小流域的遙感信息、河流水系信息、湖泊水庫信息、水工設(shè)施信息和交通線路信息；S33，計算得到每個小流域集水單元的堤防匯流流域的集水面積以及其徑流成分。SWAT(SoilandWaterAssessmentTool)模型是美國農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)研究局開發(fā)的基于流域尺度的一個長時段的分布式流域水文模型。模型開發(fā)的最初目的是為了預(yù)測在大流域復(fù)雜多變的土壤類型、土地利用方式和管理措施條件下，土地管理對水分、泥沙和化學(xué)物質(zhì)的長期影響。SWAT模型采用日為時間連續(xù)計算，它主要基于SWRRB模型，并吸取了CREAMS、GLEAMS、EPIC和ROTO的主要特征。SWAT具有很強的物理基礎(chǔ)，能夠利用GIS和RS提供的空間數(shù)據(jù)信息模擬地表水和地下水的水量和水質(zhì)，協(xié)助水資源管理。基于DSM數(shù)據(jù)自動提取小流域地貌特征和進行小流域地形自動分割是進行小流域空間模擬的基礎(chǔ)技術(shù)。基于DSM數(shù)據(jù)的小流域劃分主要包括對洼地的處理、平坦區(qū)域的處理、基于D8算法的水流流向確定、流域排水網(wǎng)格的確定、流域邊界線的確定、子流域的劃分、網(wǎng)格上游匯水面積和偽河道及水庫的處理等內(nèi)容。(三)步驟S4，具體按照下述步驟實現(xiàn)：S41，設(shè)計暴雨參數(shù)計算在GIS平臺下，將不同時段的點雨量均值圖化、不同時段的變差系數(shù)圖矢量化后，與步驟S3得到的小流域的矢量圖層疊加，通過插值得到每個小流域不同時段的暴雨變差系數(shù)Cv、偏態(tài)系數(shù)Cs，通過皮爾遜III型曲線模比系數(shù)Kp值表對比，得到每個小流域所對應(yīng)的Kp值；S42，設(shè)計暴雨計算首先，根據(jù)獲得的設(shè)計暴雨參數(shù)，求出不同頻率、不同時段每個小流域的點雨量；然后，根據(jù)山洪災(zāi)害評價地區(qū)時面深綜合曲線，由點雨量乘以點面轉(zhuǎn)換系數(shù)，求出每個小流域不同頻率、不同時段的設(shè)計暴雨面雨量，形成小流域設(shè)計暴雨成果表；所述不同頻率表示每個小流域的雨量是100年一遇或是50年一遇或是20年一遇或是10年一遇或是5年一遇的雨量；不同時段表示每個小流域的降雨時間段，包括1h、6h和24h；S43，設(shè)計暴雨時程分配計算首先，根據(jù)S42得到的任意一個小流域24h設(shè)計暴雨面雨量，按照該小流域的概化雨型，計算得該小流域的24小時暴雨時程分配，最終得到由每個小流域組成的評價對象的設(shè)計暴雨24h時程分配表；設(shè)置雨峰所在時段為起始時段，所述起始時段向左、所述起始時段向右均為增加時段，并計算累計時段數(shù)，直至所述累計時段數(shù)與所計算小流域的匯流時間相差不超過1h，從設(shè)計暴雨24h時程分配表獲取累計時段數(shù)的設(shè)計暴雨，即得到按匯流時間的暴雨時程分配。(四)步驟S5，設(shè)計洪水計算，具體按照下述步驟實現(xiàn)：S51，應(yīng)用推理公式法計算獲得洪流流量和匯流歷時；具體為使用小流域設(shè)計洪水計算方法獲得洪流流量和匯流歷時；推理公式法的基本公式包括方程組(1)和方程組(2)所示：公式(1)和公式(2)中，F(xiàn)——小流域集水面積，單位km2；L——小流域最長匯流路徑或山洪溝出口斷面起沿主河槽至分水嶺的最長距離，單位m；t——時間，單位h；J——平均干流比降；n——暴雨衰減指數(shù)；Sp——雨力，相當(dāng)于t＝1h的暴雨強度，單位mm/h；m——推理公式中的流域匯流參數(shù)；μ——產(chǎn)流期平均損失率；Qmp——洪峰流量，單位m3/s；τ——匯流歷時，單位h；tc——產(chǎn)流時間h；對于方程組(1)和方程組(2)，只需要確定7個參數(shù)：m、μ、F、L、J、n、Sp即可求解；求解方法有圖解法和試算法。