摘要：

為提高山區(qū)山洪災(zāi)害的預(yù)警能力，以湖南省安江流域、辰溪流域?yàn)槔?，對基于GIS柵格的二維非恒定流水文動力（FloodArea）模型和統(tǒng)計(jì)方法2種山區(qū)流域致災(zāi)臨界雨量計(jì)算方法進(jìn)行對比分析。利用監(jiān)測站點(diǎn)的洪水漲幅變化量和逐小時(shí)面雨量，使用統(tǒng)計(jì)方法構(gòu)建致災(zāi)面雨量模型，計(jì)算出致災(zāi)臨界面雨量。通過使用逐小時(shí)面雨量、產(chǎn)流系數(shù)和地表粗糙度共同驅(qū)動FloodArea模型，模擬山洪淹沒動態(tài)過程；利用山洪淹沒深度和逐小時(shí)面雨量構(gòu)建流域致災(zāi)面雨量模型，計(jì)算出致災(zāi)臨界面雨量。最后，將2種方法的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對比分析。結(jié)果表明：① 安江流域、辰溪流域的逐小時(shí)洪水漲幅與累積面雨量相關(guān)性顯著，致災(zāi)臨界面雨量有效時(shí)間均為13～16 h；② 比較2種方法計(jì)算的致災(zāi)臨界面雨量，F(xiàn)loodArea模型的計(jì)算結(jié)果偏大，但兩種方法計(jì)算結(jié)果的變化趨勢基本保持一致；③ 與FloodArea模型相比，統(tǒng)計(jì)方法能夠快速高效地構(gòu)建降水與洪水漲幅的關(guān)系，但FloodArea模型能夠精細(xì)刻畫降水徑流過程，其結(jié)果更具有真實(shí)性。因此，在山洪災(zāi)害預(yù)警過程中，通過綜合使用2種方法可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ)，得到科學(xué)合理的山洪災(zāi)害致災(zāi)臨界面雨量，從而提高山區(qū)山洪災(zāi)害的預(yù)警能力。

關(guān)鍵詞：

致災(zāi)臨界雨量； 山洪災(zāi)害； FloodArea模型； 統(tǒng)計(jì)分析法； 安江流域； 辰溪流域

中圖法分類號：TV122

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2025.03.001

文章編號：1006-0081（2025）03-0001-07

收稿日期：

2024-03-18

基金項(xiàng)目：

湖南省氣象局2023年創(chuàng)新發(fā)展專項(xiàng)（青年專項(xiàng)）（CXFZ2023-QNZX08）；懷化市氣象局2023年重點(diǎn)課題（HHQX23A003）

作者簡介：

奚世軍，男，碩士，主要從事氣象災(zāi)害監(jiān)測、預(yù)警和防治工作。E-mail：1874791784@qq.com

通信作者：

陳紅專，男，正高級工程師，碩士，主要從事氣象災(zāi)害監(jiān)測、預(yù)警和防治工作。E-mail：dktanqxt@tom.com

引用格式：

奚世軍，陳紅專，羅植榮，等.山洪致災(zāi)臨界雨量計(jì)算方法對比分析

［J］.水利水電快報(bào)，2025，46（3）：1-7，13.

0" 引" 言

山洪災(zāi)害是中國自然災(zāi)害中造成人員傷亡的主要災(zāi)種之一［1］。近年來，受氣候變暖和人類活動的雙重影響，區(qū)域極端降水事件頻發(fā)，給山區(qū)人民的生命財(cái)產(chǎn)安全帶來較大的威脅［2-5］。因此，開展山區(qū)流域山洪災(zāi)害預(yù)警研究，對保障人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。

