北京山區(qū)單溝洪水模型預(yù)警系統(tǒng)研究

許飛青 李瀟 于李凱

摘? 要：山洪是山區(qū)中影響范圍廣，人員傷亡較大的一類地質(zhì)災(zāi)害。針對(duì)山洪預(yù)警模型，國(guó)內(nèi)外學(xué)者從多個(gè)角度對(duì)其進(jìn)行過(guò)研究，研究區(qū)域多為大流域，方法多為雨量臨界值預(yù)警。為了建立一套適用于北京山區(qū)小流域的山洪預(yù)警模型，本文研究了小流域單溝洪水模型預(yù)警在系統(tǒng)，此系統(tǒng)是基于充分的野外地質(zhì)調(diào)查，在獲得詳細(xì)的溝域地質(zhì)及土地利用數(shù)據(jù)后，利用合理的數(shù)學(xué)模型對(duì)流域內(nèi)的降雨所產(chǎn)生的洪水產(chǎn)匯流過(guò)程進(jìn)行全過(guò)程模擬，并對(duì)匯流過(guò)程中可能產(chǎn)生的災(zāi)害進(jìn)行預(yù)警預(yù)報(bào)的一個(gè)系統(tǒng)。此單溝洪水模型具有精度高，計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確的特點(diǎn)，其相應(yīng)的預(yù)警系統(tǒng)能夠?qū)π》秶用駞^(qū)等重要建構(gòu)筑物進(jìn)行災(zāi)害預(yù)報(bào)，并預(yù)估人員撤離的安全時(shí)間，對(duì)實(shí)際的防災(zāi)減災(zāi)工作具有重要意義。

關(guān)鍵詞：山洪;小流域;預(yù)警;模型;水流流速;北京

中圖分類號(hào)：P694? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ?文章編號(hào)：1007-1903（2019）02-0018-07

Abstract： Mountain flood is a kind of common geological disaster in mountainous area， which has a wide influence and heavy casualties. As for the mountain flood warning model， domestic and foreign scholars have studied it from multiple perspectives. Most of the research objects are focused on the large watersheds， and the methods are adopted as rainfall critical value warning. In order to establish a set of flash flood warning model suitable for Beijing mountain watershed， this paper studies the single-trench flood early-warning model of small watershed. This system is established as a system of early warning based on plenty of field geological investigation， the detailed field geological and land use data， using a reasonable mathematical model of the basin rainfall flood aquatic confluence process generated by the whole process of simulation. The single-trench flood model has the characteristics of high accuracy and accurate calculation results， and its corresponding early-warning system can predict the disaster of important structures such as small residential areas， and estimate the safe time of evacuation， which is of great significance to the actual disaster prevention and reduction work. The system has a good demonstration effect on the calculation and three-dimensional simulation of mountain flood runoff in Beijing area， and provides decision-making basis for related departments in disaster prediction， personnel evacuation and standard formulation.

Keywords： Mountain flood; Small watershed; Early warning， Model; Flow velocity; Beijing

