小流域防洪预警体系的初步研究——以浙江省为例

周 蔚

(杭州市水文水资源监测总站,浙江 杭州 310016)

1 问题的提出

浙江省位于我国东南沿海,属于洪涝灾害频繁发生的省份。全省陆域面积10.18万km2,山区占70.4%,其中山地和丘陵地区控制面积在20～200 km2的小流域有2000余条[1],受特殊气候条件和地形地质因素的影响,在雨季这些小流域极易发生山洪灾害与泥石流、滑坡等次生地质灾害。而且诱发山洪灾害与泥石流、滑坡等次生地质灾害的各种类型的降雨在浙江省都存在。据统计,自建国以来,全省发生较严重的小流域洪水灾害共有100多次,平均2次/a,累计造成死亡1.5万人左右,直接经济损失合计高达1150亿多元;泥石流也是浙江省主要地质灾害之一,建国以来全省共发生泥石流200多处;全省共发生大小滑坡近1000余处,其中重点滑坡共140多处[2]。这些灾害给人民生命财产造成严重损失。浙江省小流域山洪灾害的特点是:突发性、随机性强,预报预测预警难度大;小流域众多,潜在的山洪灾害、次生地质灾害分布范围广,时间跨度大;山洪灾害与泥石流、滑坡等次生地质灾害易发地区大多社会经济欠发达,交通通信不便;山洪灾害破坏力大。

小流域的防洪预警已经成为省内当前防洪减灾工作中的突出问题,引起广泛的关注和重视,相关部门也逐步建立了小流域防洪预警体系。但是,目前省内的小流域防洪预警体系还不够完善,特别是现行的水文预警技术还不能满足小流域防洪的现状。本文针对小流域山洪灾害的特点和防洪预警体系的现状,为了进一步延长小流域山洪预警的预见期,增加预警的实际可操作性,将水文概念模型、山洪灾害临界雨量值概念和定点降雨数值预测模型等融入到小流域预警体系的研究当中,利用数据库技术、网络技术,研究小流域日常山洪灾害防御等级并进行实时发布。

2 防洪预警体系的构成

预警通常是指对可能出现或即将发生的危险或灾害进行预测并发布警示信息。洪灾预警从大的方面来讲包括暴雨预警、水情预警、泥石流预警、风暴潮预警、灾情预警等。洪灾预警是防洪减灾非工程措施的核心内容之一。加强防洪减灾预警系统建设的主要目标是对利用先进专业技术和现代高新信息化技术对洪水及可能造成的灾害进行及时准确的预测,并发布必要警示信息,尽可能减少洪水造成的人员伤亡和财产损失,保障防洪安全。利用现代化的科技手段,提高防洪预警和防汛指挥调度的水平是大型水库和城市安全度汛的可靠保证。

小流域防洪预警体系包括降雨预测、水雨情监测、水文分析及预警发布共3个部分。目前,降雨预测大多用于气象预报和水文预报上面,还没有融入到小流域预警体系中,小流域的防洪预警的预见期较短。水雨情监测由于雨量站点布设的局限性,有些小流域还存在监测盲点,但可以通过水文分析技术解决这个问题,而水文分析技术与小流域的防洪需要也存在一定的差距,预警发布系统的建设也相对比较滞后,预警信息和内容比较单一。

2.1 定点降雨数值预测子系统

要延长小流域预警的预见期,增强预警的时效性,就必须要依靠气象手段来实现。普通的气象预报技术由于精细化程度不够高,预报气象的天气尺度范围较大,不适合小尺度的天气预报,并且预报达不到定量的要求,无法将其接入到小流域预警防洪体系中。定点降雨数值预测子系统是在计算机网络和地理信息系统支持下,以实时接收的静态气象卫星、多普勒雷达、气象预报等资料为核心信息的综合分析系统,主要包括实时卫星云图的接收、发布和云图雨量定点定量预测等功能。系统提供了半球云图、中国云图、精细化云图、雷达图的浏览,并且可以实时分析云图任意点的云图剖面图、单点降水量、降水潜在趋势、云图移动方向及水量估算等,如图1所示。这些由实时云图分析而得的预测信息还可以以地理方位点的方式将该点云图的分析成果实时存入到系统后台数据库中,为整个小流域防洪预警体系提供了气象预测雨量信息数据源。

