山洪预警预报技术研究与应用

高　云，李庆林

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



山洪预警预报技术研究与应用

高云，李庆林

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

摘要：人类的生活和生产活动对于气候的影响较大，一些比较极端的相关天气事件近年来日渐增多,山洪灾害在我国一些地区频发，不仅损失较为严重，而且会影响正常的生产和生活秩序。通过技术手段监测并对山洪灾害进行预警预报，可以更好促进山洪灾害预防能力的提升，推动山区相关建设，稳定人们的生产和生活。文章对山洪相关特性特别是预警预报技术的特点进行了分析，介绍了现阶段国内外在这一领域主流的技术方法，对我国相关工作的开展现状和相关技术的应用进行了探讨。

关键词：山洪监测；预报技术；研究应用；预报模型；方法选择

1概述

文中所指山洪灾害均是山丘地区因出现大量降雨或者融雪等情况而导致的洪水爆发、泥石流和滑坡等天灾。我国由于所处季风区以及山区地形地貌还有人民群众生产生活等方面的原因，山洪灾害较多，经济损失和人员伤亡较为严重，对于山区环境和正常的生产生活秩序影响较大。山洪灾害由于其成因以及偶发性等特点，较难实现根治，加强相关的监测和预警预报工作不仅可以降低经济损失和较少人员伤亡，而且可以更好的研究山洪灾害的相关规律寻求较好的防治方法，是现阶段最为有效和可行的方法。

2相关技术发展研究现状

山洪灾害具有偶发性等特点，较难防治，一旦发生灾害，相关损失又较为严重，世界范围内都较为关注，相关研究开展较多，其他国家也在致力于对山洪监测预警预报技术的研发与应用，以达到减少灾害的目的。现阶段国内外相关的技术主要是预测或者判别山洪的具体危险与威胁程度，区分山洪易发区的危险等级，并利用先进的监测技术结合先进的预报技术对山洪发生时间以及相关的危害程度进行预警预报。

2.1预测与判别危险性

通常来讲，山洪灾害具有严重的危险性，其危险性的预测与判别技术是以既往山洪灾害频发调查的基础上进行的，需要结合气候、水文等所有相关因素，对山洪灾害相关的类型以及程度和影响范围等情况进行分析，并结合相关情况对危险区进行划定，可以更好的为政府和人民群众提供相关参考，起到预警作用[1]。

现阶段我国主要是根据山洪存在的特点，充分利用其临界雨量系数等重要因素来判别出因降雨而诱发的山洪，并对其实际易发程度的主要指标进行划分。一般来讲，临界降雨系数指的就是某一时段的暴雨均值和相同时段存在的相关临界雨量之间的系数比例。结合全国临界雨量存在的实际分布图和近几年最大6h雨量均值等情况绘制相关的值线图，对临界降雨系数进行综合分析和测算并对国内山洪灾害相关的易发区实际等级进行确定，高易发区为相关临界降雨系数>1.2的地区，系数在1.0至1.2之间为中易发区，如果降雨系数<1.0则可视为山洪低易发区。历史上出现的因暴雨而诱发发生的重大山洪灾害，其相关区域需要根据实际的降雨量与降雨范围而划分成高易发降雨区域。并根据相关的结果对我国相关地区因降雨而导致的山洪灾害程度制成灾害程度分布图，并结合山洪灾害与降雨关系和与地形地质关系等因素，针对山洪灾害影响的地区划分为重点防治区以及一般防治区，便于根据情况重点进行防治[2]。

2.2相关预警预报技术

在山洪预警与预报工作中，水文气象和径流模型等因素是进行山洪预警的主要相关依据。预见期短、流速快和资料短缺等多种特点是山洪灾害出现时较为常见的特性，这些特性决定了山洪预报的相关工作具有较为突出的特殊性。在当前阶段，国内外存在比较常见的3种方法是作为山洪预警预报中的主要手段：临界雨量法、预报模型法、山洪经验预报法。

2.2.1临界雨量法

该方法主要是依据过去时间段内发生山洪发生时对降雨情况相关的因素进行分析，并结合实际山洪形成条件，采取回归统计方法和水文模型方式，对山洪爆发时的临界雨量进行有效确定。对山洪实际发生可能性的判断主要结合天气预报与实际降水状况进行综合性分析，根据出现的临界雨量或者存在的预报模型等方式进行确定。

降雨总量以及降雨强度还有流域中的土壤饱和度等众多因素对山洪流量的大小都会产生直接影响。如果土壤相对干燥，降下的雨水基本上都会下渗，这样就会使地表径流变小；若土壤比较湿润，水分下渗量小，相应的地表径流就较大。确定山洪的临界雨量指标时，需要充分结合山洪实际发生情况与防治区内存在的中小流域的实际土壤的实际饱和情况[3]。

2.2.2预报模型法

在山洪预报中，根据水位与流量等与山洪发生相关的不同要素和流域资料情况，结合不同情况选择不同的山洪预报模型，并采取相应的预报方法。主要的预报模型与方法包括：A、预报降雨径流方法B、区域内流域水文模型C、统计回归模型D、人工神经网络模型等。

2.2.3相关的经验预报法

根据检测的河流上下游实际水位情况，通过与历史水位和相关水流量资料综合对区域内的水流量情况进行分析。若该流域有相关的水文历史资料则可根据历史上本地区相关中小流域在相应的特大暴雨条件下实际情况进行整理与应用，根据流域内的观测资料和降雨总量情况，建立山洪预警预报方案。