0引言

北京地區(qū)河流均屬海河流域，主要有永定河、潮白河、北運(yùn)河、大清河和薊運(yùn)河五大水系。除北運(yùn)河外，其余各河均發(fā)源于北京市境外。北京市屬溫帶半干旱、半濕潤(rùn)季風(fēng)區(qū)，多年平均降水量585mm。降水量年際變化較大，年內(nèi)分布不均，汛期降水約占全年降水量的85%（王亞娟等，2016）。洪澇災(zāi)害是北京歷史上發(fā)生頻率既高而又危害最嚴(yán)重的自然災(zāi)害，北京洪災(zāi)大致可分為大河洪災(zāi)、城市洪災(zāi)、澇漬災(zāi)害以及山洪泥石流災(zāi)害和泥沙災(zāi)害。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，1949—1990年，北京大小洪澇災(zāi)害累計(jì)受災(zāi)面積2770萬(wàn)畝次。全市因洪澇災(zāi)害造成農(nóng)業(yè)損失1.82億元（按當(dāng)年價(jià)計(jì)算），死亡人口246人，倒塌房屋13.63間（王金如等，1998）。2012年“7·21”特大暴雨災(zāi)害中，山洪泥石流災(zāi)害尤為嚴(yán)重，全市多條已干涸多年的山洪、泥石流溝道洪水瞬時(shí)達(dá)到歷史最大值;截至2012年7月31日，全市受災(zāi)人口127.48萬(wàn)人，緊急轉(zhuǎn)移9.27萬(wàn)人，直接經(jīng)濟(jì)損失161.57億元（霍風(fēng)霖等，2014）。山區(qū)小流域因山洪溝坡陡、流域面積小，具有突發(fā)性強(qiáng)、破壞性大、預(yù)見(jiàn)期短、暴漲暴落、難預(yù)報(bào)和難預(yù)防等特點(diǎn)。所以，只有通過(guò)及時(shí)有效的山洪災(zāi)害預(yù)報(bào)預(yù)警才可獲得較長(zhǎng)預(yù)見(jiàn)期，以減少人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失（馬傳波，2016）。因而，在北京地區(qū)因地制宜地選用恰當(dāng)?shù)哪Ｐ停⑼晟频纳胶轭A(yù)警系統(tǒng)，提高預(yù)警準(zhǔn)確性勢(shì)在必行（宋瑤等，2016）。

為了對(duì)山區(qū)暴雨和洪水做出有效的預(yù)報(bào)和預(yù)警，國(guó)內(nèi)外學(xué)者近年來(lái)從多個(gè)不同的領(lǐng)域進(jìn)行了許多有意義的研究（王禮先等，2001）。由于山洪和強(qiáng)對(duì)流降水的密切關(guān)系，氣象工作者主要著眼于一些改進(jìn)觸發(fā)山洪的強(qiáng)降水監(jiān)測(cè)預(yù)警方面的研究（李致家等，2004;張火青等，1996;張廷治等，1996）。水文防汛部門(mén)則采用傳統(tǒng)的水文學(xué)臨界雨量閾值法，以及一些較為穩(wěn)定的水文產(chǎn)匯流模型對(duì)山洪進(jìn)行預(yù)報(bào)，根本上也極其依賴于氣象預(yù)報(bào)（芮孝芳，2004）。我國(guó)從20世紀(jì)60年代起，以各省、市、自治區(qū)為單位，進(jìn)行大規(guī)模的水文調(diào)查和研究，各省分別制定了水文手冊(cè)和暴雨洪水查算手冊(cè)（邵利萍，2009），為各地的小流域水文計(jì)算提供了依據(jù)。總的來(lái)說(shuō)，小流域洪水計(jì)算的核心思想是利用各地區(qū)的暴雨洪水觀測(cè)資料，研究其規(guī)律并建立其與流域特征之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系（劉川佳仔，2013）。在小流域產(chǎn)匯流計(jì)算方法的研究上，一般利用實(shí)測(cè)資料擬合建立暴雨強(qiáng)度、匯流時(shí)間、降雨損失和流域特性之間的數(shù)量關(guān)系，可根據(jù)流域土質(zhì)、植被情況分別確定相應(yīng)的參數(shù)并做成表格，以便日后查用，也可利用迭代法求解（羅東，2009;徐德龍等，2000;潭惠平，1999;姜典，1984;陳家琦等，1983）。

區(qū)別于以往單純采用雨量作為預(yù)警判別條件來(lái)對(duì)山洪進(jìn)行預(yù)報(bào)，本文研究的北京山區(qū)單溝洪水預(yù)警模型采用水動(dòng)力學(xué)原理，利用降雨作為輸入條件，考慮地形、地質(zhì)條件、土地利用類型等因素，全面準(zhǔn)確的對(duì)山區(qū)小流域洪水的流量及流速進(jìn)行預(yù)估，為相關(guān)部門(mén)提供有效的防災(zāi)減災(zāi)的科學(xué)依據(jù)。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