①、流域匯流參數(shù)m計算匯流參數(shù)m采用《水利水電工程設(shè)計洪水計算規(guī)范》(SL44-2006)中《小流域下墊面條件分類表》，根據(jù)流域特性、土壤和植被情況，采用類別I中Θ值θ＝L/J1/3與m關(guān)系選取，見表1所示。表1小流域下墊面條件分類表(類別I)θ值1-1010-3030-9090-400m值1-1.31.3-1.61.6-1.81.8-2.2②、流域產(chǎn)流參數(shù)(μ)計算根據(jù)《流域暴雨洪水洪峰流量計算》一書的研究成果，產(chǎn)流期的平均損失率μ值與其相應(yīng)的暴雨強度有下列關(guān)系：μ＝R×Spr1式中，損失系數(shù)R和損失指數(shù)r1反映不同下墊面條件，按第二期前期土壤中等濕潤取R＝1.08，r1＝0.75計算而得。③、不同歷時降雨強度Rt/t計算：自最大時段凈雨開始，向前后相鄰時段連續(xù)累加得到不同時段的累計雨量，除以相應(yīng)的歷時，得到不同歷時降雨強度Rt/t。④、不同歷時降雨強度Rt/t與歷時t關(guān)系分析點繪不同歷時降雨強度Rt/t與歷時t的關(guān)系曲線，得到二者關(guān)系圖Rt/t～t。⑤、采用試算法或者圖解法求解(Qm)及(τ)試算法求解洪峰流量(Qm)和匯流時間(τ)的主要步驟如下：(a)設(shè)歷時t初值為t1，查第④步計算所得成果Rt/t～t關(guān)系圖，得歷時t1雨強(Rt/t)1；(b)采用此雨強(Rt/t)1，代替公式Qm＝0.278×F×(Rt/t)中的雨強(Rt/t)計算得到洪峰流量Qm1；(c)采用上述計算的洪峰流量Qm1，代替公式τ＝(0.278×L)/(m×J1/3×Q1/4)中的洪峰流量(Q)計算得到相應(yīng)的匯流時間τ1；(d)檢查t1與τ1是否相等。若t1＝τ1，則Q＝Qm1，τ＝τ1，得到洪峰流量Qm及匯流時間τ1，計算終止；若t1≠τ1，則τ1＝τ2查第④步計算所得成果Rt/t～t關(guān)系圖，得歷時t2雨強(Rt/t)2，以此雨強重新開始(b)，(c)步驟的計算；以此類推，計算至第i步，得若ti＝τi，則Q＝Qmi，τ＝τi，得到洪峰流量Qm及匯流時間τ。圖解法求解洪峰流量Qm和匯流時間τ的主要步驟如下：根據(jù)面積大小，設(shè)三個整數(shù)t，用以上試算法計算相應(yīng)的Qm及τ值，在方格坐標(biāo)紙上點繪和兩組曲線，兩線交點所對應(yīng)的縱橫坐標(biāo)，即為所求的Qm及τ值。S52，在洪流流量和匯流歷時的基礎(chǔ)上，應(yīng)用HEC-HMS模型法計算設(shè)計洪水；HEC-HMS水文建模系統(tǒng)是由美國陸軍工程師團水文中心(HEC)開發(fā)的計算機程序，該程序可以模擬流域降雨—徑流及洪水演進過程。結(jié)合上述各河段上游集水面積、地形地貌、土壤類別、氣候特征等參數(shù)，徑流計算選用初始常速率損失模型，地表徑流模型選用；SCS單位線模型。土壤保護據(jù)(SCS)建議了一個參數(shù)化的單位線模型，SCS單位線模型的核心是一個無量綱單峰的單位線。該無量綱的單位線將任意時間t的單位線流量Ut表示為一個系數(shù)乘以單位線峰值流量UP和單位線峰值時間的分數(shù)TP。SCS的研究建議單位線峰值和單位線峰值時間的關(guān)系為公式(3)：公式(3)中，A——集水區(qū)面積，單位km2；C——轉(zhuǎn)換常數(shù)，SI單位時為2.08，英尺—英磅單位系統(tǒng)時為484；UP——單位線峰值流量；TP——單位線峰值時間。峰值時間，也被稱為漲水時間，與單位凈降雨歷時的關(guān)系為公式(4)：公式(4)中，Δt——凈降雨歷時；tlag——集水區(qū)的洪峰延時，其定義為單位線峰值時間與降雨中心位置時間的差。