致災(zāi)臨界雨量在山洪災(zāi)害預(yù)警過程中起到關(guān)鍵的“警示器”作用，其計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性、科學(xué)性和動態(tài)性尤為重要［6］。當(dāng)前，計(jì)算致災(zāi)臨界雨量的主要方法為單一的統(tǒng)計(jì)分析法和水文模型法［7-10］。統(tǒng)計(jì)分析法是通過分析歷史山洪過程中的水位、漲幅、流量等水文資料與降水量的數(shù)理關(guān)系，進(jìn)而計(jì)算出致災(zāi)臨界面雨量［6-8］。陳桂亞等［9］基于水文部門及氣象站網(wǎng)的雨量資料，提出了單站臨界雨量、區(qū)域臨界雨量計(jì)算方法、災(zāi)害與降雨同頻率法、內(nèi)插法和比擬法等臨界雨量的分析計(jì)算方法。江錦紅等［10］提出統(tǒng)計(jì)場次降雨，構(gòu)建暴雨臨界曲線，并把該曲線作為山洪災(zāi)害預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)來判斷研究區(qū)域是否引發(fā)山洪災(zāi)害。WANG等［7］將模式識別算法引入臨界雨量的計(jì)算中，提出了基于Fisher判別算法的臨界雨量計(jì)算方法。CHAI等［8］通過引入M-Copula函數(shù)，構(gòu)建臨界雨量的多維聯(lián)合分布，對降雨量和峰值雨強(qiáng)的聯(lián)合分布進(jìn)行了分析，結(jié)果表明該方法可靠。王維林等［11］通過引入模式識別算法，提出基于Fisher判別算法的臨界雨量計(jì)算方法，該方法計(jì)算的臨界面雨量準(zhǔn)確率在80%以上。上述方法雖然具有簡單易用的優(yōu)點(diǎn)，但存在山洪災(zāi)害發(fā)生機(jī)制描述比較模糊和計(jì)算的致災(zāi)臨界雨量準(zhǔn)確性不足等缺點(diǎn)。水文模型法是以地形、土地利用及人類活動等諸多地理信息和降水因子為數(shù)據(jù)源共同驅(qū)動水文模型，根據(jù)水文模型的模擬結(jié)果建立降水-洪水漲幅的關(guān)系，進(jìn)而計(jì)算出致災(zāi)臨界雨量［7，12-14］。包紅軍等［15］通過收集流域的流域特征信息，采用GMKHM分布式水文模型計(jì)算出多個(gè)流域的動態(tài)臨界雨量閾值，其結(jié)果表明該方法的命中率較高；張連成等［16］通過綜合利用下墊面數(shù)據(jù)和降水?dāng)?shù)據(jù)等多源數(shù)據(jù)，采用FloodArea模型對蘇巴什水庫典型暴雨山洪淹沒過程進(jìn)行精細(xì)化模擬，構(gòu)建了降水-淹沒深度關(guān)系模型，得到對應(yīng)的致災(zāi)臨界雨量閾值。上述方法從山洪致災(zāi)機(jī)理角度出發(fā)，其具有客觀描述山洪水文過程的物理機(jī)制，可計(jì)算出較為準(zhǔn)確的致災(zāi)臨界面雨量的優(yōu)點(diǎn)，但難以對模型進(jìn)行有效的參數(shù)率定與驗(yàn)證，同時(shí)存在諸多不確定性［12］。綜合利用統(tǒng)計(jì)方法和水文模型共同計(jì)算致災(zāi)臨界雨量的方法具有單一方法的優(yōu)勢，計(jì)算的結(jié)果具有更高的準(zhǔn)確性、科學(xué)性和動態(tài)性［17-18］。盧燕宇等［17］和苗茜等［18］分別以安徽省東津河流域和江蘇老濉河流域?yàn)槔C合利用統(tǒng)計(jì)方法和水文模型，計(jì)算山地和平原地區(qū)兩種地貌類型流域的致災(zāi)臨界面雨量，論證了綜合使用兩種方法計(jì)算的致災(zāi)臨界面雨量更有科學(xué)性。

受地形地貌、氣象水文條件差異的影響，武陵山區(qū)的水文特點(diǎn)不同于其他山地和平原 ［19-20］。本研究以山區(qū)內(nèi)的安江流域、辰溪流域?yàn)槔謩e利用基于GIS柵格的二維非恒定流水文動力（FloodArea）模型和統(tǒng)計(jì)方法計(jì)算致災(zāi)臨界雨量，以及確定山洪致災(zāi)的時(shí)間尺度和致災(zāi)臨界雨量閾值，以期為山區(qū)山洪災(zāi)害預(yù)警及防治提供參考。

