[发明专利]一种工程设施极端暴雨洪水位的模拟预测方法

说明书

本发明公开了一种工程设施极端暴雨洪水位的模拟预测方法，采用降雨量分布模型预测不同重现期的降雨量，建立HEC‑HMS洪水数值模型，降雨量数据，设定计算模型中各子流域的面积、CN值、TC值，将工程区域的降雨分布、降雨曲线过程线以及土壤植被分布等地表特征均纳入模型之中，计算各流域的出流流量，进而得出特定工况下工程区域的极端暴雨洪水位。本发明模拟预测方法无需工程设施的历史水位资料，只要利用研究区域的降雨资料及地标特征来进行数值模拟，即可通过HEC‑HMS洪水数值模型计算分析出工程设施不同重现期在不同工况下的极端洪水位，预测计算所需数据简单易得，计算过程快速简便。

技术领域

本发明涉及一种水位模拟预测方法，具体涉及一种极端暴雨洪水位模拟预测方法。

背景技术

台风、强降雨等极端天气而造成的洪涝灾害是道路、城市工程中较为常见的自然灾害，降水向低洼地区汇集，将致使低洼区域积水过多，淹没城市设施、道路。为了合理确立路面高程，防止道路在强降雨期间被洪水淹没，需进行极端暴雨洪水位的模拟计算。因此，如何准确的确定特定区域不同重现期的极端暴雨洪水位对于工程建设和人民的生命财产安全起到极其重要的作用。

目前国内外对于百年一遇的极端暴雨洪水位的预测和分析方法都存在各种各样的问题，这里阐述以下几种：

(1)传统的频率分析方法在拥有较长降雨资料的区域，利用已有站点的长期年最高值水位进行频率分析后，“外延”推求不同重现期的极端高水位，特别对于推求百年一遇为代表的极端暴雨洪水位有很好的效果。这种方法的优点在于计算量小，比较容易通过已有的长期数据进行验证。然而我国目前存在的问题是大部分区域的实测降雨资料缺乏，传统方法尚难在这些区域适用。利用较短数据系列来估计百年一遇为代表的重现期极端暴雨洪水位会产生很大误差。

(2)数值模拟方法，这种方法往往在不具有长期历史降雨资料数据的情况下使用。数值模拟方法的优点在于其不需要长期的历史降雨资料数据，因此可以用来解决历史水位数据不足的问题。但是其不利因素在于计算次数多，计算量大，适合对特定降雨情况进行洪涝分析，较难分析不同重现期的极端情况。另外，这种方法也很难考虑工程区域的降雨分布和降雨曲线过程，同时土壤植被分布等地表特征也难以纳入模拟。

总的来说，我国现阶段研究主要存在两个问题：1)历史降雨资料数据大多缺乏，做频率分析外延预测极端水位不确定性较强；2)数值模拟计算量大，尚难考虑工程区域的降雨曲线过程及地表特征。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种工程设施极端暴雨洪水位的模拟预测方法。

技术方案：本发明提供了一种工程设施极端暴雨洪水位的模拟预测方法，包括以下步骤：

(1)收集待研究区域内的降雨资料，根据该区域的排水路径和历史降雨量，计算重现期的降雨条件；

(2)根据重现期的降雨条件，采用概率分布法预测该区域重现期内的极端暴雨降雨量；

(3)按照排水路径划分计算区域，确立各流域以及蓄水水库的上下游关系，分析工程区域的地表特征，确定流域的CN以及TC两个参数的数值；

(4)建立工程段的HEC-HMS洪水数值模型，根据步骤(2)求出的重现期极端暴雨降雨量绘制小时降雨过程线(例如4、6、8、24小时)，导入小时降雨过程线及各子流域的面积、CN值、TC值，运行模型计算出各流域的出流流量，通过输入不同工况的边界条件，进而得出特定工况下工程区域不同重现期的极端暴雨洪水位。

进一步，步骤(2)选取常用的降雨量分布模型，结合该区域历史降雨量，确定各个模型的参数，进而反求重现期与极端暴雨降雨量之间的函数关系，绘制重现期与极端暴雨降雨量的分布曲线图，并与历史降雨量进行对比，选出符合降雨量分布的模型，由模型预测出重现期的极端暴雨降雨量。