S53，利用馬斯京根康吉法計算流域出口至潰堤斷面的洪水演進；馬斯京根—康吉(Muskingun-Cunge)演進法是基于質(zhì)量守恒定律和動量守恒定律的演進方法。該方法也常常被稱為可變系數(shù)法，因為演進參數(shù)在每一步時間都根據(jù)河道特性和水深被重新計算。該方法能表示洪水波的衰減，并可用于坡度較小的河段。時間間隔選項提供兩種選擇。程序可以自動選擇一個固定的時間間隔，這一間隔在大多數(shù)陡升的水文過程中能保持數(shù)值計算的穩(wěn)定性。長度Length為河段的總的長度。坡度slope為整個河段的平均坡度。該馬斯京根康吉法基于方程(5)：Ot＝C1It-1+C2It+C3Qt-1+C4(qLΔx)(5)；公式(5)中，Q——下斷面流量，單位m3/s；I——上斷面流量，單位m3/s；Δt——時間步長，單位h；Δx——距離步長，單位km；qL——側(cè)向入流，單位m3/s；方程(5)中的各個系數(shù)公式為：公式(6)至公式(9)中，K——蓄量流量關(guān)系曲線的坡度；X——流量比重系數(shù)；參數(shù)K和X分別符合公式(10)：公式(10)和公式(11)中，c——波速，單位m/s；Q0——穩(wěn)定流量，單位m3/s；B——河寬，單位m；S0——底坡。c、Q和B隨時間而變化，因此系數(shù)C1、C2、C3、C4也必須是變化的。在HMS中使用Ponce提議的方法，在每一個時間和距離步長Δt和Δx都需重新計算。Δt可選以下值中最小值：(1)控制標(biāo)準(zhǔn)中的用戶時間步長；(2)流過河段的運動時間；(3)入流上升到最陡的漲水曲線峰值的時間的1/20，并且舍入到用戶時長的倍數(shù)或除數(shù)。HEC—HMS中按公式(12)計算Δx：Δx＝c×Δt(12)；Δx的約束條件為：從入流的水文過程線計算為公式(13)：公式(13)，QB——基流，單位m3/s；Qpeak——入流峰值，單位m3/s。S54，通過對比選出更合理的設(shè)計洪水計算結(jié)果，在評價對象易潰堤河道斷面進行水位流量關(guān)系計算；《山洪災(zāi)害分析評價技術(shù)要求》關(guān)于水位～流量關(guān)系曲線的獲取部分有如下規(guī)定：(1)采用水位～流量關(guān)系或曼寧公式等方法，進行水位～流量關(guān)系分析，將防災(zāi)對象河道控制斷面設(shè)計洪水洪峰流量轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的水位，繪制水位～流量關(guān)系曲線。(2)參數(shù)確定水位～流量轉(zhuǎn)換中，比降和糙率是兩個非常重要的關(guān)鍵參數(shù)，二者參數(shù)值確定得合理與否，對于設(shè)計洪水計算成果具有重要影響。《山洪災(zāi)害分析評價方法要求》中推薦了用曼寧公式分析水位～流量關(guān)系。在曼寧公式中，比降是指洪水水面比降。但是，在山洪實際發(fā)生時，水面比降難以測量，或者有的評價對象直到評價工作開展時也未能獲得山洪實際發(fā)生的相關(guān)資料。因此，關(guān)于比降的確定，《山洪災(zāi)害分析評價技術(shù)要求》中規(guī)定了以下原則和方法：(1)如果防災(zāi)對象的河道上下游有歷史洪水洪痕的沿程分布資料，以洪痕確定水面線，采用洪痕水面線比降作為水位～流量轉(zhuǎn)換中的比降；(2)如果有近年來洪水發(fā)生的洪水水面線，采用該水面線比降作為水位～流量轉(zhuǎn)換中的比降；(3)如果有中小洪水發(fā)生時的實測水面線，采用該水面線比降作為水位～流量轉(zhuǎn)換中的比降；(4)如果沒有水面線信息，可采用防災(zāi)對象的河床比降作為水位～流量轉(zhuǎn)換中的比降。