一种山洪水沙动态风险评估方法

技术领域

本发明涉及洪水风险评估和预警技术领域，特别是涉及一种山洪水沙动态风险评估方法。

背景技术

山洪灾害是我国最严重的自然灾害之一，导致的人员死亡占洪涝灾害的70％。我国自2009年开始全面建设山洪灾害防治项目，取得了巨大的成就，山洪灾害监测、预警水平大幅提升。

风险评估为山洪的预警和防治提供重要依据。现有山洪风险评估模型主要从致灾因子危险性、孕灾环境敏感性、承灾体脆弱性三方面进行构建，致灾因子多考虑降水总量、降雨历时、降雨强度等；孕灾环境多考虑地质、地貌、植被等；承灾体多考虑人口密度、道路、耕地面积等。

这样的评估模型主要基于长期的历史数据构建，最终的呈现形式是一张静态的风险图。然而，基于历史数据反应的是平均风险，山洪风险随着降雨形式的变化具有动态变化特征，现有的风险评估难以反应这一特征。此外，现有的山洪风险评估模型主要关于暴雨–洪水的作用，评估的是由于径流导致的淹没风险。然而，山区流域受暴雨作用引发的洪水产输沙严重，暴雨洪水与泥沙运动的共同作用加剧了河床局部淤堵调整，水位陡增，灾害风险迅速提升。忽略泥沙而只考虑径流的风险评估会造成部分河段风险的严重低估，导致山洪水沙灾害风险评估的有效性较差，难以为山洪预警与决策提供有效帮助。

发明内容

本发明的目的是通过引入河道泥沙风险等级，结合径流风险等级，综合评价泥沙影响下洪水的动态风险变化，在获取较少基础数据的情况下，实现考虑泥沙影响的山洪水沙风险的动态评估。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种山洪水沙动态风险评估方法，包括：

根据实际降雨量确定河道泥沙风险等级，通过水文模型的模拟过程得到河道水位模拟值，基于所述河道水位模拟值，划定河道径流风险等级；基于所述河道泥沙风险等级与所述河道径流风险等级，对水沙的动态风险进行评估。

优选的，将所述河道泥沙风险等级划分为：第一河道泥沙风险等级、第二河道泥沙风险等级、第三河道泥沙风险等级。

优选的，所述第一河道泥沙风险等级的河道特征包括河道边岸有滑坡、边岸坍塌、泥石流痕迹，且在所述痕迹上下游500米的河道；

所述第二河道泥沙风险等级的河道特征包括在悬移质和推移质运动下造成河床淤积的河道；

所述第三河道泥沙风险等级的河道特征包括河道顺直，河床在悬移质和推移质运动下表现为冲蚀特征的河道。

优选的，所述划定河道径流风险等级包括以降雨量作为所述水文模型的输入量，用于模拟洪水过程及所述河道水位，得到所述河道水位的模拟值，基于所述河道水位的模拟值划定河道径流风险等级。

优选的，在所述划定河道径流风险等级的过程中，同时评估实际风险和预报风险，其中，所述实际风险根据实际降雨进行评估，所述预报风险根据预报降雨进行评估，所述实际风险和预报风险的评估结果同步输出。

优选的，所述河道径流风险等级包括：

第一风险等级：为超过20年一遇洪水的河道水位；

第二风险等级：为5-20年一遇洪水的河道水位；

第三风险等级：为2-5年一遇洪水的河道水位。

优选的，基于所述河道径流风险等级与所述河道泥沙风险等级，对水沙的动态风险进行评估的过程包括：

对于所述第一河道泥沙风险等级的河道，基于径流判定其风险等级；

首先判断降雨量是否达到临界值，若达到，则为所述第一风险等级，若没有达到，则判断该河道中是否具有所述第二河道泥沙风险等级的河道特征，若具有则为第二风险等级，若没有则为所述第三风险等级；其中所述临界值为引发泥石流、山体滑坡的降雨临界值，能够通过查询历史数据或询问当地气象/水利部门得到。

优选的，所述对水沙的动态风险进行评估的过程还包括：

对于所述第二河道泥沙风险等级的河道，判断河道中的含沙量是否达到临界值，若达到，则将所述基于径流判定的风险等级上升一级；若没有达到，则该河道的风险等级与所述基于径流判定的风险等级一致。