奚世軍 等" 山洪致災(zāi)臨界雨量計(jì)算方法對比分析

1" 研究區(qū)概況

為提高山洪致災(zāi)臨界面雨量閾值研究效率，使研究結(jié)果具有代表性，選取氣候?qū)儆谥衼啛釒Ъ撅L(fēng)氣候區(qū)，地表以林地和耕地為主的湖南省武陵山區(qū)的安江流域、辰溪流域?yàn)檠芯繉ο?，流域具體信息見表1～2、圖1。

安江流域位于湖南省洪江市境內(nèi)，下轄安江鎮(zhèn)、熟坪鄉(xiāng)和沙灣鄉(xiāng)等7個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，流域面積為574.21 km2。沅江貫穿整個(gè)流域，河流兩邊為平地和山地，呈現(xiàn)中間低，兩邊高的地勢特點(diǎn)。流域以有林地為主，占流域面積的77.86%，主要分布在河流兩邊；耕地占流域面積的19.10%，主要沿河流、山谷分布；居民地主要沿河流、山谷分布。沅江安江段的警戒水位為163.00 m，保證水位為170.29 m，堤壩高程（漫壩水位）為173.00 m。

辰溪流域位于湖南省辰溪縣境內(nèi)，下轄辰陽鎮(zhèn)、修溪鎮(zhèn)、錦濱鎮(zhèn)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)，流域面積為830.47 km2。辰水和沅江兩條河流交匯于流域境內(nèi)，沅江貫穿整個(gè)流域，山地主要分布東邊，平地主要分布西邊，呈現(xiàn)出地勢東高西低的特點(diǎn)。流域以有林地為主，占流域面積66.73%，主要分布在流域的東北、東部等地區(qū)；耕地占流域面積28.48%，主要分布在流域的西南部和沿河谷地帶。沅江辰溪段的警戒水位為120.00 m，保證水位為128.00 m，堤壩高程（漫壩水位）為133.00 m。

2" 研究方法與數(shù)據(jù)來源

2.1" 研究方法

2.1.1" 流域氣象水文特征分析

為確定安江流域、辰溪流域強(qiáng)降水匯集形成洪水所需要的時(shí)間尺度，本研究使用統(tǒng)計(jì)軟件計(jì)算滑動累積面雨量與洪水漲幅的相關(guān)性。同時(shí)，分別使用統(tǒng)計(jì)方法、FloodArea模型定量分析安江流域和辰溪流域的5場典型山洪事件的雨-洪關(guān)系，并確定兩種方法下的雨-洪關(guān)系最優(yōu)模型。最后，結(jié)合預(yù)警水位動態(tài)計(jì)算兩組致災(zāi)臨界雨量并進(jìn)行比較分析。

2.1.2" FloodArea模型模擬動態(tài)水位

2001年德國Geomer公司開發(fā)了基于GIS柵格的二維非恒定流水文動力模型（FloodArea），實(shí)現(xiàn)了水文模型與GIS工具平臺的無縫耦合嵌套［21-23］。該模型準(zhǔn)確地反映了洪水演進(jìn)過程，實(shí)現(xiàn)了GIS與水文-水動力學(xué)模型的數(shù)據(jù)融合，同時(shí)還考慮了地形、坡度、降水情況和地表粗糙度對洪水形成的影響，已被國內(nèi)外學(xué)者廣泛應(yīng)用于山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)研究。值得注意的是，該模型考慮了水動力原理，對于缺乏水文數(shù)據(jù)的山區(qū)有較好的適用性。同時(shí)大量實(shí)際業(yè)務(wù)應(yīng)用表明，F(xiàn)loodArea模型在山區(qū)的模擬效果比較好［17，21-24］。

本研究選用模型Rainstorm模塊，輸入數(shù)據(jù)包括流域DEM、逐小時(shí)面雨量數(shù)據(jù)、地表水力粗糙度、地表徑流系數(shù)和最大水流交換率［21-24］。其中，地表徑流系數(shù)是同一時(shí)間段內(nèi)流域面積上的徑流深度與降水量的比值，值越大表示地表形成徑流越大，下滲較小；反之亦然。流域內(nèi)地表徑流系數(shù)的計(jì)算采用SCS（Soil Conservation Service）模型計(jì)算；地表水力粗糙度是根據(jù)土

地利用類型及其糙率表，將不同類型的土地利用數(shù)據(jù)