模型采用的計(jì)算方法是基于水動(dòng)力學(xué)的基本方程，包括流體力學(xué)的連續(xù)性方程和運(yùn)動(dòng)方程，進(jìn)行修正后利用Riemann通量格式計(jì)算。整個(gè)模型包括洪水產(chǎn)匯流部分以及預(yù)警預(yù)報(bào)部分，其中產(chǎn)匯流部分包含三個(gè)模塊，地形數(shù)據(jù)處理、下滲率及糙率賦值、匯流及模型計(jì)算。針對(duì)某特定山洪單溝，結(jié)合圖1所示的預(yù)警流程，本研究利用所采集的高程數(shù)據(jù)、降雨數(shù)據(jù)、土地利用類型數(shù)據(jù)以及地質(zhì)巖性數(shù)據(jù)，代入模型計(jì)算，獲得系統(tǒng)預(yù)警所需的結(jié)果。

（1）地形數(shù)據(jù)處理

地形數(shù)據(jù)處理是模型計(jì)算中最基礎(chǔ)的模塊，處理地形數(shù)據(jù)，首先需要根據(jù)單溝溝域的山脊、溝道等明顯的地形特征在圖片上勾勒出泥石流溝流域的邊界。其次在Arcgis中對(duì)DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)。接下來(lái)依據(jù)已勾勒的邊界剖分網(wǎng)格，選取網(wǎng)格中心點(diǎn)，計(jì)算出坐標(biāo)并插值得出中心點(diǎn)高程數(shù)據(jù)。

（2）下滲率及糙率賦值

該模塊主要用來(lái)計(jì)算不同地質(zhì)條件的下滲和植被條件的匯流情況，利用得到的溝域地質(zhì)圖以及植被分布圖，依據(jù)行業(yè)內(nèi)已有的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)相應(yīng)的地質(zhì)巖性賦予滲透性系數(shù)，對(duì)相應(yīng)的植被類型賦予糙率系數(shù)，在計(jì)算中分別對(duì)應(yīng)于土壤的下滲以及匯流過(guò)程，前者主要影響水流的下滲量，后者影響水流的流速及流量。

（3）匯流及模型計(jì)算

匯流模塊是模型計(jì)算的核心模塊，輸入標(biāo)準(zhǔn)化的降雨數(shù)據(jù)，利用前期處理過(guò)的地形數(shù)據(jù)與植被和地質(zhì)數(shù)據(jù)，代入模型進(jìn)行計(jì)算。此模型重點(diǎn)考慮陡坡匯流情況，在原有的二維淺水波方程的基礎(chǔ)上做了對(duì)連續(xù)方程的源匯項(xiàng)以及動(dòng)量方程的降雨動(dòng)量做了修正，采用有限體積Riemann通量計(jì)算格式，建立基于網(wǎng)格的水動(dòng)力陡坡匯流計(jì)算方法。

（4）系統(tǒng)預(yù)警部分

預(yù)警預(yù)報(bào)部分是系統(tǒng)應(yīng)用的最重要的一個(gè)模塊，基于前述產(chǎn)匯流部分的計(jì)算結(jié)果，洪水單溝流域的任意一點(diǎn)在某一降雨過(guò)程中的流量與流速均可以得出。有別于以往根據(jù)降雨量等級(jí)判定洪水級(jí)別的預(yù)警方法，本系統(tǒng)采用更為直接的利用流量和流速進(jìn)行聯(lián)合預(yù)警。兩者的關(guān)系可以是同時(shí)達(dá)到預(yù)警值預(yù)警或其中一者達(dá)到預(yù)警值預(yù)警。為了能夠有效的對(duì)村莊、農(nóng)田、重要建構(gòu)筑物進(jìn)行保護(hù)，我們選擇沿著匯流方向，距離保護(hù)區(qū)域300m處設(shè)置預(yù)警點(diǎn)，預(yù)警等級(jí)分為藍(lán)、黃、橙、紅4個(gè)等級(jí)，與4個(gè)預(yù)警等級(jí)相對(duì)應(yīng)的流量與流速值可以進(jìn)行人工設(shè)定，通常依據(jù)經(jīng)驗(yàn)或者實(shí)驗(yàn)?zāi)M得出。