2.3相关案例

宁都县位于赣州市东北部、江西省东南部，地貌以丘陵和低山为主，部分区域存在中山，全县东西宽71.5 km，南北长117.2 km，属于山区县。该县处于亚热带季风气候，四季分明，雨量充沛。多年平均气温在14～19 ℃，最高温曾达到38.4 ℃，而最低温则为零下6.2 ℃。多年平均降雨量1 706 mm，年降雨量最大值在1984年达到447.2 mm，日降雨量最大值在1984年5月31日达到565.3 mm，通常在4—6月雨水集中，占据全年降雨量的50%左右，属于洪灾多发区域。

2013年7月，该地区降雨频繁，通过对该县两个村的降水时程分布进行分析，在2013年7月14日降水量统计如图1～2所示。

图1　固村站2013年7月14日降雨过程分布

图2　长胜站2013年7月14日降雨过程分布

通过临界雨量法和预警模型法，对该县未来几天的山洪爆发可能做出判断，经过结合地质特征、气候风貌及近几日的降水量分析，有相关部分及时判断出该地区水文监测情况，并采用经验预报法、水文回归统计方式以及水文模型等相关方法，及时对洪水临界雨量进行分析预测，从而及时采取防护措施，实现山洪预警，降低了发生山洪灾害造成的损失。

3山洪预警预报模型与方法选择

3.1选择原则

对于山洪相关预警预报模型及其方法的选择要考虑到：①流域具体特性；②预报方面的要素；③预报相关的时效以及精度要求；④相关历史资料；⑤在实际作业预报时可以实际得到的实时资料。“实用可靠、技术先进”是选用的具体原则。

3.2选择步骤

作为山洪预报方案编制过程的核心内容—预报模型和方法的选用需要在大量采集流域资料的基础上认真分析，并结合流域汇流的平均时间选择符合该区域的预报预警模型、并采用相应的方法，完成预报预警工作[4]。

1)对资料的收集工作。基础资料的收集是山洪预警中的重要工作，收集的资料主要包括基本地质、流量、气象情况等，而工作方式即是收集资料、查勘、调研、整理和分析等。根据收集到的资料与查勘调研的内容，综合对典型暴雨洪水的场次方面的相关资料对流域降雨径流关系以及产汇流等方面的特征参数进行分析。

2)汇流时间确定。依照适当方法并参照《水利水电工程设计洪水计算手册》等资料。若条件允许，可利用分布式水文模型进行相关的分析计算获得暴雨山洪实际的响应时间，作为实际预警时间。集水面积比较小的流域，对应的预警响应时间较短，采用水文模型预报，没有足够的时间可供预警以及开展避险转移工作，所以预警就会丧失应用价值，反之通常不会出现相关问题(特殊情况除外)。

3)预报模型和方法选取。根据实际汇流时间选择预报模型，该区域汇流时间<1 h，因此选择临界雨量预警方法比较实用。若汇流实际时间>1 h，有5 a以上相关雨量和流量等历史观测资料的流域，适宜选用降雨径流图法或者是相关的经验单位线法等模型及方法。若汇流时间>1 h，那么即便具备了雨量和水位观测资料，但因为缺乏流量资料，水位流量关系相关曲线不能很好的建立起来的流域，适宜应用神经网络模型和其他多元回归统计模型等对水位与雨量之间存下的关系进行建立，并直接预报水位情况。如果存在的条件对建立水位流量曲线有利的流域，能够查得相关流量，适宜应用降雨径流相关图法以及经验单位线法等相关的模型或方法。

3.3参数确定

在山洪预警预报模型中，存在地理参数与过程参数两大类型。参数相关的率定方法也有人工试错法以及自动优选法。对于缺乏观测数据与相关资料的流域，需要充分利用水文比拟法对该区域相关的观测资料进行延展性分析工作，资料逐步完善后对相关方案再行修订。

4总结

综上所述，山洪预警预报技术作为一种对天灾的示警技术，有着重要的作用和意义。有效的山洪预警预报技术，能够提前发现灾害现象，并及时做出躲避行为或者预防措施，保证人们的生命财产安全不受损害。本文对山洪预警预报技术的应用做出了一定的研究，希望能够对于山洪预警预报技术的发展提供有力参考。

参考文献：

[1]周金星，王礼先，谢宝元，等.山洪泥石流灾害预报预警技术述评[J].山地学报，2001，19(06)：527-532.

[2]李中平,张明波.全国山洪灾害防治规划降雨区划研究[J].水资源研究,2005，26(02)：32-34.

[3]梁家志,刘志雨.中小河流山洪监测与预警预测技术研究[M].北京:科学出版社,2010：62-64.

[4]郭良,唐学哲,孔凡哲.基于分布式水文模型的山洪灾害预警预报系统研究及其应用[J].中国水利,2007(14)：23-41.

文章编号：1007-7596(2016)02-0117-03

[收稿日期]2015-10-28

[作者简介]高云(1989-)，男，江西会昌人，工程师，研究方向为水文水资源；李庆林(1961-)，男，江西石城人，工程师，研究方向为水文水资源。

中图分类号：P338.6

文献标识码：B