2026年 05期

基于多维降雨特征与机器学习模型的小流域临界雨量计算

Critical rainfall calculation of small watersheds based on multi-dimensional rainfall characteristics and machine learning model


摘要(Abstract):

针对小流域临界雨量计算精度不高的问题,以山东省日照市大石河流域为研究区,综合考虑特征时段雨量、前期影响雨量和雨峰位置系数与临界雨量的关系构建预警指标;通过构建贝叶斯优化(BO)-支持向量机(SVM)模型获取判别山洪灾害的超平面,并根据该超平面所得关系式推求对应预警时段的临界雨量。结果表明,基于多维降雨特征的模型输入能够提升BO-SVM模型精度,当预警时段为3、 6 h时,山洪灾害分类准确率均为88.89%;通过实测暴雨资料检验预警时段为3、 6 h时基于该临界雨量的山洪预警可靠性综合评价指数分别为0.57、 0.40,表明所得小流域临界雨量具有较高的准确率和可靠性。

关键词(KeyWords):山洪灾害;临界雨量;机器学习;预警指标;贝叶斯优化;支持向量机

基金项目(Foundation):国家自然科学基金项目(42301046)

作者(Author):田健,桑国庆,常博,刘阳

DOI:10.13349/j.cnki.jdxbn.20260717.001

参考文献(References):

[1] 马细霞,王慧丽,程旭,等.基于降雨时空不确定性的山洪灾害三级预警模式[J].南水北调与水利科技(中英文),2022,20(2):297.

[2] 程卫帅.山洪灾害临界雨量研究综述[J].水科学进展,2013,24(6):901.

[3] 练继建,杨伟超,徐奎,等.山洪灾害预警研究进展与展望[J].水力发电学报,2018,37(11):1.

[4] 李姣,王丽荣,王洁,等.基于动态临界雨量的山洪灾害预警技术研究[J].自然灾害学报,2023,32(5):235.

[5] 孔凡哲,郭良,黄薇,等.考虑雨强时间分配的山洪灾害临界雨量的计算[J].人民黄河,2020,42(6):32.

[6] 沈炜彬,郝鹏.基于雨型分析的小流域山洪灾害临界雨量计算[J].人民黄河,2022,44(1):52.

[7] 韩臻悦,赖瑞勋,王金星,等.基于降雨径流关系的山洪动态临界雨量计算研究[J].水文,2023,43(5):12.

[8] 翟晓燕,郭良,刘荣华,等.前期土壤湿度和降雨对小流域山洪预警指标的影响评估[J].地理研究,2019,38(12):2957.

[9] 王燕云,原文林,龙爱华,等.基于SVR的无实测资料小流域山洪灾害临界雨量预估模型及应用:以河南新县为例[J].水文,2020,40(2):42.

[10] 赵龙,桑国庆,武玮,等.基于随机森林回归算法的山洪灾害临界雨量预估模型[J].济南大学学报(自然科学版),2022,36(4):404.

[11] 李福晨,桑国庆,孙元森.基于极端梯度提升算法的山洪灾害临界雨量计算模型[J].济南大学学报(自然科学版),2024,38(4):391.

[12] 张明芳,桑国庆,李福晨,等.降雨时程分配对小流域山洪灾害临界雨量的影响:以滕家河流域为例[J].济南大学学报(自然科学版),2024,38(4):399.

[13] 翟晓燕,孙东亚,刘荣华,等.山洪灾害动态预警指标分析技术框架[J].中国防汛抗旱,2021,31(10):26.

[14] 詹道江,徐向阳,陈元芳.工程水文学[M].北京:中国水利水电出版社,2010:77.

[15] 王维林,桑国庆,曹方晶,等.基于Fisher判别算法的山洪灾害临界雨量指标计算[J].水文,2022,42(2):3.

[16] Hickish B,Fletcher D I,Harrison R F.Investigating Bayesian optimization for rail network optimization[J].International Journal of Rail Transportation,2020,8(4):309.

[17] Sameen M I,Pradhan B,Lee S.Application of convolutional neural networks featuring Bayesian optimization for landslide susceptibility assessment[J].Catena,2020,186:104249.

[18] Xiong Junnan,Li Jin,Cheng Weiming,et al.A GIS-based support vector machine model for flash flood vulnerability assessment and mapping in China[J].ISPRS International Journal of Geo-information,2019,8(7):297.

[19] Wu Ang,Zhu Juanhua,Yang Yuli,et al.Classification of corn kernels grades using image analysis and support vector machine[J].Advances in Mechanical Engineering,2018,10(12):168781401881764.

[20] 原文林,宋汉振,刘美琪.基于随机雨型的山洪灾害预警模式[J].水科学进展,2019,30(4):516.

[21] Li Chaochao,Li Chenglu,Bao Shuping,et al.Influence of different rainfall patterns and soil water content on hydrological processes in small watersheds[J].Frontiers in Environmental Science,2023,11:1221571.

[22] Clark R A,Gourley J J,Flaming Z L,et al.CONUS-wide evaluation of national weather service flash flood guidance products [J].Weather and Forecasting,2014,29(2):391.