2 數(shù)學(xué)模型設(shè)計(jì)

（1）產(chǎn)匯流基本方程

北京市山洪預(yù)警系統(tǒng)主要應(yīng)用于北京市西山以及北山地區(qū)的單溝小流域，為了有效的模擬實(shí)際山洪的產(chǎn)匯流過(guò)程，本系統(tǒng)利用的數(shù)學(xué)模型是在潰壩大坡度陡變水流計(jì)算模式的基礎(chǔ)上，采用修正的二維淺水波方程，基本方程如式（2-1）。

式中：h為水深;u為局部坐標(biāo)x方向的流速;qe為源匯項(xiàng);α為地形坡度;φ為降雨角度;g為重力加速度;S0為底坡比降;Sf為阻力項(xiàng);σ為風(fēng)應(yīng)力;ρ為空氣密度;p為降雨強(qiáng)度;vm為雨滴降落速度;d為下滲強(qiáng)度;i為蒸發(fā)強(qiáng)度。

由于溝域邊界一般為山脊線，故邊界處不考慮外界水流流入，只以降水量作為輸入水量。初始時(shí)間除降水量之外，各個(gè)物理量均為0。

模型算法的基本思路是，基于修正后的流體力學(xué)連續(xù)性方程和運(yùn)動(dòng)方程，對(duì)研究區(qū)域采用適當(dāng)寬度的距離進(jìn)行網(wǎng)格剖分，計(jì)算方式采用水位與流量時(shí)間交錯(cuò)（李大鳴等，2011），考慮到溝域內(nèi)不同通道情況，使用不同的通道流量公式。

連續(xù)方程：

運(yùn)動(dòng)方程：

式中：h為水深，z為水位，z= z0+h，z0為底高程，u、 v分別為x和y方向的平均流速，q為源匯項(xiàng)，g為重力加速度，n為糙率。

經(jīng)過(guò)對(duì)兩個(gè)方程的計(jì)算可得出流域匯流的計(jì)算結(jié)果。

（2）地面滲流計(jì)算公式

地面滲流是計(jì)算地表水經(jīng)過(guò)土地下滲后的地表產(chǎn)流，在土壤含水率達(dá)到飽和前地表產(chǎn)流強(qiáng)度時(shí)，由于土壤入滲的速率低于降水強(qiáng)度，產(chǎn)生的地表徑流由下式計(jì)算：

式中：rs為地表徑流，i為降水強(qiáng)度，fm為最大入滲速率，f為透水層平均入滲速率。若土壤入滲率進(jìn)入平穩(wěn)期，則根據(jù)霍頓入滲公式，采用下式進(jìn)行計(jì)算：

其中，n =2.5;Rp為時(shí)段降水量;h為時(shí)段地表徑流。

模型在參考潰壩陡坡匯流模型時(shí)，由于陡坡或水層匯流時(shí)，劃分單元較小，坡降較大，易出現(xiàn)水流量小但計(jì)算流量偏大的情況，這種情況我們稱之為虛假流量現(xiàn)象。為了解決這一問(wèn)題，需適當(dāng)?shù)臏p少計(jì)算時(shí)的時(shí)間步長(zhǎng)，或?qū)τ?jì)算模式有所修正。

（3）地表糙率計(jì)算公式

土地利用類型數(shù)據(jù)以及地質(zhì)數(shù)據(jù)對(duì)模型的匯流過(guò)程具有重要影響。土地利用類型是通過(guò)地表不同的區(qū)域的糙率系數(shù)來(lái)對(duì)匯流過(guò)程的流速產(chǎn)生影響，進(jìn)而對(duì)最終的流量和流速產(chǎn)生作用。其取值一般依據(jù)國(guó)家防汛抗旱總指揮部編寫(xiě)的《洪水風(fēng)險(xiǎn)圖編制導(dǎo)則》提供的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，以及實(shí)驗(yàn)室以往建立水力學(xué)模型的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行修正。地質(zhì)數(shù)據(jù)主要是考慮到水流下滲過(guò)程中，不同巖層滲透性系數(shù)的不同，從而在不同區(qū)域造成下滲量的差異，導(dǎo)致匯流流量的變化。其賦值依據(jù)《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（GB 50287-99）規(guī)定，按照不同的巖體特征和土類劃分滲透性等級(jí)和系數(shù)。