图1 定点降雨数值预测系统图

2.2 水雨情监测子系统

水雨情监测子系统主要是指水情自动采集系统。目前,浙江省已经建成了2500多个水情自动采集站点,覆盖面达到了平均40～50 km2有1个站[3],遥测站点覆盖率高,基本上可以监测到全省所有的暴雨信息,但有些小流域地处深山,水情采集、通信设备安装困难,以及采集站点分布不均,从而导致有些小流域的水情信息缺失,影响到防洪预警系统的应用。随着水情信息采集站点的迅速扩展和站网布局、密度的合理增加,实时水雨情信息的监测采集,将有效地提高对暴雨洪水实时掌握的能力,为及时开展暴雨预警特别是小流域防洪预警体系建设打下良好的基础,也为小流域防洪预警体系研究提供实测水雨情信息数据源。

2.3 水文分析及预警发布子系统

作为小流域防洪预警体系中最为关键的一个部分,即水文分析及预警发布部分,还没有与前2个部分进行有机的整合,目前还不能满足社会发展的需要,网格预警仅仅解决了实测暴雨的预警和行政区划的预警问题,对于预警的实效性和体系化还有待完善和发展。如何提高预警的预见期和体系化、科学化程度,是研究的重点和难点。

小流域洪水灾害的特点决定了防御系统的复杂性和综合性,因此,预警体系的研究应充分考虑小流域洪水的各种成因,并充分利用现有的成熟技术和经验,最终形成小流域防洪的科学预警体系。

2.3.1 暴雨预警网格化管理系统

水文分析及预警发布子系统主要就是指暴雨预警网格化管理系统,它是以实时水雨情信息采集系统为基础,基于各站的地理特性,对暴雨信息实行网格化管理,根据分布区域的自然地理特点和防护对象的特性,确定预警区域对象以及暴雨预警标准,将遥测雨量站控制面积区域与预警区域面积叠加,以此确定预警区域的遥测雨量参照站。当遥测雨量参照站达到暴雨预警标准时,预警区域将以颜色渲染、图表、声音和手机短信等方式在监视屏幕实现预警。但由于雨量站点布设的关系,有的地方不能覆盖,因此,预警存在不全面性。暴雨预警网格化管理系统建设就很好地解决了这个问题。它通过水情站与预警区域的关联,实现了行政区域的预警全覆盖。系统总体框架如图2所示。

图2 水文分析及预警发布子系统总体架构图

系统的建成能大大提高暴雨预警信息的实时掌控能力,实现水情信息的小流域预警,可以更方便地为社会提供各项预警信息,进一步发挥防汛实时信息对防汛指挥的决策支持作用,为防汛减灾工作服务。

2.3.2 水文预报模型技术的引入

充分利用实时水文预报概念模型技术,通过对实测水雨情信息数据进行定时的土壤含水率计算,分析小流域下垫面的土壤含水饱和程度,并将其保存到数据库中,作为预警体系的含水率计算成果。本研究已经将模型的核心算法集成到数据库中,实现了任何时段任何时间间隔土壤含水率的数据库自动计算,保障了土壤含水率作为派生数据参与预警体系运算的实效性和可靠性。

2.3.3 定点降雨成果的利用

利用该成果与定点降雨预测成果及实测水情数据进行定性或定量的分析,充分考虑流域目前的蓄水能力和现状,分析目前流域的防洪形势,确定小流域防洪预警体系的防御等级,对于有条件的小流域还可以采用洪水估报的方式进行洪峰水位与流量的过程估报,以提高小流域防洪预警体系的精细化程度和科学性。

