龙门山区中小河流洪水的致洪面雨量和预警方法研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 冯雨桥 |
| 答辩日期 | 2025-06 |
| 文献子类 | 学术型学位 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 导师 | 戚友存 |
| 关键词 | 对流降水 层状云降水 洪水预警 临界面雨量 雷达降水 |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 自然地理学 |
| 英文摘要 | 我国大部分地区受季风影响，年内降水分布不均匀，降水集中发生在汛期且短时强降水频发，导致我国受洪水灾害影响较大。中小河流洪水灾害是目前我国洪水灾害防治的难点和薄弱点，特别是在山区。由于受到地形影响，山区中小河流洪水有突发性强、预见期短、破坏性强的特征，防治难度更大。洪水预警是山区中小河流洪水防治的重要手段，可有效减少洪水中的生命财产损失。中小河流洪水预警方法可以分为两种：基于临界面雨量的洪水预警和基于模拟径流量的洪水预警。基于临界面雨量的洪水预警因其难度低、时效性高的特点，在业务上得到广泛应用，但其准确性相对基于模拟径流量的洪水预警仍有待提高。临界面雨量划分不准确是导致基于临界面雨量的洪水预警准确性偏低的重要原因。 本论文利用雷达降水分类信息，开展对流降水和层状云降水时空结构差异对临界面雨量划分效果影响的研究，旨在提升临界面雨量划分效果，并形成更准确的洪水预警产品。主要研究内容与结论如下： (1)探究多种卫星与再分析降水产品（IMERG—Uncal、IMERG—Cal、GSMaP—MVK、GSMaP—Gauge和ERA5-Land)在龙门山区对于层状云降水和对流降水在降水量、降水强度和降水时空结构特征方面的识别能力差异。选择龙门山区5个不同流域面积和降水类型特征的山区中小河流，使用WRF—Hydro分布式水文模型进行洪水模拟，分析降水产品的洪水模拟效果与流域主要降水类型的关系，最终确定用于各个流域动态临界面雨量划分的降水产品。研究结果表明：经过雨量计校正的卫星降水产品（IMERG—Cal和GSMaP—Gauge)降水数据准确度较高，其中GSMaP—Gauge可以较好地把握层状云降水的总降水量，所以在以层状云降水为主的流域洪水模拟效果较好。IMERG—Cal可以较好地把握对流降水的强度和时空结构特征，所以在以对流降水为主的流域洪水模拟效果较好。 (2)分析目前常用的动态临界面雨量洪水预警方法的临界面雨量划分效果及其影响因素。基于各流域洪水模拟效果较好的卫星降水产品，对研究区内5个流域的动态临界面雨量进行划分，并利用多元线性回归的方法分析动态临界面雨量划分的准确性与降水时空结构特征的关系。在动态临界面雨量划分中，面积大于1000 km2的流域临界面雨量划分及预警效果较差。对于两年一遇的洪水过程，降水空间变差系数对洪峰流量影响较大（4个流域的多元线性回归分析p检验值小于0.05)，对动态临界面雨量划分的准确性造成了较大影响。 (3)探究对流降水和层状云降水的时空结构特征差异如何影响动态临界面雨量划分的准确性。引入雷达数据，对于洪峰流量在临界流量以上和临界流量以下的洪水过程对应降水过程的降水类型和强度进行划分。研究发现，降水过程中的对流降水占比对动态临界面雨量划分准确性有影响。洪峰流量在临界流量以上的洪水过程中，对流降水和20mm/h以上的强对流降水占比普遍较高。对于层状云降水和对流降水时空结构特征的分析结果显示，不同流域内，对流降水的空间变差系数比层状云降水高20%-30%，最高可达3倍以上，而强对流降水比其它强度的对流降水空间变差系数高30%，部分流域可达80%。结合其它降水时空结构特征综合分析，当对流降水（尤其是强对流降水）在降水过程中占比较高时，降水空间变差系数值较大，累积降水量相同的条件下更易形成超过临界流量的洪水过程。 (4)在上述理论分析的基础上，本文进一步探究了降水类型在洪水预警中的作用，提出了基于降水类型的洪水预警方案。该方案利用对流降水，尤其是强对流降水在时间和空间上整体比层状云降水更为集中的特征，以对流降水占比和强对流降水占比作为预警指标，应用于洪水预警。该方案建立了分层次的预警判据体系，提升中小河流洪水灾害的预警能力。在临界面雨量划分过程中，最重要的问题是强对流降水占比较高的降水过程形成的洪水可能会发生漏报，而基于降水类型的洪水预警方案相比目前的动态临界面雨量法，临界面雨量划分的准确度得到显著提升，漏报案例明显减少。本研究对提升山区中小河流洪水预警能力具有重要的理论意义和实践价值。 |
| 学科主题 | 自然地理学 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 97 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/217287]  |
| 专题 | 地理科学与资源研究所_研究生部 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 冯雨桥. 龙门山区中小河流洪水的致洪面雨量和预警方法研究[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院大学. 2025. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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