一种城市降雨内涝分级预警方法

1.本发明涉及降雨预警领域，特别是涉及一种城市降雨内涝分级预警方法。


背景技术：

2.城市在促进社会经济发展的同时也对自然生态环境产生了深刻影响。城市化导致地面植被覆盖率降低，不透水面积增加，高层建筑物密度加大，社会经济引起的温室热岛和雨岛效应显著，最终导致极端降雨天气事件明显增多。
3.城市降雨内涝风险预警一直以来都是城市防汛除涝的重点工作。我国气象局在2004年制定的《暴雨预警信号及防御指南》对不同量级的降雨进行了预警，并给出了应采取的防御措施，为城市降雨内涝避险提供了重要参考。但该指南并非针对城市短历时降雨制定，且指南中的数据是基于全国降雨样本的统计结果，未考虑降水和灾情的关系，其可靠性因地而异。合理且精准的内涝预警不仅能降低建设成本而且可以有效减少城市内涝带来的经济损失、人口伤亡以及公共设施损毁等灾难的发生。因此，本发明发明人提出了一种城市降雨内涝分级预警方法来解决上述问题。


技术实现要素：

4.为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种城市降雨内涝分级预警方法，提出了一种符合城市预警要求的分级预警模式且预警时间更加精准。
5.基于此，本发明提供了一种城市降雨内涝分级预警方法，所述方法包括：
6.对实测场次降雨进行采样并确定场次降雨样本；
7.根据所述场次降雨样本，按照雨峰位置进行分类，所述分类结果包括前偏型降雨以及后偏型降雨；
8.计算所述前偏型降雨以及所述后偏型降雨的风险角值；
9.将各场次降雨样本导入城市洪涝模拟模型，获取溢流量过程线图和溢流深度过程线图，并将降雨过程线添加至所述溢流深度过程线图上；
10.根据致灾积水深度，将降雨预警溢流临界深度阈值或分为若干个等级；
11.将不同临界深度阈值添加至所述溢流深度过程线图，其与累计降雨量过程线交点的横坐标为降雨临界雨量发生时刻，与溢流深度过程线交点的横坐标为临界溢流发生时刻；
12.将所述降雨临界雨量发生时刻以及临界溢流发生时刻代入预设预警公式中获取降雨预警时间以及降雨预警解除时间。
13.其中，所述计算所述前偏型降雨以及所述后偏型降雨的风险角值具体包括:
[0014][0015]
[0016]
其中，所述mi、mj分别为所述前偏型降雨、所述后偏型降雨的风险角值、所述p1、p2分别为所述前偏型降雨、所述后偏型降雨的致灾临界雨量，t1、t2分别为所述前偏型降雨、所述后偏型降雨临界雨量发生时刻，t为一场降雨的持续时间。
[0017]
其中，将所述降雨临界雨量发生时刻以及临界溢流发生时刻代入预设预警公式中获取降雨预警时间以及降雨预警解除时间具体包括:
[0018]
前偏型分级预警开始时间为：
[0019][0020]
后偏型分级预警开始时间为：
[0021][0022]
前偏型分级预警解除时间为：
[0023][0024][0025]
后偏型分级预警解除时间为：
[0026][0027]
其中，ti,tj分别为预警开始时刻，t
i’,t
j’分别为预警解除时刻，m0,m0’
分别为综合风险前角值、综合风险后角值，i、j为场次降雨编号，ti,tj分别为前偏型、后偏型降雨的临界雨量发生时刻，t
i’,t
j’分别为前偏型、后偏型临界溢流发生时刻，t为降雨总历时，mi,mj分别为风险前角值、风险后角值，k为降雨时段间隔。
[0028]
其中，所述m0为所述前偏型降雨的风险角mi的平均值，所述m0’
为所述后偏型降雨的风险角mj的平均值，其中，i＝1、2、
……
n，n为场次降雨总数，j＝1、2、
……
n，n为场次降雨总数。
[0029]
其中，所述溢流深度过程线、降雨过程线、累计雨量过程线处于同一坐标中，称为降雨溢流关系图。
[0030]
其中，所述根据致灾积水深度，将降雨预警溢流临界深度阈值或分为若干个等级，具体包括：
[0031]
所述等级为3个，当溢流深度达到15cm时为i级预警，当溢流深度达到30cm时为ii级预警，当溢流深度为40cm时为iii级预警。
[0032]
其中，所述城市洪涝模拟模型即swmm模型为现有技术。
[0033]
采用本发明，有益效果如下:
[0034]
(1)本发明增加了现有城市降雨预警方法的多样性。
[0035]
(2)本发明采用分级预警的方法以及同时考虑了预警开始时刻与预警杰出时刻，从而使得预警结果更加符合实际情况。
[0036]
(3)本发明考虑不同降雨雨型、降雨致灾位置以及提出了内涝风险角概念和降雨预警公式等，将降雨致灾雨量与致灾时刻相结合使得计算结果更加精确和合理。
分别为所述前偏型降雨、所述后偏型降雨的致灾临界雨量，t1、t2分别为所述前偏型降雨、所述后偏型降雨临界雨量发生时刻，t为一场降雨的持续时间。
[0058]
s104、将各场次降雨样本导入城市洪涝模拟模型，获取溢流量过程线图和溢流深度过程线图，并将降雨过程线添加至所述溢流深度过程线图上；
[0059]
其中，所述溢流深度过程线、降雨过程线、累计雨量过程线处于同一坐标中，称为降雨溢流关系图。
[0060]
将选取的降雨输入到swmm模型中进行模拟，模拟的结果里就有每分钟的溢流量、溢流深度，然后画成图就成为了溢流量过程线图和溢流深度过程线图。