換算成對應(yīng)的地表水力粗糙度，反映影響模擬水文過程的時(shí)間和形狀的力量，水力粗糙度越小，下墊面越光滑，流速越快；最大水流交換率的范圍1%～10%，地形越平坦值越?。?8］，參考相關(guān)文獻(xiàn)［17-24］，本研究選取最大水流交換率為8%。

本文統(tǒng)計(jì)方法主要使用Excel軟件進(jìn)行分析計(jì)算。

2.2" 數(shù)據(jù)來源

2.2.1" 數(shù)據(jù)來源

本研究使用的數(shù)字高程（digital elevation model，DEM）、TM遙感影像（Landsat3-8）系列數(shù)據(jù)從地理空間數(shù)據(jù)云 （gscloud.cn）下載，DEM和TM遙感影像的空間分辨率為30 m×30 m。水文數(shù)據(jù)（水文站點(diǎn)、流量、水位、漲幅）和逐小時(shí)強(qiáng)降水來源于湖南省氣象局“天擎”大數(shù)據(jù)云平臺。

2.2.2" 數(shù)據(jù)處理

通過使用ArcSWAT軟件，以DEM數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源，水文監(jiān)測站點(diǎn)為出水口，提取安江、辰溪流域的流域邊界。通過使用ENVI軟件，以遙感影像（Landsat8）為數(shù)據(jù)源，按照耕地、有林地、林地、草地、水體、不透水面6類土地利用類型進(jìn)行非監(jiān)督分類得到土地利用數(shù)據(jù)，精度評價(jià)結(jié)果為85%以上。水文數(shù)據(jù)是以山洪事件發(fā)生的時(shí)間為節(jié)點(diǎn)，從湖南省“天擎”大數(shù)據(jù)平臺提取安江站與辰溪站的流量、水位、漲落、變幅等監(jiān)測數(shù)據(jù)和對應(yīng)的警戒線和最大警戒線。

歷史山洪事件和強(qiáng)降水?dāng)?shù)據(jù)通過以下步驟提?。孩?從懷化市氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)普查數(shù)據(jù)中，挑選出安江流域2011年6月10日、2012年6月10日和2017年6月29日3次典型山洪事件，以及辰溪流域2014年7月15～16日和2016年7月4日2次山洪事件；② 根據(jù)山洪事件發(fā)生的時(shí)間挑選出對應(yīng)時(shí)段的逐小時(shí)降水?dāng)?shù)據(jù)；③ 計(jì)算安江流域、辰溪流域不同山洪事件的滑動累積面雨量。

3" 結(jié)果分析

3.1" 臨界雨量時(shí)效分析

雨量時(shí)效是降水匯集形成洪水所需的時(shí)間，是分析流域洪水致洪臨界雨量的前提條件［9-10］。從圖2可知，安江流域的3次強(qiáng)降水過程的逐小時(shí)滑動累積面雨量與洪水漲幅的相關(guān)系數(shù)隨著時(shí)間的推移上升，而后保持相對穩(wěn)定，強(qiáng)降水匯集形成洪水的有效時(shí)間為13～16 h。從圖3可知，辰溪流域的2014年7月15～16日連續(xù)性強(qiáng)降水過程的逐小時(shí)滑動累積面雨量與洪水漲幅的相關(guān)系數(shù)從7月15日08∶00開始到22∶00上升，而后保持相對穩(wěn)定，辰溪流域的2016年7月 4日 的洪水漲幅的相關(guān)系數(shù)從 02∶00開始到06∶00時(shí)段呈現(xiàn)出上升趨勢，而后逐漸下降。綜上所述，逐小時(shí)滑動累積面雨量與洪水漲幅的相關(guān)系數(shù)在有效時(shí)間內(nèi)不斷增大，相關(guān)性不斷增強(qiáng)，在有效時(shí)間外相關(guān)性保持相對穩(wěn)定。

