技术领域
[0001] 本发明涉及一种山洪灾害预警方法及系统，属于山洪预警技术领域。
相关背景技术
[0002] 现有暴雨山洪预警主要依靠降雨预报进行预警，然而对于山洪这种短时强降雨造成的洪水灾害，一般数值降雨预报产品精度较低。现有技术中通常采用水文模型来模拟暴雨产汇流情况，从而进行暴雨山洪预警。目前较为先进的暴雨产汇流模拟主要是采用分布式水文模型，然而现有分布式水文模型参数众多，需要大量历史数据进行参数的率定与校正，而山区水文资料一般比较缺乏，给模型率定带来较大不确定性，从而增加了暴雨山洪预警难度。另外，现有的预警指标主要为临界降雨量，通过出口断面水位或流量反推得到一定频率下的降雨量作为预警指标值，而这种预警指标仅考虑出口断面处的水位或流量，其预警精准性和空间针对性较差。
具体实施方式
[0038] 下面结合实施例详述本发明，但本发明并不局限于这些实施例。
[0039] 本发明实施例提供了一种山洪灾害预警方法，如图1至图3所示，所述方法包括：
[0040] S1、将待测流域划分成多个网格单元，并根据每个网格单元的地质信息和降雨信息计算每个网格单元的水流信息；
[0041] S2、根据人体倾倒流速和每个网格单元的水流信息计算每个网格单元的灾害指标；
[0042] S3、根据所有网格单元的灾害指标对待测流域进行山洪灾害预警。
[0043] 具体的，S1中的根据每个网格单元的地质信息和降雨信息计算每个网格单元的水流信息，具体包括：
[0044] 根据二维浅水方程构建暴雨山洪的水动力学模型；
[0045] 将每个网格单元的地质信息和降雨信息输入水动力学模型中，得到每个网格单元的水流信息。其中，水流信息包括水流深度和水流流速。降雨信息包括雷达测雨数据和短临降雨分布预报数据。地质信息包括地形高程数据、土湿数据、坡面及河道糙率数据。
[0046] 建立在流体力学基本守恒律基础上的二维浅水动力学控制方程包括质量守恒方程和动量守恒方程，考虑降雨和土壤入渗的影响，为了能够适应天然河道中存在的复杂水流状态和不规则地形，基本控制方程整理成和谐型的守恒形式，具体如下：
[0047]
[0048] 式中U为守恒变量，F、G为通量变量，S为源项向量。
[0049]
[0050]
[0051] 其中，η为水位；(u，v)为(x，y)方向流速分量；g为重力加速度；h为水深；z为地表高程；r为降雨强度，采用雷达测雨数据；f为入渗强度或出流量；ρ为水体密度；(τbx，τby)为(x，y)方向床面剪切应力。
[0052] 采用能够有效捕捉激波的MUSCL‑TVD‑HLLC有限体积法离散控制方程。模型输入输出条件见图2和图3所示。
[0053] 雷达测雨数据和短临降雨分布预报数据形成降雨过程资料，通过降雨资料中的降雨历时和降雨量可以计算每个网格的降雨强度r；通过数字高程模型(Digital Elevation Model，简称DEM)可以得到地表高程z；土湿数据包括前期降雨量、土壤孔隙率和稳定入渗强度等数据，通过前期降雨量计算初始体积含水量，通过土壤孔隙率计算饱和体积含水量，再根据初始体积含水量、饱和体积含水量和稳定入渗强度进行初始土湿计算，得到入渗强度或出流量f；坡面及河道糙率数据包括植被空间分布信息，通过植被空间分布信息可以得到坡面和河道糙率，再根据坡面和河道糙率计算床面剪切应力(τbx,τby)。
[0054] 将上述计算的降雨强度r，地表高程z，入渗强度f，床面剪切应力(τbx,τby)分别代入公式(2a‑d)中，再将U、F、G、S代入公式(1)中，即可求出水位η和水深h；(x，y)方向流速分量(u，v)。
[0055] 进一步的，S2具体为：
[0056] 当水流深度大于预设水深时，将水流深度作为网格单元的灾害指标；