糙率主要影響謝才系數(shù)C，進(jìn)而影響到通道流速和流量，其中兩者之間的關(guān)系是通過(guò)謝才公式建立的。計(jì)算通道上的流速和流量時(shí)，采用謝才公式，如下：

式中：v為斷面平均流速（m/s），R為水力半徑（m），J為水力坡度，C為謝才系數(shù)。

本次模型主要采用巴甫洛夫斯基公式來(lái)計(jì)算C值，即：

式中：n為糙率。

3 預(yù)警功能實(shí)現(xiàn)

預(yù)警模塊是模型的應(yīng)用模塊，是實(shí)現(xiàn)模型計(jì)算的最重要的功能。預(yù)警一般以小流域?yàn)閱卧?，研究確定符合當(dāng)?shù)貙?shí)際的動(dòng)態(tài)預(yù)警指標(biāo)，提高預(yù)警精準(zhǔn)度，延長(zhǎng)預(yù)見(jiàn)期，增強(qiáng)預(yù)警時(shí)效（孫東亞，2019）。基于上一小節(jié)模型的產(chǎn)匯流部分的計(jì)算結(jié)果，特定溝域內(nèi)任意一點(diǎn)的流量與流速均可以得出。不同于以往單純利用雨量大小及強(qiáng)度進(jìn)行溝域山洪預(yù)警值設(shè)定，這里我們利用流量與流速值進(jìn)行聯(lián)合預(yù)警。首先確定預(yù)警點(diǎn)位置，在山洪的溝域內(nèi)，村莊等人居或者重要建構(gòu)筑物，通常是在溝域下游至溝口的位置，這里是山洪匯流的最終聚集點(diǎn)。為了有效的對(duì)村莊等區(qū)域進(jìn)行保護(hù)，預(yù)留人員撤離時(shí)間，我們一般將預(yù)警點(diǎn)設(shè)置在沿著匯流方向距離村莊300m位置處。預(yù)警值的設(shè)定基于流量和流速共同確定，兩者可以同時(shí)達(dá)到設(shè)定值預(yù)警，也可其中之一達(dá)到設(shè)定值預(yù)警。預(yù)警級(jí)別分四級(jí)，分別為藍(lán)、黃、橙、紅，每一級(jí)的設(shè)定值均由人為設(shè)定，可根據(jù)歷史經(jīng)驗(yàn)或?qū)嶒?yàn)分析來(lái)獲得。

系統(tǒng)中將預(yù)警功能與溝域山洪匯流展示結(jié)合在一起，當(dāng)溝域出現(xiàn)暴雨山洪時(shí)，水流流經(jīng)預(yù)警點(diǎn)，當(dāng)流量及流速觸及某一預(yù)警等級(jí)的設(shè)定值時(shí)，預(yù)警警報(bào)響起，預(yù)警點(diǎn)處閃爍相應(yīng)級(jí)別的旗幟，同時(shí)在展示頁(yè)面展示自第一次預(yù)警觸發(fā)到最后一次預(yù)警解除時(shí)，預(yù)警點(diǎn)的流速及流量的數(shù)值表，并顯示相應(yīng)預(yù)警級(jí)別的顏色。

4 結(jié)果驗(yàn)證

4.1 孫胡溝地質(zhì)背景

孫胡溝，位于懷柔區(qū)中部的琉璃廟鎮(zhèn)境內(nèi)。全村總面積約18735畝，村內(nèi)共有人口686人，轄9個(gè)自然村。整個(gè)村南北長(zhǎng)、東西短，東窄西寬呈月牙斧狀。東與琉璃廟鎮(zhèn)崎峰茶村、西臺(tái)子交界，南與懷柔區(qū)雁棲鎮(zhèn)交界，西與琉璃廟鎮(zhèn)河北村和魚(yú)水洞村毗鄰，北與崎峰茶村接壤。屬華北平原軍都山系，年平均氣溫13℃～15℃，主要農(nóng)作物為玉米，黃豆和高粱等小雜糧，盛產(chǎn)板栗、核桃、大扁仁。