2.3.4 山洪预警临界雨量值的引入

受暴雨影响,浙江小流域极易发生小流域山洪灾害与泥石流、滑坡等次生地质灾害。对于这部分灾害,完全依靠水文模型分析计算进行预警是不太现实的。本研究通过对小流域地质灾害的临界雨量进行分析,确定雨量的强度和量级标准,并根据标准进行山洪地质灾害预警。

2.3.5 预警体系的防御等级划分

要实现小流域防洪预警提交的防御等级确定,就必需先针对流域自身的特点,将流域的防御等级进行细化,并配套有相应的防御预案,以备紧急情况下使用,科学调度防御山洪工作。

3 防洪预警体系的应用

临安市隶属杭州市, 位于东经 118°51′～ 119°52′, 北纬29°56′～30°23′,是一个山多田少的山区市,也是山洪灾害的易发区、多发区,几乎每年都有不同程度的山洪灾害发生。近年灾害损失统计表明,山洪灾害造成的危害愈来愈重,损失愈来愈大,给人民带来了沉重的创伤,也给全市社会、经济发展及建设全面小康带来重要影响,山洪灾害已经成为当前防洪减灾中的突出问题。从2009年开始,临安市开展了以监测、通讯、预警及信息服务等非工程措施为主并与工程措施相结合的防汛预警系统的建设。

临安市防汛预警系统主要包括水雨情监测系统、监测预警平台、预警系统。水雨情监测系统主要包括水雨情监测站网布设、信息采集、信息传输通信组网、设备设施配置等。预警系统包括预警方式、警报传输和警报器设置等。

监测预警平台是整个预警系统数据信息处理和服务的核心,主要由信息汇集平台、计算机网络、基础数据库、山洪预警业务系统、应用支撑平台及安全体系组成。其中山洪预警业务系统主要包括了水雨情监测查询、气象国土信息查询、降雨预测子系统、水情预报服务、临界雨量分析、预警发布服务、响应反馈、灾情上报及查询、山洪预警专题图管理子系统、山洪灾害新闻发布平台、系统维护管理等。其中,降雨预测子系统通过连接气象、国土部门信息系统,获得气象卫星、多普勒雷达、气象预报等资料,并进行系统综合分析,提供半球云图、中国云图、精细化云图、雷达图的浏览,并且可以实时分析云图任意点的云图剖面图、单点降水量、降水潜在趋势、云图移动方向及水量估算等。水情预报子系统采用水文概念模型模拟降雨径流过程,本研究选用适用于湿润地区的新安江模型,利用降雨预测得到的降雨资料和水雨情监测系统监测采集的水雨情资料,推算实时土壤含水量,并可以进行山洪洪水过程模拟,进行洪峰水位流量过程模拟,模拟结果精度较高。

防汛预警系统的使用有效地提高了临安市防汛部门防洪预警和防汛指挥调度的水平,对全市的社会经济发展和人民生命财产安全起到了至关重要的保障作用。

4 结 语

小流域防洪标准目前普遍较低,短期内难以大幅度全面提高,近年来,随着社会经济的发展,小流域洪水灾害在全流域洪涝灾害损失中所占的比重日益增大,且其诱发的山体滑坡、泥石流等山洪灾害危害程度愈发严重,有着突发性强、随机性高、破坏力大的特点,因此需要进一步加强对其的防洪预警体系化研究,从根本上避免或减小小流域山洪灾害给人民生命财产带来的损失。

[1]浙江省水利厅.浙江省小流域防洪避洪规划编制技术导则[R].杭州:浙江省水利厅,2005.

[2]浙江省水文局.浙江省重要小流域、重要小 (2)型水库水情信息采集系统总体规划及实施计划[R].杭州:浙江省水文局,2006.

[3]新华网浙江频道.2009.

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