為了使所分析的成果盡可能合理，《山洪災(zāi)害分析評價技術(shù)要求》還明確規(guī)定，以上4種確定比降方法中，資料條件允許時，應(yīng)優(yōu)先采用第1種方法，然后為第2、3種方法，第4種方法為無資料時采用，并應(yīng)當(dāng)通過試算和合理性分析后最后確定。糙率也是設(shè)計洪水計算中非常關(guān)鍵的參數(shù)，《山洪災(zāi)害分析評價技術(shù)要求》明確規(guī)定，應(yīng)參照防災(zāi)對象所在河流的溝道形態(tài)、床面粗糙情況、植被生長狀況、彎曲程度以及人工建筑物等因素確定。可見，根據(jù)《山洪災(zāi)害分析評價技術(shù)要求》規(guī)定，未涉及糙率隨水深而改變的情況，即暗含著控制斷面處糙率不隨水深而變化這一假定，因此這里的糙率應(yīng)當(dāng)理解為過水?dāng)嗝娴木C合糙率。《山洪災(zāi)害分析評價方法指南》提供了通常有基于實測水文資料進行糙率推算、查表法以及糙率公式法3種方法確定河道糙率(鄭邦民、槐文信、齊鄂榮編著.洪水水力學(xué).湖北科學(xué)技術(shù)出版社，2000年)：(1)如果有實測水文資料，應(yīng)采用該資料進行推算，確定水位～流量轉(zhuǎn)換中的糙率；(2)如果無實測水文資料，應(yīng)根據(jù)溝道特征，參照天然或人工河道典型類型和特征情況下的糙率，參考《水工建筑物與堰槽測流規(guī)范》(SL537-2011)中表K.0.4中的內(nèi)容，確定水位～流量轉(zhuǎn)換中的糙率。此外，根據(jù)目前掌握的大范圍基礎(chǔ)資料、技術(shù)力量和分析評價的防災(zāi)對象情況，以及本申請的主要目的考慮，在水位～流量關(guān)系分析中還應(yīng)注意以下兩點：1)水位～流量關(guān)系分析時，還需考慮評價對象所處河段附近上、下游微地形地貌、灘槽擴寬與束窄、灘地死水區(qū)對控制斷面有效過流面積的影響；2)不考慮干流對支流產(chǎn)生的頂托、泥石流、滑坡導(dǎo)致的河床沖淤情況。R＝A/P(14)；V＝(R2/3×J1/2)/n(15)；Q＝A×V＝(A5/3×J1/2)/(P2/3×n)(16)；式中：A——過流面積，單位m2；P——濕周，單位m；R——水力半徑，單位m；J——河道坡降；n——河道糙率；V——流速，單位m/s；Q——流量，單位m3/s。(五)步驟S7具體為：S71，確定預(yù)警點預(yù)警點位置的選擇好壞對水位預(yù)警的準(zhǔn)確性十分重要，預(yù)警點布設(shè)位置的選擇主要遵從如下原則：⑴測站的具體位置首先應(yīng)滿足設(shè)站的目的和要求。⑵滿足水位流量關(guān)系穩(wěn)定性。預(yù)警站點的運行是建立在水位流量具有某種關(guān)系的基礎(chǔ)上，根據(jù)這一標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)選擇有利于建立穩(wěn)定、簡單的水位流量關(guān)系的地點，以滿足關(guān)系穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)，這對于取得可靠的觀測資料，減輕外業(yè)工作量和勞動強度，節(jié)約人力物力，具有重要意義。⑶能保證各級洪水作業(yè)的安全。潰堤型洪水來源主要是洪水漫過河堤給人民的生命財產(chǎn)帶來威脅，因此需在河岸處建立預(yù)警點。