孫胡溝歷史上曾發(fā)生過(guò)多次山洪泥石流災(zāi)害，最近一次發(fā)生于1969年8月10日。在該次泥石流發(fā)生前，當(dāng)?shù)剡B續(xù)降雨達(dá)20天，至8月10日則以棗樹(shù)林為中心的軍都山南北坡普降大雨到暴雨，降雨量高達(dá)297mm/d，最大降雨強(qiáng)度達(dá)132mm/h。多日連續(xù)降雨導(dǎo)致斜坡土體飽和，加之當(dāng)?shù)仄麦w植被幾乎全被破壞，當(dāng)晚孫胡溝暴發(fā)大型山洪，主溝及幾條支溝均有人員傷亡，全村總計(jì)死亡31人，造成了重大人員財(cái)產(chǎn)損失。

（1）巖性

孫胡溝出露的地層由老至新有太古界、中新元古界、中生界和第四系，其巖性主要為侵入巖和白云巖。其中，侵入巖主要包括兩期，一期為太古代侵入的英云閃長(zhǎng)巖，主要分布在孫胡溝的中部;另一類為中生代侵入的二長(zhǎng)花崗巖，主要分布在孫胡溝南端。白云巖主要為中元古界長(zhǎng)城系白云巖，主要分布在孫胡溝北側(cè)。

孫胡溝內(nèi)的第四系主要分布于各主要支溝溝床和少量殘坡積物，多數(shù)為全新統(tǒng)沖積、沖洪積碎石、砂卵石、亞粘土沉積物，厚度0～20m，礫徑數(shù)厘米至數(shù)米，分選性差。

（2）地形地貌

孫胡溝地區(qū)海拔高度多在430～ 1160m，南部高，北部低。總的地貌特點(diǎn)是坡陡峰峻，地形起伏大，相對(duì)高差在300～500m。

（3）土地利用類型

根據(jù)孫胡溝的遙感影像，解譯后得到土地利用類型可分為林地、莊稼地、農(nóng)村宅基地、裸地、果園、草地等。

4.2 模型準(zhǔn)確性驗(yàn)證

我們利用溝內(nèi)的流速儀數(shù)據(jù)對(duì)模型準(zhǔn)確性進(jìn)行驗(yàn)證。首先在系統(tǒng)中輸入計(jì)算所需的各類數(shù)據(jù)（圖2）。實(shí)測(cè)點(diǎn)位于計(jì)算區(qū)域內(nèi)，主溝偏上游位置，圖3中“☆”位置（圖中線條為地面等高線）。

選取2018年8月17日22：00：00至2018年8月18日10：30：00的降雨數(shù)據(jù)作為模型的驗(yàn)證樣本。通過(guò)模型計(jì)算，計(jì)算并輸出實(shí)測(cè)點(diǎn)所在位置網(wǎng)格（編號(hào)：6246）的流速，并與實(shí)測(cè)值進(jìn)行比較。

流速儀于驗(yàn)證時(shí)間段內(nèi)測(cè)得的數(shù)據(jù)列于表1第二列中，觀察整體數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)在未降雨的情況下，儀器仍然有一初始流速——經(jīng)計(jì)算大約為1.33m/s，故本場(chǎng)降雨所產(chǎn)生的流速應(yīng)當(dāng)比儀器顯示流速小1.33m/s，整理于表1第三列。

以21：55：00為零點(diǎn)，每5min為一個(gè)單位，繪制校正后實(shí)測(cè)流速隨時(shí)間的變化，如圖4所示。橙色的點(diǎn)為流速的儀器實(shí)測(cè)值，藍(lán)色曲線為流速的模型計(jì)算值。