优选的，对于所述第三河道泥沙风险等级的河道，其风险等级与所述基于径流判定风险等级一致。

本发明的有益效果为：

(1)本方案综合考虑致灾因子(降雨)和孕灾环境(河段)的动态变化，并结合实时降雨和预报降雨，构建针对场次降雨的动态风险评估方案，提高了风险评估的时效性。

(2)本方法结合径流导致的洪水风险和河道泥沙风险，构建考虑泥沙影响的风险评估，评估结果更加全面，为山洪预警、风险评估和决策提供更可靠的信息。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例方法流程图；

图2为本发明实施例中河段泥沙风险等级示意图；

图3为本发明实施例中河段径流风险等级示意图；

图4为本发明实施例中河段水沙风险等级示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明提供一种山洪水沙动态风险评估方法，具体包括：

根据实际降雨量确定河道泥沙风险等级，通过水文模型的模拟过程得到河道水位模拟值，基于所述河道水位模拟值，划定河道径流风险等级；基于所述河道泥沙风险等级与所述河道径流风险等级，对水沙的动态风险进行评估。

进一步优化方案，河道泥沙风险等级包括：第一河道泥沙风险等级、第二河道泥沙风险等级、第三河道泥沙风险等级。

其中，第一河道泥沙风险等级的河道特征包括河道边岸有滑坡、边岸坍塌、泥石流痕迹，且在所述痕迹上下游500米的河道；第二河道泥沙风险等级的河道特征包括在悬移质和推移质运动下造成河床淤积的河道；第三河道泥沙风险等级的河道特征包括河道顺直，河床在悬移质和推移质运动下表现为冲蚀特征的河道。

进一步优化方案，以降雨量作为所述水文模型的输入量，用于模拟洪水过程及所述河道水位，得到所述河道水位的模拟值，基于所述河道水位的模拟值划定河道径流风险等级。在划分河道径流风险等级的过程中，同时评估实际风险和预报风险，其中，所述实际风险根据实际降雨进行评估，所述预报风险根据预报降雨进行评估。两种风险的评估结果将同步输出。评估实际风险是为了明确实时的风险分布，推测可能已经造成的人员伤亡、财产损失等情况，为施救、抢险等决策提供依据；评估预报风险是在降雨预报的支持下明确未来的风险分布，为发布预警、人员疏散等管理提供依据。

河道径流风险等级包括：第一风险等级：为超过20年一遇洪水的河道水位；第二风险等级：为5-20年一遇洪水的河道水位；第三风险等级：为2-5年一遇洪水的河道水位。

进一步优化方案，通过河道径流风险等级与所述河道泥沙风险等级，对水沙的动态风险进行评估的过程包括：

对于所述第一河道泥沙风险等级的河道，基于径流判定其风险等级；首先判断降雨量是否达到临界值，若达到，则为所述第一风险等级，若没有达到，则判断该河道中是否具有所述第二河道泥沙风险等级的河道特征，若具有则为第二风险等级，若没有则为所述第三风险等级。对于所述第二河道泥沙风险等级的河道，判断河道中的含沙量是否达到临界值，若达到，则将所述基于径流判定的风险等级上升一级；若没有达到，则该河道的风险等级与所述基于径流判定的风险等级一致。对于所述第三河道泥沙风险等级的河道，其风险等级与所述基于径流判定风险等级一致。

在本实施例中首先将河道的泥沙风险等级划分为三个级别。具体划分方法如下：

第一河道泥沙风险等级为高泥沙风险河道，定义为由于滑坡、泥石流等地质灾害发生，导致自河道边岸瞬间进入大量泥沙，造成河床局部淤堵，水位陡增。泥沙高风险河道的特征是河道边岸有滑坡、边岸坍塌、泥石流等痕迹，在该痕迹上下游500米河道定义为泥沙高风险河道。

第二河道泥沙风险等级为中风险河道，指河道在悬移质和推移质运动下容易造成河床淤积，抬升水位。泥沙中风险河道的特征是河道由窄变宽处、由陡变缓处。在资料足够的情况下，应首先针对全河道进行水动力模拟，流量边界条件不变，设计不同含沙量作为模型的泥沙边界条件，模拟泥沙影响下河床的冲淤情况，表现出明显淤积特征的即为中风险河道。

