山洪預(yù)警預(yù)報(bào)技術(shù)研究與應(yīng)用

高　云，李慶林

(1.贛州市水文局，江西 贛州 341000；2.江西省石城水文站，江西 贛州 342700)

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山洪預(yù)警預(yù)報(bào)技術(shù)研究與應(yīng)用

高云，李慶林

(1.贛州市水文局，江西 贛州 341000；2.江西省石城水文站，江西 贛州 342700)

摘要：人類的生活和生產(chǎn)活動(dòng)對(duì)于氣候的影響較大，一些比較極端的相關(guān)天氣事件近年來(lái)日漸增多,山洪災(zāi)害在我國(guó)一些地區(qū)頻發(fā)，不僅損失較為嚴(yán)重，而且會(huì)影響正常的生產(chǎn)和生活秩序。通過(guò)技術(shù)手段監(jiān)測(cè)并對(duì)山洪災(zāi)害進(jìn)行預(yù)警預(yù)報(bào)，可以更好促進(jìn)山洪災(zāi)害預(yù)防能力的提升，推動(dòng)山區(qū)相關(guān)建設(shè)，穩(wěn)定人們的生產(chǎn)和生活。文章對(duì)山洪相關(guān)特性特別是預(yù)警預(yù)報(bào)技術(shù)的特點(diǎn)進(jìn)行了分析，介紹了現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)外在這一領(lǐng)域主流的技術(shù)方法，對(duì)我國(guó)相關(guān)工作的開(kāi)展現(xiàn)狀和相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：山洪監(jiān)測(cè)；預(yù)報(bào)技術(shù)；研究應(yīng)用；預(yù)報(bào)模型；方法選擇

1概述

文中所指山洪災(zāi)害均是山丘地區(qū)因出現(xiàn)大量降雨或者融雪等情況而導(dǎo)致的洪水爆發(fā)、泥石流和滑坡等天災(zāi)。我國(guó)由于所處季風(fēng)區(qū)以及山區(qū)地形地貌還有人民群眾生產(chǎn)生活等方面的原因，山洪災(zāi)害較多，經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡較為嚴(yán)重，對(duì)于山區(qū)環(huán)境和正常的生產(chǎn)生活秩序影響較大。山洪災(zāi)害由于其成因以及偶發(fā)性等特點(diǎn)，較難實(shí)現(xiàn)根治，加強(qiáng)相關(guān)的監(jiān)測(cè)和預(yù)警預(yù)報(bào)工作不僅可以降低經(jīng)濟(jì)損失和較少人員傷亡，而且可以更好的研究山洪災(zāi)害的相關(guān)規(guī)律尋求較好的防治方法，是現(xiàn)階段最為有效和可行的方法。

2相關(guān)技術(shù)發(fā)展研究現(xiàn)狀

山洪災(zāi)害具有偶發(fā)性等特點(diǎn)，較難防治，一旦發(fā)生災(zāi)害，相關(guān)損失又較為嚴(yán)重，世界范圍內(nèi)都較為關(guān)注，相關(guān)研究開(kāi)展較多，其他國(guó)家也在致力于對(duì)山洪監(jiān)測(cè)預(yù)警預(yù)報(bào)技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用，以達(dá)到減少災(zāi)害的目的?，F(xiàn)階段國(guó)內(nèi)外相關(guān)的技術(shù)主要是預(yù)測(cè)或者判別山洪的具體危險(xiǎn)與威脅程度，區(qū)分山洪易發(fā)區(qū)的危險(xiǎn)等級(jí)，并利用先進(jìn)的監(jiān)測(cè)技術(shù)結(jié)合先進(jìn)的預(yù)報(bào)技術(shù)對(duì)山洪發(fā)生時(shí)間以及相關(guān)的危害程度進(jìn)行預(yù)警預(yù)報(bào)。

2.1預(yù)測(cè)與判別危險(xiǎn)性

通常來(lái)講，山洪災(zāi)害具有嚴(yán)重的危險(xiǎn)性，其危險(xiǎn)性的預(yù)測(cè)與判別技術(shù)是以既往山洪災(zāi)害頻發(fā)調(diào)查的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，需要結(jié)合氣候、水文等所有相關(guān)因素，對(duì)山洪災(zāi)害相關(guān)的類型以及程度和影響范圍等情況進(jìn)行分析，并結(jié)合相關(guān)情況對(duì)危險(xiǎn)區(qū)進(jìn)行劃定，可以更好的為政府和人民群眾提供相關(guān)參考，起到預(yù)警作用[1]。