從圖4中可以看出，模型計(jì)算值與實(shí)測(cè)值趨勢(shì)基本相同，實(shí)測(cè)值皆落于計(jì)算曲線附近。將計(jì)算值與實(shí)測(cè)值對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)列于表2當(dāng)中。

從表2中可以看出，驗(yàn)證的7個(gè)時(shí)間點(diǎn)中，絕對(duì)誤差均小于0.08m/s;最小誤差為0.004073m/s，出現(xiàn)在2018/8/18 4：50：00;實(shí)測(cè)值與計(jì)算值的平均值相差0.017313m/s。

產(chǎn)生誤差的原因分析：①由于儀器測(cè)量位置以及模擬計(jì)算的精度，實(shí)測(cè)點(diǎn)與模擬的計(jì)算通道不完全重合，存在系統(tǒng)誤差;②實(shí)際情況復(fù)雜，存在諸多計(jì)算模型中無(wú)法完全考慮到的情況，如是否存在暗渠、較小的坑塘洼地等;③實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)精度受實(shí)測(cè)環(huán)境和器材精度影響，存在機(jī)械誤差，如當(dāng)?shù)仫L(fēng)速對(duì)流速儀旋槳的影響。

綜上所述，計(jì)算值與實(shí)測(cè)值走勢(shì)相同，絕對(duì)誤差相差較小，模擬效果良好，計(jì)算值可靠。

圖5為溝域在某次降雨過(guò)程中所計(jì)算出的積水深度，其中細(xì)紅色線條為溝域的邊界，藍(lán)色表示積水淹沒(méi)區(qū)，綠色表示未被積水淹沒(méi)區(qū)，溝域內(nèi)的粗紅線為人為設(shè)置的預(yù)警橫斷線。此圖表示在實(shí)際發(fā)生的某次的降雨過(guò)程中，人為設(shè)置的三條預(yù)警橫斷線分別出現(xiàn)了黃色、橙色、紅色預(yù)警（以相應(yīng)顏色的旗幟表示）。淺藍(lán)色箭頭表示洪水流出方向。

5 結(jié)論

（1）本文建立的小流域單溝山洪產(chǎn)匯流計(jì)算模型，選取示范溝并對(duì)其歷史降雨過(guò)程進(jìn)行了模擬，模擬效果良好，誤差較小，說(shuō)明該模型適用于北京山區(qū)小流域的洪水模擬。模型的特點(diǎn)，一是基于山區(qū)地形，以陡坡匯流的方式對(duì)原洪水匯流過(guò)程的計(jì)算方法進(jìn)行了修正，二是考慮了小流域的地質(zhì)巖性以及土地利用類型，使得模型計(jì)算更加符合特定溝域的自身?xiàng)l件，更具針對(duì)性。

（2）系統(tǒng)在基于模擬狀況良好的模型基礎(chǔ)上，在溝域內(nèi)設(shè)置特定預(yù)警點(diǎn)，以流速和流量聯(lián)合預(yù)警的方式對(duì)山洪進(jìn)行預(yù)報(bào)預(yù)警。這種方法具有預(yù)警失誤率低，預(yù)報(bào)時(shí)間準(zhǔn)確以及山洪影響面積及程度可度量的特點(diǎn)，并且能夠?yàn)橄掠稳藛T撤離預(yù)留充足時(shí)間。該系統(tǒng)適用于復(fù)雜環(huán)境下居民區(qū)及重要區(qū)域的預(yù)警預(yù)報(bào)，對(duì)應(yīng)急避險(xiǎn)具有很強(qiáng)的實(shí)際效用。

（3）系統(tǒng)采用C#語(yǔ)言編寫(xiě)，模型的各個(gè)模塊以及集成的運(yùn)行效率直接影響到系統(tǒng)運(yùn)行的效率，故在保證原有程序不出現(xiàn)bug的基礎(chǔ)上，增加對(duì)程序語(yǔ)言的優(yōu)化能夠提升計(jì)算效率并減少對(duì)計(jì)算資源的占用，是模型改進(jìn)的一個(gè)重要的方向。

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