S72，以預(yù)警點所在位置河道斷面為分析評價對象，通過對防洪堤、退洪渠水流到達評價對象的時間，確定分析評價對象的臨界水位防洪堤、退洪渠水流到達評價對象的時間t采用t＝L/V計算，L表示防洪堤、退洪渠與預(yù)警點距離，單位m；V表示流速，單位m/s，通過實地測量與經(jīng)驗估算相結(jié)合的方式獲得流速；若洪水從預(yù)警點演進至評價對象的時間小于30min，取堤防高減去30min上漲的水位作為臨界水位，若洪水從預(yù)警點演進至評價對象的時間大于30min，取堤防高程作為臨界水位；S73，因山洪從水位站演進至下游預(yù)警對象的時間不應(yīng)小于30min，結(jié)合評價對象的情況，制定分析評價對象的預(yù)警指標(biāo)；若洪水從預(yù)警點演進至評價對象的時間小于30min，取堤防高減去30min上漲的水位作為立即轉(zhuǎn)移的指標(biāo)，在立即轉(zhuǎn)移的基礎(chǔ)上，減去30min的上漲水位作為準(zhǔn)備轉(zhuǎn)移的指標(biāo)；若洪水從預(yù)警點演進至評價對象的時間大于30min，取堤防高程作為立即轉(zhuǎn)移的指標(biāo)，在立即轉(zhuǎn)移的基礎(chǔ)上，減去30min的上漲水位作為準(zhǔn)備轉(zhuǎn)移的指標(biāo)。應(yīng)用實例以新疆阿勒泰地區(qū)某小流域A為例，此無資料地區(qū)潰堤型山洪災(zāi)害分析評價方法的具體實施方式如下：1.了解A流域地理位置、社會經(jīng)濟概況、河流水系、地質(zhì)地貌、土壤類型及分布、氣候氣象、土地利用類型、歷史山洪災(zāi)害和山洪災(zāi)害防治現(xiàn)狀信息。2.資料評估部分，首先將A流域的DLG和DOM數(shù)據(jù)在GIS軟件中疊加，得到工作底圖；在《新疆維吾爾自治區(qū)水文圖集》中收集氣象資料；利用NEXTMapWorld10DSM數(shù)據(jù)對該流域地形情況進行分析，獲得坡度圖，從坡度圖中可以看出，該流域總體地勢平坦、坡度緩和，屬于《山洪災(zāi)害分析評價技術(shù)要求》和《山洪災(zāi)害分析評價方法指南》中規(guī)定的特殊工況；根據(jù)《新疆維吾爾自治區(qū)水文圖集》中對新疆產(chǎn)匯流分區(qū)的劃分，A流域處在產(chǎn)匯流分區(qū)I1區(qū)，阿勒泰山南坡，阿勒泰山南坡地處北疆，根據(jù)《新疆維吾爾自治區(qū)水文圖集》，24小時點雨量的CS/CV取3.5；《山洪災(zāi)害分析評價方法指南》中提供了美國水土保持局提供的下滲參數(shù)，A流域土壤類型以砂壤土為主，損失率范圍在3.81～11.43/mm/h；按照《山洪災(zāi)害分析評價技術(shù)要求》，外業(yè)調(diào)查人員對A流域可能發(fā)生潰堤的斷面，做了相應(yīng)的外業(yè)數(shù)據(jù)采集工作，工作成果包括了相應(yīng)的3個橫斷面、一個縱斷面；通過在當(dāng)?shù)刈咴L，獲得了A流域曾經(jīng)發(fā)生潰堤的斷面及洪水的基本情況；通過分析得，A流域的洪水來源主要是其東邊的引水渠和南邊的水庫。3.分析評價預(yù)處理部分，根據(jù)DSM、DOM等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，利用SWAT水文工具，對A流域及周邊區(qū)域進行水系劃分，確定集水面積為1988km2。4.設(shè)計暴雨計算部分包括設(shè)計暴雨參數(shù)計算、設(shè)計暴雨計算及設(shè)計暴雨時程分配計算等內(nèi)容。4.1暴雨參數(shù)計算，如表2：表2A流域設(shè)計暴雨參數(shù)成果4.2設(shè)計暴雨計算，首先，根據(jù)獲得的設(shè)計暴雨參數(shù)，求出不同頻率、不同時段相應(yīng)流域的點雨量；接下來，根據(jù)《新疆維吾爾自治區(qū)水文圖集》提供的山洪災(zāi)害評價地區(qū)時面深綜合曲線，得到1h、6h、24h的點面轉(zhuǎn)換系數(shù)分別為0.73、0.795、0.918，由點雨量乘以點面轉(zhuǎn)換系數(shù)，求出不同頻率、不同時段的面雨量，如表3。