現(xiàn)階段我國(guó)主要是根據(jù)山洪存在的特點(diǎn)，充分利用其臨界雨量系數(shù)等重要因素來(lái)判別出因降雨而誘發(fā)的山洪，并對(duì)其實(shí)際易發(fā)程度的主要指標(biāo)進(jìn)行劃分。一般來(lái)講，臨界降雨系數(shù)指的就是某一時(shí)段的暴雨均值和相同時(shí)段存在的相關(guān)臨界雨量之間的系數(shù)比例。結(jié)合全國(guó)臨界雨量存在的實(shí)際分布圖和近幾年最大6h雨量均值等情況繪制相關(guān)的值線圖，對(duì)臨界降雨系數(shù)進(jìn)行綜合分析和測(cè)算并對(duì)國(guó)內(nèi)山洪災(zāi)害相關(guān)的易發(fā)區(qū)實(shí)際等級(jí)進(jìn)行確定，高易發(fā)區(qū)為相關(guān)臨界降雨系數(shù)>1.2的地區(qū)，系數(shù)在1.0至1.2之間為中易發(fā)區(qū)，如果降雨系數(shù)<1.0則可視為山洪低易發(fā)區(qū)。歷史上出現(xiàn)的因暴雨而誘發(fā)發(fā)生的重大山洪災(zāi)害，其相關(guān)區(qū)域需要根據(jù)實(shí)際的降雨量與降雨范圍而劃分成高易發(fā)降雨區(qū)域。并根據(jù)相關(guān)的結(jié)果對(duì)我國(guó)相關(guān)地區(qū)因降雨而導(dǎo)致的山洪災(zāi)害程度制成災(zāi)害程度分布圖，并結(jié)合山洪災(zāi)害與降雨關(guān)系和與地形地質(zhì)關(guān)系等因素，針對(duì)山洪災(zāi)害影響的地區(qū)劃分為重點(diǎn)防治區(qū)以及一般防治區(qū)，便于根據(jù)情況重點(diǎn)進(jìn)行防治[2]。

2.2相關(guān)預(yù)警預(yù)報(bào)技術(shù)

在山洪預(yù)警與預(yù)報(bào)工作中，水文氣象和徑流模型等因素是進(jìn)行山洪預(yù)警的主要相關(guān)依據(jù)。預(yù)見(jiàn)期短、流速快和資料短缺等多種特點(diǎn)是山洪災(zāi)害出現(xiàn)時(shí)較為常見(jiàn)的特性，這些特性決定了山洪預(yù)報(bào)的相關(guān)工作具有較為突出的特殊性。在當(dāng)前階段，國(guó)內(nèi)外存在比較常見(jiàn)的3種方法是作為山洪預(yù)警預(yù)報(bào)中的主要手段：臨界雨量法、預(yù)報(bào)模型法、山洪經(jīng)驗(yàn)預(yù)報(bào)法。

2.2.1臨界雨量法

該方法主要是依據(jù)過(guò)去時(shí)間段內(nèi)發(fā)生山洪發(fā)生時(shí)對(duì)降雨情況相關(guān)的因素進(jìn)行分析，并結(jié)合實(shí)際山洪形成條件，采取回歸統(tǒng)計(jì)方法和水文模型方式，對(duì)山洪爆發(fā)時(shí)的臨界雨量進(jìn)行有效確定。對(duì)山洪實(shí)際發(fā)生可能性的判斷主要結(jié)合天氣預(yù)報(bào)與實(shí)際降水狀況進(jìn)行綜合性分析，根據(jù)出現(xiàn)的臨界雨量或者存在的預(yù)報(bào)模型等方式進(jìn)行確定。

降雨總量以及降雨強(qiáng)度還有流域中的土壤飽和度等眾多因素對(duì)山洪流量的大小都會(huì)產(chǎn)生直接影響。如果土壤相對(duì)干燥，降下的雨水基本上都會(huì)下滲，這樣就會(huì)使地表徑流變??；若土壤比較濕潤(rùn)，水分下滲量小，相應(yīng)的地表徑流就較大。確定山洪的臨界雨量指標(biāo)時(shí)，需要充分結(jié)合山洪實(shí)際發(fā)生情況與防治區(qū)內(nèi)存在的中小流域的實(shí)際土壤的實(shí)際飽和情況[3]。