3.2" 基于統(tǒng)計(jì)方法確定的致洪臨界雨量

3.2.1" 洪水漲幅與累積面雨量關(guān)系擬合

從2010～2020年挑選出安江流域3次山洪災(zāi)害事件，以及辰溪流域2次山洪災(zāi)害事件作為樣本，使用統(tǒng)計(jì)方法確定致洪臨界雨量。從圖4可知，安江流域3次山洪災(zāi)害事件的降水類型分別為雙峰型降水、單峰型強(qiáng)降水和多峰型強(qiáng)降水，辰溪流域2次山洪災(zāi)害事件的降水類型分別為多峰型強(qiáng)降水和單峰型強(qiáng)降水。累積面雨量與逐小時(shí)洪水漲幅擬合關(guān)系見表3。安江流域3次山洪災(zāi)害事件的基礎(chǔ)水位分別為153.50，156.40 m和155.71 m，洪水最大漲幅分別為1.76 m、5.30 m和4.70 m，在有效時(shí)間內(nèi)均以線性模型擬合較好，R2均不小于0.94。辰溪流域2次山洪災(zāi)害事件的基礎(chǔ)水位分別為 115.73 m和157.06 m，洪水最大漲幅分別為5.63 m和4.70 m，在有效時(shí)間內(nèi)分別為線性模型和非線性模型，而線性模型擬合最好。綜上所述，在單峰型、雙峰型和多峰型不同降水類型情況下，有效時(shí)間尺度內(nèi)線性模型在表達(dá)洪水漲幅和累積面雨量關(guān)系表現(xiàn)最優(yōu)，R2均高于0.90。因此，模型3（R2=0.98） 和模型4（R2=0.97）分別為安江流域、辰溪流域洪水漲幅與累積面雨量關(guān)系擬合的最優(yōu)模型。

3.2.2" 臨界雨量確定

山洪的發(fā)生是氣象、地形地貌、下墊面類型以及防洪設(shè)施等多要素共同作用的結(jié)果［18，25］。因此，致災(zāi)臨界累積面雨量是一個(gè)與前期水文特征等多要素強(qiáng)相關(guān)的動態(tài)閾值。其中，基礎(chǔ)水位是洪水漲幅的重要參考值，也是計(jì)算臨界累積面雨量的關(guān)鍵參數(shù)［18，25］。安江流域和辰溪流域的洪水漲幅主要集中在5.30 m和5.63 m以下，其數(shù)值具有相對連續(xù)性和單調(diào)性的特性。因此，通過使用降水-洪水漲幅線性關(guān)系能更好地?cái)M合兩個(gè)流域的特征。統(tǒng)計(jì)模型以最優(yōu)模型對應(yīng)的洪水事件基礎(chǔ)水位作為致災(zāi)臨界雨量統(tǒng)計(jì)模型的基礎(chǔ)水位。其中，安江流域的基礎(chǔ)水位是155.71 m，從基礎(chǔ)水位依次上升到3個(gè)等級預(yù)警水位的洪水漲幅對應(yīng)分為3級，自低到高分別是7.29 m（三級預(yù)警）、14.58 m（二級預(yù)警）和17.29 m（一級預(yù)警）。辰溪流域的基礎(chǔ)水位均是115.73 m，從基礎(chǔ)水位依次上升到3個(gè)等

級預(yù)警水位的洪水漲幅對應(yīng)分為3級，自低到高分別是4.27 m（三級預(yù)警）、12.27 m（二級預(yù)警）和17.27 m（一級預(yù)警）。將各流域3個(gè)等級洪水漲幅分別代入安江流域的模型3（R2=0.98）和辰溪流域的模型4（R2=0.97）可得到有效時(shí)段內(nèi)3個(gè)等級致災(zāi)臨界雨量。有效時(shí)段內(nèi)，安江流域基礎(chǔ)水位從155.71 m上漲至警戒水位所需降水為263.40 mm，達(dá)到保證水位所需降水為487.70 mm，漫出堤壩則需要571.10 mm。辰溪流域基礎(chǔ)水位從115.73 m上漲至警戒水位所需降水為99.50 mm，達(dá)到保證水位所需降水為377.30 mm，漫出堤壩則需要551.00 mm，詳見表4。安江流域和辰溪流域3個(gè)等級致災(zāi)臨界面雨量分別對應(yīng)2，7 a和8 a一遇的降水量。