表3A流域設(shè)計暴雨成果表單位：mm標(biāo)準(zhǔn)1005020105頻率0.010.020.050.10.2114.0211.498.275.993.93625.7221.2015.4411.347.582439.3132.5123.8317.6111.884.3設(shè)計暴雨時程分配計算，《新疆維吾爾自治區(qū)水文圖集》中提供的A流域所在的新疆阿勒泰地區(qū)的概化雨型如圖3所示。由4.2節(jié)計算得到A流域的24小時的設(shè)計暴雨，然后按照概化雨型得到24小時暴雨時程分配，如表4所示。表4A流域設(shè)計暴雨24小時時程分配單位：mm表5給出了A流域以時段長為1h的暴雨歷時各時段雨量，即設(shè)計暴雨時程分配。表5A流域設(shè)計暴雨時程分配5.設(shè)計洪水計算部分。將推理公式法和利用HMS的兩種方法計算結(jié)果列于表7，并進行對比，計算相對誤差。對表6相對誤差分析可知，A流域平均相對誤差為2.16％，設(shè)計洪峰成果相對誤差在允許范圍內(nèi)，HMS水文模型SCS單位線方法所得設(shè)計洪峰流量成果較可靠，因此選用HEC-HMS水文建模系統(tǒng)設(shè)計洪水計算結(jié)果進行后續(xù)計算及評價分析。表6設(shè)計洪峰流量計算成果單位：m3/s利用馬斯京根—春格法演算潰堤斷面處的設(shè)計洪水成果如表7所示。表7潰堤斷面處設(shè)計洪水成果單位：m3/s頻率p＝1％p＝2％p＝5％p＝10％p＝20％設(shè)計洪水498.1388.1200.2121.254.3斷面處橫斷面示意圖如圖4，利用曼寧公式得到斷面處水位-流量關(guān)系曲線如圖5。6.防洪現(xiàn)狀評價部分A流域的防洪體系主要由其臨近的B水庫和引水渠構(gòu)成，根據(jù)收集到的資料，B水庫的防洪標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇。已知潰堤斷面處各頻率下的設(shè)計洪水，根據(jù)潰堤斷面處的水位流量關(guān)系，反推得5種頻率洪水水深及其相應(yīng)的水位，計算結(jié)果如表8。表8潰堤斷面處水位～流量關(guān)系頻率流量(m3/s)水深(m)水位(m)P＝1％498.13.37615.37P＝2％388.12.91614.91P＝5％200.21.97613.97P＝10％121.21.47613.47P＝20％54.30.91612.91經(jīng)實地測量，預(yù)警點1斷面處的渠岸高程為615m，通過線性插值，求得水渠的現(xiàn)狀防洪能力為60年一遇，結(jié)合頂山水庫的防洪標(biāo)準(zhǔn)，因此，評價對象一連的現(xiàn)狀防洪為50年一遇。7.預(yù)警指標(biāo)分析部分A流域的洪水來源主要是其東邊的引水渠，因此需在流域出口與引水渠交點建立預(yù)警點，如圖6所示。通過對防洪堤、退洪渠水流到達分析評價對象的時間分析，確定各分析評價對象的預(yù)警水位。到達時間t采用t＝L/V下式計算，通過計算，洪水流到達潰堤斷面的時間為9分鐘。對于潰堤型山洪災(zāi)害，洪水從預(yù)警點演進至評價對象的時間小于30分鐘，取堤防高減去30分鐘上漲的水位作為臨界水位，故A流域的臨界水位為614.88m。通過采用本發(fā)明公開的上述技術(shù)方案，得到了如下有益的效果：本發(fā)明所述方法以實際山洪災(zāi)害防治工作中所需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問題為研究目標(biāo)，將潰堤型山洪作為主要分析評價對象，是提供當(dāng)前河道防洪現(xiàn)狀評價方法及預(yù)警指標(biāo)分析方法。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本
技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視本發(fā)明的保護范圍。當(dāng)前第1頁1 2 3