2.2.2預(yù)報(bào)模型法

在山洪預(yù)報(bào)中，根據(jù)水位與流量等與山洪發(fā)生相關(guān)的不同要素和流域資料情況，結(jié)合不同情況選擇不同的山洪預(yù)報(bào)模型，并采取相應(yīng)的預(yù)報(bào)方法。主要的預(yù)報(bào)模型與方法包括：A、預(yù)報(bào)降雨徑流方法B、區(qū)域內(nèi)流域水文模型C、統(tǒng)計(jì)回歸模型D、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型等。

2.2.3相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)預(yù)報(bào)法

根據(jù)檢測(cè)的河流上下游實(shí)際水位情況，通過(guò)與歷史水位和相關(guān)水流量資料綜合對(duì)區(qū)域內(nèi)的水流量情況進(jìn)行分析。若該流域有相關(guān)的水文歷史資料則可根據(jù)歷史上本地區(qū)相關(guān)中小流域在相應(yīng)的特大暴雨條件下實(shí)際情況進(jìn)行整理與應(yīng)用，根據(jù)流域內(nèi)的觀測(cè)資料和降雨總量情況，建立山洪預(yù)警預(yù)報(bào)方案。

2.3相關(guān)案例

寧都縣位于贛州市東北部、江西省東南部，地貌以丘陵和低山為主，部分區(qū)域存在中山，全縣東西寬71.5 km，南北長(zhǎng)117.2 km，屬于山區(qū)縣。該縣處于亞熱帶季風(fēng)氣候，四季分明，雨量充沛。多年平均氣溫在14～19 ℃，最高溫曾達(dá)到38.4 ℃，而最低溫則為零下6.2 ℃。多年平均降雨量1 706 mm，年降雨量最大值在1984年達(dá)到447.2 mm，日降雨量最大值在1984年5月31日達(dá)到565.3 mm，通常在4—6月雨水集中，占據(jù)全年降雨量的50%左右，屬于洪災(zāi)多發(fā)區(qū)域。

2013年7月，該地區(qū)降雨頻繁，通過(guò)對(duì)該縣兩個(gè)村的降水時(shí)程分布進(jìn)行分析，在2013年7月14日降水量統(tǒng)計(jì)如圖1～2所示。

圖1　固村站2013年7月14日降雨過(guò)程分布

圖2　長(zhǎng)勝站2013年7月14日降雨過(guò)程分布

通過(guò)臨界雨量法和預(yù)警模型法，對(duì)該縣未來(lái)幾天的山洪爆發(fā)可能做出判斷，經(jīng)過(guò)結(jié)合地質(zhì)特征、氣候風(fēng)貌及近幾日的降水量分析，有相關(guān)部分及時(shí)判斷出該地區(qū)水文監(jiān)測(cè)情況，并采用經(jīng)驗(yàn)預(yù)報(bào)法、水文回歸統(tǒng)計(jì)方式以及水文模型等相關(guān)方法，及時(shí)對(duì)洪水臨界雨量進(jìn)行分析預(yù)測(cè)，從而及時(shí)采取防護(hù)措施，實(shí)現(xiàn)山洪預(yù)警，降低了發(fā)生山洪災(zāi)害造成的損失。

3山洪預(yù)警預(yù)報(bào)模型與方法選擇

3.1選擇原則

對(duì)于山洪相關(guān)預(yù)警預(yù)報(bào)模型及其方法的選擇要考慮到：①流域具體特性；②預(yù)報(bào)方面的要素；③預(yù)報(bào)相關(guān)的時(shí)效以及精度要求；④相關(guān)歷史資料；⑤在實(shí)際作業(yè)預(yù)報(bào)時(shí)可以實(shí)際得到的實(shí)時(shí)資料?！皩?shí)用可靠、技術(shù)先進(jìn)”是選用的具體原則。

3.2選擇步驟

作為山洪預(yù)報(bào)方案編制過(guò)程的核心內(nèi)容—預(yù)報(bào)模型和方法的選用需要在大量采集流域資料的基礎(chǔ)上認(rèn)真分析，并結(jié)合流域匯流的平均時(shí)間選擇符合該區(qū)域的預(yù)報(bào)預(yù)警模型、并采用相應(yīng)的方法，完成預(yù)報(bào)預(yù)警工作[4]。

