1.2　雨量预警

1.2.1　雨量预警的概念和作用

山洪灾害是由地形地貌、地层岩性、大气降雨等多种因素综合作用的结果，其中降雨是最活跃、最主要的因素，降雨量或雨强的控制性指标（临界雨量或临界雨强）是山洪灾害气象预报预警与制定综合防治规划方案的关键依据。一个流域或区域的临界雨量（强）是指在该流域或区域内，该流域或区域发生溪河洪水、泥石流、滑坡等山洪灾害时的降雨量或降雨强度。目前，临界雨量的确定方法主要有灾害与降雨频率分析法、内插法、比拟法、区域临界雨量分析法、产汇流分析法、单站临界雨量分析法，其中前三种是针对无资料或资料较缺乏的地区进行临界雨量分析计算的方法；区域临界雨量分析法所确定的区域山洪灾害临界雨量可作为判断区域内有无山洪灾害发生的指标，但无法判别区域内受灾面积的大小及灾害严重程度；产汇流分析法受降雨的时空分布、流域下垫面情况、流域地貌地质、河网水力条件等多方面的影响，在实际应用中缺乏精确性；单站临界雨量法是通过对不同雨量站长时间系列资料进行综合对比分析筛选，计算出临界雨量值，这对雨量站和雨量站点资料精度要求较高。

1.2.2　雨量预警的方法

一般情况下，山洪成灾的原因是由于局地暴雨形成洪水，导致河水急速上涨，水位超过河岸高度形成漫滩，上滩洪水对农田和房屋造成安全威胁。因此，通常可以将河水漫滩的水位定为警戒水位。根据上滩水位，结合实测河流断面资料估算出相应的流量，即为上滩流量，也可称为警戒流量。由于径流是由降雨产生的，从达到上滩流量的时刻开始往前推，在一定时间之内的累计降雨量称为警戒临界雨量。山洪的大小除了与降雨总量、降雨强度有关外，还和流域土壤饱和程度或前期影响雨量指数（antecedent precepitation index，API）密切相关。当土壤较干时，降水入渗大，产生的地表径流小；反之，如果土壤较湿，降水入渗少，形成的地表径流大。因此，在建立山洪警戒临界雨量指标时，应该考虑山洪防治区中小流域的土壤饱和情况，给出不同初始土壤含水量条件下的警戒临界雨量。土壤含水量指标可以采用土壤饱和度、也可以用API表示，其中土壤饱和度可以由分布式水文模型输出。流域面平均雨量可以采用空间插值方法由雨量站点的观测资料计算得到。随着流域土壤饱和度的变化，山洪预警临界警戒雨量值也会随之发生变化，故称之为动态临界警戒雨量。

本书将临界雨量的时间尺度依次划分为1h、3h、6h、12h以及24h的临界雨量，实际应用中，当1h累积降雨量达到1h临界警戒雨量时，就发布预警，如果1h累积降雨量未达到1h临界雨量，那么继续对降雨进行监测，检查3h累积降雨量是否达到3h临界雨量，如果达到就发布预警，如果没有达到，则继续监测6h累积降雨，依次类推，直到完成24h累积降雨的监测为止。

1.2.3　雨量预警的指标分析方法

1.山洪灾害调查成果数据

山洪灾害调查成果的数据类型众多，包括防治区信息、小流域信息、水文气象成果数据、危险区信息和沟道断面测量成果数据等。数据格式包括调查成果关系型数据、调查成果多媒体数据、调查评价基础工作底图和调查标绘成果空间数据等；其中用于小流域洪水预报的山洪调查成果数据主要包括小流域地理空间数据、小流域信息、水文气象成果和沟道断面测量成果；小流域地理空间数据主要包括小流域水系面、最长汇流路径、汇流时间和出口节点等；小流域信息包括历史山洪灾害现场调查数据、监测站信息、防治区涉水建筑物信息、土壤植被、地形地貌、小流域相关防治区社会经济概况等；水文气象成果包括洪水水文要素摘要、日降水量、日水面蒸发量、暴雨统计参数、洪峰流量统计参数等；沟道断面成果包括沟道历史洪痕测量、沟道纵断面成果、沟道横断面成果等。

2.雨量预警指标分析

按照国家山洪灾害防治项目组发布的《山洪灾害分析评价技术要求》和《山洪灾害分析评价方法指南》中的指导意见，遵循雨量预警指标以模型分析法进行分析确定。其基本方法是根据成灾水位反推成灾流量，再由成灾流量反推临界雨量。重点通过分析成灾水位、预警时段、汇流时间、土壤含水量等，计算得到山洪防治对象的临界雨量，根据临界雨量和预警响应时间确定雨量预警指标，并分析成果的合理性。根据河道的警戒水位和河道水位—流量关系曲线推算出相应的成灾流量作为警戒流量，并将由警戒流量计算出的降雨量作为临界雨量。对于没有水位—流量关系曲线资料的测站，可根据山洪灾害调查沟道断面成果中的河道断面、河道纵坡和河床糙率，依据曼宁公式推算出水文站的水位—流量关系。警戒流量除了与降雨强度有关之外，还与土壤含水量（即前期影响雨量）密切相关。当土壤含水量较低，降水渗入地下很多，产生的径流则小；反之，如果土壤含水量较高，降水渗入地下很少，产生的径流则大。因此，依据警戒流量计算出警戒雨量时，还需考虑土壤含水量的情况，给出不同初始土壤含水量条件下的警戒雨量。土壤含水量指标可采用土壤饱和度或前期影响雨量表示。基于山洪灾害调查成果的雨量预警指标分析方法，主要是根据山洪灾害调查成果中的小流域地理空间数据和小流域信息，生成该流域的数字流域，再对小流域分区、分单元、分水系，建立小流域拓扑关系，进行小流域产汇流分析和洪水演进分析，得出小流域预报断面的洪水预报成果；之后再结合山洪灾害调查成果中的水文气象成果资料进行参数率定，确定分析方法中的参数。具体做法如下：

（1）在预报范围内根据山洪灾害调查成果中的小流域水系分布、防洪涉水建筑物分布和水文监测站点分布情况，以及预报区域地形、地质和下垫面的不同，将小流域预报区域划分为几块，每块的出口即为预报断面。块内依据降雨分布的不均匀性，再划分为若干个单元进行洪水预报。

（2）对于每一块小流域区域采用ArcGIS地理数据管理软件进行流域信息提取和单元划分，并兼顾到降雨分布不均匀的影响以及洪水向下游传播时在汇流时间和洪水削减方面的影响。这种单元划分方法既避免了单元间跨越分水岭的弊端，又减少了面雨量计算的误差。

（3）对于每一小流域单元，用降雨径流模型做产流计算，并用马斯京根模型做汇流计算。通过分析山洪灾害调查提供的成灾水位、预警时段、土壤含水量等，根据成灾水位反推流量，再由流量反推降雨量，计算得到每一单元的临界雨量，并根据临界雨量和降雨历时确定雨量预警指标。

（4）采用山洪灾害调查成果中多年的气象水文历史资料，对于每一块小流域预报区域进行参数率定，从而确定该分析方法中的相关参数值。

3.雨量预警指标成果

运用基于山洪灾害调查成果的雨量预警指标分析方法，计算出山洪灾害防治区的成灾临界雨量，并得到临界雨量的降雨历时和预警等级。