[0057] 当水流深度小于或等于预设水深、且水流流速小于或等于人体倾倒流速时，将水流深度与水流流速的乘积作为网格单元的灾害指标；
[0058] 当水流流速大于人体倾倒流速时，将水流流速与人体倾倒流速的比值作为网格单元的灾害指标。
[0059] 其中，预设水深为预先设定的值，本领域技术人员可以根据实际情况进行设定，本发明实施例对此不做限定。示例的，预设水深可以为0.8m、1m、1.2m等。
[0060] 人体倾倒流速表示人体受水流冲击倾倒时的水流流速，它与人的体重、性别、是否成年等因素均有关。在实际应用中，人体倾倒流速可以根据经验设定，在本发明实施例中，人体倾倒流速可以设定为1～2m/s。优选的，人体倾倒流速为1.5m/s；预设水深为1m，此时，灾害指标计算模型具体为：
[0061] 其中HR 为灾害指标 ，h为水深 ，
[0062] 进一步的，S3具体为：
[0063] 当网格单元的灾害指标大于或等于第一预警阈值且小于第二预警阈值时，向网格单元对应的流域区域发送准备转移预警信息；
[0064] 当网格单元的灾害指标大于或等于第二预警阈值时，向网格单元对应的流域区域发送立即转移预警信息。
[0065] 其中，第一预警阈值和第二预警阈值均为预先设定的值，本领域技术人员可以根据实际情况进行设定，本发明实施例对此不做限定。示例的，第一预警阈值可以设定为0.5，第二预警阈值可以设定为1.0；即当1＞HR≥0.5时，向网格单元对应的流域区域发送准备转移预警信息，当HR≥1.0时，向网格单元对应的流域区域发送立即转移预警信息。
[0066] 本发明将雷达测雨和短临降雨分布预报数据作为完整水动力学模型直接输入条件。同时基于完整水动力学模型能够给出流域内任意网格单元的水深、流速信息，可为灾害指标实时计算提供基础数据。
[0067] 本发明通过将待测流域划分成多个网格单元，并根据每个网格单元的流速和水深数据计算实时灾害预警指标，当其达到临界值后，给特定区域发布预警，提高预警范围的精准性和时效性。本发明将小流域山洪的预警指标与风险评估，从流域尺度细化到了局部居民区尺度，预警针对性更强，风险指标比单一出口断面流量作为预警指标理论上更合理。
[0068] 本发明另一实施例提供一种山洪灾害预警系统，所述系统包括：
[0069] 第一计算模块，用于将待测流域划分成多个网格单元，并根据每个网格单元的地质信息和降雨信息计算每个网格单元的水流信息；
[0070] 第二计算模块，用于根据人体倾倒流速和每个网格单元的水流信息计算每个网格单元的灾害指标；
[0071] 预警模块，用于根据所有网格单元的灾害指标对待测流域进行山洪灾害预警。
[0072] 具体的，水流信息包括水流深度和水流流速；第二计算模块具体用于：
[0073] 当水流深度大于预设水深时，将水流深度作为网格单元的灾害指标；
[0074] 当水流深度小于或等于预设水深、且水流流速小于或等于人体倾倒流速时，将水流深度与水流流速的乘积作为网格单元的灾害指标；
[0075] 当水流流速大于人体倾倒流速时，将水流流速与人体倾倒流速的比值作为网格单元的灾害指标。
[0076] 进一步的，预警模块具体用于：
[0077] 当网格单元的灾害指标大于或等于第一预警阈值且小于第二预警阈值时，向网格单元对应的流域区域发送准备转移预警信息；
[0078] 当网格单元的灾害指标大于或等于第二预警阈值时，向网格单元对应的流域区域发送立即转移预警信息。
[0079] 上述预警系统中各个模块的具体描述可以参考预警方法中对每个步骤的描述，在此不再赘述，上述预警系统可以实现与预警方法侧同样的功能。
[0080] 以上所述，仅是本申请的几个实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。