1)對(duì)資料的收集工作?；A(chǔ)資料的收集是山洪預(yù)警中的重要工作，收集的資料主要包括基本地質(zhì)、流量、氣象情況等，而工作方式即是收集資料、查勘、調(diào)研、整理和分析等。根據(jù)收集到的資料與查勘調(diào)研的內(nèi)容，綜合對(duì)典型暴雨洪水的場(chǎng)次方面的相關(guān)資料對(duì)流域降雨徑流關(guān)系以及產(chǎn)匯流等方面的特征參數(shù)進(jìn)行分析。

2)匯流時(shí)間確定。依照適當(dāng)方法并參照《水利水電工程設(shè)計(jì)洪水計(jì)算手冊(cè)》等資料。若條件允許，可利用分布式水文模型進(jìn)行相關(guān)的分析計(jì)算獲得暴雨山洪實(shí)際的響應(yīng)時(shí)間，作為實(shí)際預(yù)警時(shí)間。集水面積比較小的流域，對(duì)應(yīng)的預(yù)警響應(yīng)時(shí)間較短，采用水文模型預(yù)報(bào)，沒(méi)有足夠的時(shí)間可供預(yù)警以及開(kāi)展避險(xiǎn)轉(zhuǎn)移工作，所以預(yù)警就會(huì)喪失應(yīng)用價(jià)值，反之通常不會(huì)出現(xiàn)相關(guān)問(wèn)題(特殊情況除外)。

3)預(yù)報(bào)模型和方法選取。根據(jù)實(shí)際匯流時(shí)間選擇預(yù)報(bào)模型，該區(qū)域匯流時(shí)間<1 h，因此選擇臨界雨量預(yù)警方法比較實(shí)用。若匯流實(shí)際時(shí)間>1 h，有5 a以上相關(guān)雨量和流量等歷史觀測(cè)資料的流域，適宜選用降雨徑流圖法或者是相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)單位線法等模型及方法。若匯流時(shí)間>1 h，那么即便具備了雨量和水位觀測(cè)資料，但因?yàn)槿狈α髁抠Y料，水位流量關(guān)系相關(guān)曲線不能很好的建立起來(lái)的流域，適宜應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型和其他多元回歸統(tǒng)計(jì)模型等對(duì)水位與雨量之間存下的關(guān)系進(jìn)行建立，并直接預(yù)報(bào)水位情況。如果存在的條件對(duì)建立水位流量曲線有利的流域，能夠查得相關(guān)流量，適宜應(yīng)用降雨徑流相關(guān)圖法以及經(jīng)驗(yàn)單位線法等相關(guān)的模型或方法。

3.3參數(shù)確定

在山洪預(yù)警預(yù)報(bào)模型中，存在地理參數(shù)與過(guò)程參數(shù)兩大類型。參數(shù)相關(guān)的率定方法也有人工試錯(cuò)法以及自動(dòng)優(yōu)選法。對(duì)于缺乏觀測(cè)數(shù)據(jù)與相關(guān)資料的流域，需要充分利用水文比擬法對(duì)該區(qū)域相關(guān)的觀測(cè)資料進(jìn)行延展性分析工作，資料逐步完善后對(duì)相關(guān)方案再行修訂。

4總結(jié)

綜上所述，山洪預(yù)警預(yù)報(bào)技術(shù)作為一種對(duì)天災(zāi)的示警技術(shù)，有著重要的作用和意義。有效的山洪預(yù)警預(yù)報(bào)技術(shù)，能夠提前發(fā)現(xiàn)災(zāi)害現(xiàn)象，并及時(shí)做出躲避行為或者預(yù)防措施，保證人們的生命財(cái)產(chǎn)安全不受損害。本文對(duì)山洪預(yù)警預(yù)報(bào)技術(shù)的應(yīng)用做出了一定的研究，希望能夠?qū)τ谏胶轭A(yù)警預(yù)報(bào)技術(shù)的發(fā)展提供有力參考。

參考文獻(xiàn)：

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文章編號(hào)：1007-7596(2016)02-0117-03

[收稿日期]2015-10-28

[作者簡(jiǎn)介]高云(1989-)，男，江西會(huì)昌人，工程師，研究方向?yàn)樗乃Y源；李慶林(1961-)，男，江西石城人，工程師，研究方向?yàn)樗乃Y源。

中圖分類號(hào)：P338.6

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B