3.3" FloodArea模型確定致災(zāi)臨界雨量

本文從2010～2020年挑選出安江流域3次和辰溪流域2次山洪災(zāi)害事件作為樣本，使用FloodArea模型模擬了對應(yīng)山洪事件的淹沒情況，模擬過程總時(shí)長為24 h，步長為1 h。對水文觀測點(diǎn)的模擬淹沒深度與對應(yīng)的面雨量進(jìn)行擬合，擬合模型詳見表5。安江流域擬合的結(jié)果均以線性模型擬合效果最好，其中模型7（R2=0.97）擬合最好。從辰溪流域擬合的結(jié)果來看，在有效時(shí)間內(nèi)分別為線性模型和非線性模型，而線性模型9（R2=0.98）擬合最好。本研究分別對安江流域的模型7（R2=0.97）和辰溪流域的模型9（R2=0.98）求解得到對應(yīng)的致災(zāi)臨界面雨量，詳見表6。

3.4" 計(jì)算結(jié)果對比

綜合對比發(fā)現(xiàn)，兩種方法計(jì)算的3個(gè)等級致災(zāi)臨界面雨量中，三級預(yù)警等級對應(yīng)的雨量相對較小，而二級預(yù)警和一級預(yù)警相對較大，但變化的趨勢具有一致性。針對上述結(jié)論，參照章國材［26］確定的山洪預(yù)警等級，將三級（0.60 m）、二級（1.20 m）、一級（1.80 m）的數(shù)據(jù)代入本研究最優(yōu)模型，計(jì)算致災(zāi)臨界面雨量閾值，對比發(fā)現(xiàn)兩種方法計(jì)算的3個(gè)等級的致災(zāi)臨界面雨量相對接近，詳見表7和表8。對比了陳曉丹［22］以湖南省安化縣為例、采用FloodArea模型確定的安化縣致災(zāi)臨界面雨量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)與本研究使用的統(tǒng)計(jì)方法、FloodArea模型確定的3個(gè)等級的致災(zāi)臨界面雨量接近。兩種方法均是通過建立不同時(shí)段雨洪統(tǒng)計(jì)關(guān)系。其中，統(tǒng)計(jì)方法是從2010～2020年間挑選出典型山洪事件過程分別分析雨洪關(guān)系，并構(gòu)建各過程的累積面雨量與洪水漲幅的統(tǒng)計(jì)關(guān)系模型，F(xiàn)loodArea模型以地形地貌、土地利用和對應(yīng)時(shí)段逐小時(shí)降水?dāng)?shù)據(jù)驅(qū)動，并構(gòu)建累積面雨量與淹沒深度的統(tǒng)計(jì)關(guān)系模型。從山洪災(zāi)害防治工作來看，統(tǒng)計(jì)方法具有簡單快速的優(yōu)勢，但無法客觀描述山洪地表徑流匯集的動態(tài)過程，而FloodArea模型就彌補(bǔ)了統(tǒng)計(jì)方法的缺陷。因此，在山區(qū)山洪預(yù)報(bào)預(yù)警工作中，綜合考慮兩種方法各自的優(yōu)勢和數(shù)據(jù)特點(diǎn)，將降低山洪預(yù)警空報(bào)率，一定程度上提高山區(qū)山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警服務(wù)水平。

4" 討" 論

山洪的形成與地形、土地利用、土壤、降水的截留、下滲、蒸發(fā)等要素密切相關(guān)［2，12-13］。其中，土地利用類型直接影響產(chǎn)匯流過程和出口斷面的流量過程。安江流域、辰溪流域內(nèi)有林地占流域面積的比例分別達(dá)到77.86%和66.73%，對洪峰起到了消減作用；耕地占流域面積的比例分別達(dá)到19.10%和28.48%，在人為活動的影響下，易引起山洪溝堆積物、河道泥沙淤積逐漸增多，使得整個(gè)流域蓄洪滯洪功能降低，山洪災(zāi)害發(fā)生的潛在危險(xiǎn)性增大。另外，復(fù)雜的山區(qū)地形地貌導(dǎo)致分布式水文模型模擬的結(jié)果偏高或偏低，以及參數(shù)的復(fù)雜性等諸多因素導(dǎo)致在強(qiáng)降水過程中雨-洪關(guān)系更為復(fù)雜和不確定性問題更為突出。因此，下一步的研究中將以精細(xì)化的下墊面數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，挑選不同尺度、類型的山區(qū)流域，采用人工智能的方法研究山區(qū)流域強(qiáng)降水致洪的臨界面雨量，為科學(xué)規(guī)范化山洪監(jiān)測提供更為合理的預(yù)警閾值。

