类型a：学术研究报告

作者及机构
本研究的作者包括孔坚、许泽星、舒毅和王协康，均来自四川大学山区河流保护与治理全国重点实验室。研究论文《基于测雨雷达与地面雨量站的山洪模拟及灾害预警时效分析》发表于《中国防汛抗旱》（China Flood & Drought Management）2024年5月第5期（第34卷）。

学术背景
山洪灾害是全球范围内常见的自然灾害之一，尤其在山区，其突发性和破坏性极强。传统山洪预警主要依赖地面雨量站的降雨数据，但由于山区地形复杂、降雨时空分布不均，传统方法常出现虚警或漏警，预警时效性不足。近年来，测雨雷达（rainfall radar）技术的应用为山洪预警提供了新的思路，其高时空分辨率的降雨监测能力有望提升预警精度。本研究以2021年8月12日湖北随州柳林镇的特大山洪灾害为例，探讨测雨雷达与地面雨量站在山洪模拟及预警中的表现差异，旨在优化山洪灾害预警技术体系。

研究流程
1. 数据收集与模型构建
- 研究区域：柳林镇流域面积24.29 km²，属典型山洪易发区。2021年8月12日，该地区遭遇极端暴雨，6小时降雨量达444 mm，引发严重山洪灾害。
- 数据来源：采用测雨雷达预报降雨数据和地面雨量站实测降雨数据，时间分辨率均为10分钟。
- 模型选择：使用模块化分布式水文模型（Modular Distributed Hydrological Model, MDHM）模拟山洪过程。该模型结合蓄满产流和超渗产流机制，涵盖植物截留、蒸散发、土壤下渗、地表径流等模块，能有效反映山区小流域的水文响应。

1. 预警方法设计

   • 累积雨量预警法：以场次累积雨量100 mm为临界阈值，对比雷达与雨量站的预警时效。
     
   • 水位陡涨率预警法：基于模拟的水位过程，设定陡涨率>1.0 m/h为准备转移信号，预计成灾时间<30分钟时触发立即转移信号。
     

2. 预警时效评估

   • 采用预警处置时效比（β）量化预警效果，公式为：
     [ \beta = \frac{\delta t_0 + \delta t_1}{t} ]
     其中，(\delta t_0)为有效预警时长，(\delta t_1)为应急处置时长，(t)为安全转移所需时间。若β>1，则预警有效。
     

主要结果
1. 山洪过程模拟
- MDHM模型成功复现了柳林镇山洪过程，确定控制断面成灾水位为76.70 m（对应流量90.4 m³/s），成灾时刻为03:15。

1. 预警效果对比

   • 累积雨量法：测雨雷达提前95分钟发出预警（β=4.16），而雨量站因数据滞后导致漏警（β=-0.17）。
     
   • 水位陡涨率法：雷达数据预警的立即转移时长达185分钟（β=7.17），显著优于雨量站的25分钟（β=1.83）。
     

2. 技术优势

   • 测雨雷达的提前预报能力弥补了降雨估算精度的不足，尤其在极端暴雨事件中表现突出。水位陡涨率法因动态模拟洪水过程，预警效果优于静态的累积雨量法。
     

结论与价值
本研究证实，结合测雨雷达数据与水位陡涨率预警法可大幅提升山洪预警的时效性和可靠性，为山区防灾减灾提供关键技术支撑。其科学价值在于揭示了高时空分辨率降雨数据对水文模型精度的影响，应用价值则体现在优化现有山洪预警体系，减少灾害损失。

研究亮点
1. 方法创新：首次在柳林镇灾害案例中对比测雨雷达与雨量站的预警效能，提出“水位陡涨率法”的动态预警思路。
2. 技术整合：将MDHM模型与雷达数据结合，验证了分布式水文模型在山洪模拟中的适用性。
3. 时效量化：通过预警处置时效比（β）客观评估不同预警方法的有效性，为后续研究提供标准化指标。

其他价值
研究指出，未来可进一步融合卫星遥感、微波链路测雨等技术，构建多源数据协同的预警系统，以应对更复杂的山区降雨场景。