第三河道泥沙风险等级为低风险河道，指河道水位不会因为含沙量的增加而抬升。低风险河道的特征是河道顺直，河床在悬移质和推移质运动下表现为冲蚀特征。在判别出泥沙高风险、中风险河道后，其余部分均视为低风险河道。

判定河道泥沙风险等级后，按图1所示评估流程图针对场次降雨进行风险评估。先判定径流导致的河道水位风险，评估过程同时并行评估实际风险和预报风险，实际风险根据实际降雨评估，预报风险根据预报降雨评估。以降雨作为水文模型的输入，模拟洪水过程及河道水位，水文模型可根据流域实际情况选用任一水文模型。将河道水位的模拟值与风险值对比，初步划定河道径流风险等级。

第一风险等级为一级风险，对应超20年一遇洪水的河道水位；第一风险等级为二级风险，对应5-20年一遇洪水的河道水位；第一风险等级为三级风险，对应2-5年一遇洪水的河道水位。

判定径流风险后，结合之前的泥沙风险，综合判定水沙的动态风险评估。具体步骤如下：对于泥沙高风险河道，首先判断降雨是否达到临界值，若达到，则直接赋予该河道最高风险等级(一级风险)；若没有达到，则进一步判定该河道是否具有泥沙中风险河道特征，若具有，则按泥沙中风险河道判定风险等级；若没有，则按泥沙低风险河道判定风险等级。这一步中临界值的定义是引发滑坡、坍塌、泥石流等地质灾害的降雨临界值。对于泥沙中风险河道，判断监测的含沙量是否达到临界值，如果达到，则将原本基于径流判定的风险等级上升一级；如果没有达到，则该河道的风险等级与基于径流判定的风险等级保持一致。这一步中含沙量临界值的定义是相同流量边界下，当含沙量达到某一值时，导致河道水位风险等级上升一级。该临界值可以通过查阅当地水文资料或咨询当地水利部门获得。在缺乏资料的情况下，可以通过水力模型，设定同一流量下不同含沙量进行情景模拟，得到导致水位激增的含沙量临界值。对于泥沙低风险河道，风险等级与基于径流判定的风险等级保持一致。通过以上结合泥沙风险调整后得到最终的河道水沙风险图。

本实施例以四川省阿坝州三江镇寿溪河为例，考察一个长为10km的河段，发现距起始点5.6km处有泥石流痕迹，因此对应此点上下游500m处，即距示例河段起始点5.1-6.1km处划分为泥沙高风险河道。

标识出目标河段中河道由窄变宽处、由陡变缓处，为距起始点7.6-8.3km和8.9-9.8km处，这两处河道泥沙容易淤积，导致水位抬升，因此这两个河段划分为泥沙中风险河道。

标识出高风险、中风险河道后，其余部分为低风险河道，整个河段泥沙风险等级的划分如图2所示。

以某次降雨为例，首先将降雨输入水文模型，根据水文模型输出的水位得到径流风险。图3为目标河段一次降雨中的径流风险评估图。结合图2的河道泥沙风险，首先判定泥沙高风险河道，发现小时降雨量未超过泥石流发生的临界雨量，泥沙高风险河道的等级维持径流风险等级。再判定泥沙中风险河道，发现监测到的含沙量已达到含沙量临界值，因此泥沙中风险河道的等级在径流风险等级基础上提升一级。其余河段等级不变。图4为考虑泥沙影响后目标河段一次降雨中的水沙风险评估图。图4展示的是一次降雨中风险评估截图，目标河段的风险会随着降雨的变化呈动态变化。

本发明的有益效果为：

(1)本方案综合考虑致灾因子(降雨)和孕灾环境(河段)的动态变化，并结合实时降雨和预报降雨，构建针对场次降雨的动态风险评估方案，提高了风险评估的时效性。

(2)本方法结合径流导致的洪水风险和河道泥沙风险，构建考虑泥沙影响的风险评估，评估结果更加全面，为山洪预警、风险评估和决策提供更可靠的信息。

以上所述的实施例仅是对本发明优选方式进行的描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。