5" 結(jié)" 論

本研究以安江流域、辰溪流域?yàn)槔謩e使用了統(tǒng)計(jì)、FloodArea模型方法，開展山區(qū)流域致災(zāi)臨界面雨量的研究，并對其結(jié)果進(jìn)行對比分析，結(jié)論如下：

（1） 在安江流域、辰溪流域內(nèi)，不同強(qiáng)降水類型中，隨著時(shí)間的推移，逐小時(shí)滑動累積面雨量與洪水漲幅的逐小時(shí)相關(guān)系數(shù)不斷增大，而后保持相對穩(wěn)定，匯集成山洪有效時(shí)長均為13～16 h。

（2） 在逐小時(shí)滑動累積面雨量與洪水漲幅的擬合關(guān)系中，兩個(gè)流域以線性函數(shù)表達(dá)效果最好。

（3） 對比兩種方法確定的致災(zāi)臨界面雨量，發(fā)現(xiàn)3個(gè)等級臨界閾值具有較好的一致性。其中，三級預(yù)警等級對應(yīng)的雨量的臨界值相對接近，二級和一級預(yù)警等級對應(yīng)的雨量臨界值相差較大一些，但變化趨勢基本保持一致。

參考文獻(xiàn)：

［1］" 涂勇，吳澤斌，何秉順.2011—2019年全國山洪災(zāi)害事件特征分析［J］.中國防汛抗旱，2020，30（增1）：22-25.

［2］" 郭良，丁留謙，孫東亞，等.中國山洪災(zāi)害防御關(guān)鍵技術(shù) ［J］.水利學(xué)報(bào)，2018，49（9）：1123-1136.

［3］" ROZALIS S，MORIN E，YAIR Y，et al.Flash flood prediction using an uncalibrated hydrological model and radar rainfall data in a Mediterranean watershed under changing hydrological conditions［J］.Journal of Hydrology，2010，394：245-255.

［4］" SCHUMACHER A J，GOURLEY J J，HARDY J，et al.The development of a flash flood severity index［J］.Journal of Hydrology，2016，541：523-532.

［5］" 元媛，金中武，曾鑫，等.考慮泥沙因子的四川省山洪風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)研究 ［J］.水利水電快報(bào)，2024，45（3）：16-22.

［6］" TENG X M，ZHANG X X，JIAO J M，et al.Early warning index of flash flood disaster：a case study of Shuyuan watershed in Qufu City［J］.Water Science amp; Technology，2023，87 （4）：892-909.

［7］" WANG W L，SANG G Q，CAO F J，et al.Critical rainfall indicator calculation for mountain flood disasters based on Fisher discrimination algorithm［J］.China Hydrology，2022，42 （2）：1-6.

［8］" CHAI Q，WAN F，ZHANG F，et al.Early warning analysis of mountain flood disaster based on Copula function risk combination［J］.Frontiers in Environment Science，2023，11：1324690.

［9］" 陳桂亞，袁雅鳴.山洪災(zāi)害臨界雨量分析計(jì)算方法研究 ［J］.人民長江，2005（12）：40-43，54.

［10］" 江錦紅，邵利萍.基于降雨觀測資料的山洪預(yù)警標(biāo)準(zhǔn) ［J］.水利學(xué)報(bào)，2010，41（4）：458-463.

［11］" 王維林，桑國慶，曹方晶，等.基于Fisher判別算法的山洪災(zāi)害臨界雨量指標(biāo)計(jì)算 ［J］.水文，2022，42（2）：1-6.

［12］" 任智慧，桑燕芳，楊默遠(yuǎn)，等.暴雨山洪災(zāi)害預(yù)警方法研究進(jìn)展［J］.地理科學(xué)進(jìn)展，2023，42（1）：185-196.

［13］" 黃火鍵，徐震，張繼昌，等.貴州省防洪減災(zāi)思路與對策研究［J］.人民長江，2023，54（4）：15-22.

［14］" 楊坡，許澤星，閆旭峰，等.暴雨山洪災(zāi)害預(yù)警指標(biāo)計(jì)算方法比較研究［J］.工程科學(xué)與技術(shù)，2020，52（4）：157-165.

［15］" 包紅軍，林建，曹爽，等.基于流域地貌的中小河流致洪動態(tài)臨界面雨量閾值研究［J］.氣象，2020，46（11）：1495-1507.