[0061]
所述swmm模型为现有技术。
[0062]
s105、根据致灾积水深度，将降雨预警溢流临界深度阈值或分为若干个等级；
[0063]
其中，所述根据致灾积水深度，将降雨预警溢流临界深度阈值或分为若干个等级，具体包括：
[0064]
所述等级为3个，当溢流深度达到15cm时为i级预警，当溢流深度达到30cm时为ii级预警，当溢流深度为40cm时为iii级预警。
[0065]
s106、将不同临界深度阈值添加至所述溢流深度过程线图，其与累计降雨量过程线交点的横坐标为降雨临界雨量发生时刻，与溢流深度过程线交点的横坐标为临界溢流发生时刻；
[0066]
s107、将所述降雨临界雨量发生时刻以及临界溢流发生时刻代入预设预警公式中获取降雨预警时间以及降雨预警解除时间。
[0067]
其中，将所述降雨临界雨量发生时刻以及临界溢流发生时刻代入预设预警公式中获取降雨预警时间以及降雨预警解除时间具体包括:
[0068]
前偏型分级预警开始时间为：
[0069][0070]
后偏型分级预警开始时间为：
[0071][0072]
前偏型分级预警解除时间为：
[0073][0074]
后偏型分级预警解除时间为：
[0075][0076]
其中，ti,tj分别为预警开始时刻，t
i’,t
j’分别为预警解除时刻，m0,m0’
分别为综合风险前角值、综合风险后角值，i、j为场次降雨编号，ti,tj分别为前偏型、后偏型降雨的临界雨量发生时刻，t
i’,t
j’分别为前偏型、后偏型临界溢流发生时刻，t为降雨总历时，mi,mj分别为风险前角值、风险后角值，k为降雨时段间隔。
[0077]
其中，所述m0为所述前偏型降雨的风险角mi的平均值，所述m0’
为所述后偏型降雨的风险角mj的平均值，其中，i＝1、2、
……
n，n为场次降雨总数，j＝1、2、
……
n，n为场次降雨
总数。
[0078]
其中，所述城市洪涝模拟模型的构建过程包括:
[0079]
以下以推求某市某14个雨量站2009年到2018年实测降雨数据推求其1小时单峰降雨内涝分级预警时间推求为例，具体阐述本发明所提供的城市内涝分级预警时间推求方法具体包括如下步骤：
[0080]
1、根据某市某14个雨量站点2009年到2018年的实测降雨数据划分场次单峰降雨。
[0081]
2、根据各场次短历时单峰降雨历时选择样本，本例中，选择降雨历时在1小时的场次单峰降雨作为样本，前偏型、后偏型降雨各选择20场。
[0082]
3、按照场次单峰降雨样本按照公式(1)、(2)计算40场单峰降雨的风险前角以及风险后角值，然后计算其对应的综合风险角值，得到m0＝0.765、m0’
＝0.375。
[0083]
4、通过swmm模型模拟40场降雨，得到其对应的降雨溢流深度图。
[0084]
5、根据研究区当地洪涝灾害情况将降雨预警溢流深度阈值划分为三个等级，分别为低风险、中风险、高风险，其对应的溢流深度分别为15cm、30cm、40cm。
[0085]
6、将溢流过程线、降雨过程线、累计雨量过程线以及不同等级降雨溢流深度线画到同一图上，根据降雨溢流深度线与累计雨量过程线上交点横坐标为降雨临界雨量发生时刻(即t1,t2,t3)，与溢流过程线交点的横坐标为溢流临界发生时刻(即t1’
,t2’
,t3’
)，得到40对降雨临界雨量发生时刻以及溢流临界发生时刻。
[0086]
7、将各对时刻数据代入到公式(3)、(4)、(5)、(6)中得到各场次降雨的降雨预警时间以及降雨预警结束时间。
[0087]
前偏型分级预警开始时间为：
[0088][0089]
后偏型分级预警开始时间为：
[0090][0091]
前偏型分级预警解除时间为：
[0092][0093]
后偏型分级预警解除时间为：
[0094][0095]
根据以上步骤得到城市降雨内涝分级预警时间以及预警结束时间如下表1、表2，表3是本发明计算得到的1h前峰型降雨不同分级预警时间与规范时间对比，表4是是本发明计算得到的1h后峰型降雨不同分级预警时间与规范时间对比。
[0096]
表1为1h前偏型降雨预警时刻计算结果表；
[0097]
[0098][0099]
表2为1h后偏型降雨预警时刻计算结果表；
[0100]
[0101][0102]
表3为1h前偏型降雨预警合理性分析；
[0103][0104]
表4为1h后偏型降雨预警合理性分析。
[0105]
[0106][0107]
9、选择低风险、中风险、高风险各一场降雨来验证本研究的合理性，本研究降雨预警方法得到的预警时间与当地规范比较，预警时间均早于理论预警时间，说明本方法是符合实际情况的。
[0108]
与现有的城市降雨内涝预警方法相比,本发明提供的方法在推求降雨预警时间时相对更加精确，同时这种方法增加了降雨内涝预警方法的多样性。本发明相对于以往方法对降雨预警增加了分时同时也增加了降雨预警解除时刻使得预警方法更加全面，也更加符合实际情况。
[0109]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。