［16］" 張連成，司嘉怡，胡列群，等.基于兩種降水?dāng)?shù)據(jù)的蘇巴什水庫暴雨山洪淹沒模擬及致災(zāi)臨界雨量閾值研究［J］.干旱區(qū)地理，2024，47（7）：1147-1155.

［17］" 盧燕宇，謝五三，田紅.基于水文模型與統(tǒng)計(jì)方法的中小河流致洪臨界雨量分析［J］.自然災(zāi)害學(xué)報(bào)，2016，25（3）：38-47.

［18］" 苗茜，謝志清，曾燕，等.基于統(tǒng)計(jì)-FloodArea模型的平原水網(wǎng)區(qū)致災(zāi)臨界雨量研究［J］.自然資源學(xué)報(bào)，2018，33（9）：1563-1574.

［19］" 羅佳.武陵山區(qū)流域不同植被類型水文生態(tài)功能研究［D］.長沙：中南林業(yè)科技大學(xué)，2018.

［20］" 毛婧瑤.武陵山區(qū)農(nóng)用地利用方式與農(nóng)村貧困的關(guān)系研究［D］.北京：中國地質(zhì)大學(xué)（北京），2016.

［21］" 周杰，劉曉冉，康俊.基于FloodArea的三峽庫區(qū)流域山洪面雨量分析［J］.氣象科技，2019，47（4）：697-704.

［22］" 陳曉丹.基于FloodArea的山洪淹沒災(zāi)害預(yù)警研究［D］.長沙：湖南師范大學(xué)，2019.

［23］" 劉曉冉，康俊，王穎，等.基于GIS和FloodArea水動力模型的重慶市山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃［J］.水土保持通報(bào)，2019，39（2）：206-211，2，325.

［24］" 徐金霞，郭海燕，徐沅鑫，等.基于FloodArea模型的流域山洪災(zāi)害臨界雨量閾值初探［J］.冰川凍土，2018，40 （4）：812-819.

［25］" 張亞杰，吳慧，吳勝安，等.南渡江流域暴雨洪澇致災(zāi)臨界面雨量的確定［J］.應(yīng)用氣象學(xué)報(bào)，2014，25（6）：731-740.

［26］" 章國材.自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估與區(qū)劃原理和方法［M］.北京：氣象出版社，2014.

（

編輯：江" 文

）

Comparative analysis of calculation methods of critical rainfall threshold for mountain flood disaster

XI Shijun，CHEN Hongzhuan，LUO Zhirong，ZENG Lin，WANG Qiang，SHI Jun，XIAO Fangrong，PU Jianhuai

（Huaihua Meteorological Bureau，Huaihua 418000，China）

Abstract： In order to improve the early warning ability of mountain flood disasters，we took Anjiang Basin and Chenxi Basin as examples to calculate critical rainfall threshold for mountain flood disaster by two methods.The hourly areal rainfall was used as the independent variable and the flood increase variation of the monitoring station was used as the dependent variable.The statistical method was used to construct the disaster-causing areal rainfall model，and the critical areal rainfall was calculated.Based on the FloodArea model driven by hourly areal rainfall，runoff coefficient and surface roughness，the model of disaster-causing areal rainfall in basin was constructed by taking the simulated inundation depth as the dependent variable and hourly areal rainfall as the independent variable，and the critical areal rainfall was calculated.Finally，we compared the results of the two methods.The results showed that：① The hourly flood increase in Anjiang Basin and Chenxi Basin were significantly correlated with the cumulative area rainfall，and the effective time of the critical area rainfall was 13 to 16 hours.② Comparing the critical surface rainfall calculated by two methods，the results calculated by the FloodArea model were larger，but the trend of the two results were basically the same.③ Compared with the FloodArea model，the statistical method can quickly and efficiently construct the relationship between precipitation and flood rise，but the FloodArea model is more accurate in describing the precipitation runoff process，and the results are more authentic.Therefore，in the process of mountain torrent disaster early warning，the comprehensive use of two methods can achieve complementary advantages，and more scientific critical surface rainfall of mountain torrent disaster can be obtained in mountainous areas，so as to improve the early warning ability of mountain torrent disaster.

Key words：

critical rainfall threshold； mountain flood disaster； FloodArea model； statistical method； Anjiang Basin； Chenxi Basin