李劍利

（山西省汾河一壩管理局，山西 太原 030002）

山西省山洪災(zāi)害動態(tài)預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計綜述

李劍利

（山西省汾河一壩管理局，山西 太原 030002）

山西省山洪災(zāi)害大部分由強降雨引發(fā)，導(dǎo)致山洪災(zāi)害的不確定性，使山洪災(zāi)害預(yù)測預(yù)警度較大。在回顧全省山洪災(zāi)害建設(shè)體系的基礎(chǔ)上，提出了在縣級平臺開展山洪災(zāi)害動態(tài)預(yù)測預(yù)警的總體框架，并論證了在山西省開展動態(tài)預(yù)測預(yù)警的可行性。結(jié)果表明，實行山洪災(zāi)害動態(tài)管理，開展動態(tài)預(yù)測預(yù)警，可提高山洪災(zāi)害防御的預(yù)見期，對提升山洪災(zāi)害的主動預(yù)測預(yù)警具有重要意義。

山洪災(zāi)害；動態(tài)預(yù)警；山西省

1 山洪災(zāi)害建設(shè)情況

“十二五”期間，山西省分二期完成了全省115個縣（市、區(qū)）山洪災(zāi)害防治縣級非工程措施項目建設(shè)，實現(xiàn)了山洪災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警全覆蓋，完成了山洪調(diào)查評價及非工程體系建設(shè)任務(wù)。同時開展了多條山洪溝道的工程治理，全面提升了山洪災(zāi)害防御能力，覆蓋全省的基于現(xiàn)代化的自動測報系統(tǒng)基本形成。

通過非工程體系建設(shè)，完成了縣—鄉(xiāng)二級預(yù)警平臺的建設(shè)，實現(xiàn)了水雨情監(jiān)測、監(jiān)測預(yù)警平臺、預(yù)警等子系統(tǒng)建設(shè)；建立縣級到鄉(xiāng)鎮(zhèn)防汛部門計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和視頻會商系統(tǒng)，實現(xiàn)與省、地市防汛計算機網(wǎng)絡(luò)和視頻會商系統(tǒng)的互連互通。

在縣級預(yù)警平臺，預(yù)警信息可通過監(jiān)測預(yù)警平臺制作、發(fā)布?？h級防汛指揮部門通過監(jiān)測預(yù)警平臺向縣、鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）、村、組及有關(guān)部門和責(zé)任人發(fā)布預(yù)警信息；各鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）、村、組和有關(guān)單位根據(jù)防御預(yù)案組織實施。

鄉(xiāng)村群測群防預(yù)警由監(jiān)測人員根據(jù)山洪災(zāi)害防御宣傳培訓(xùn)掌握的經(jīng)驗、技術(shù)和監(jiān)測設(shè)施監(jiān)測信息，發(fā)布預(yù)警信息。各鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）除接收縣防汛部門發(fā)布或下發(fā)的預(yù)警信息，還接收群測群防監(jiān)測點、村和水庫、山塘監(jiān)測點的預(yù)警信息。村、組接受上級部門和群測群防監(jiān)測點、水庫、山塘監(jiān)測點的預(yù)警信息。上游鄉(xiāng)鎮(zhèn)、村組的預(yù)警信息及時向下游鄉(xiāng)鎮(zhèn)、村組傳遞。

2 山洪災(zāi)害動態(tài)預(yù)測預(yù)警

2.1 基于歷史雨情的山洪預(yù)測

基于歷史暴雨的山洪預(yù)測步驟為：根據(jù)山洪防治對象，選擇控制斷面，劃分流域邊界，提取流域特征值，流域特征值包括流域面積、周長、心形點；在《山西省水文計算手冊》提供暴雨定點選擇方式，在暴雨等值線圖上選擇定點，確定每個定點的控制面積，進行設(shè)計暴雨；根據(jù)流域范圍內(nèi)的等值線圖或DEM圖確定河流特征值，包括河長、比降；設(shè)定不同的前期影響雨量值；量算流域范圍內(nèi)的不同產(chǎn)流下墊面類型面積和匯流下墊面類型面積；根據(jù)產(chǎn)流下墊面和匯流下墊面進行產(chǎn)流參數(shù)和匯流參數(shù)確定；進行產(chǎn)流計算和匯流計算，得到洪峰流量、峰現(xiàn)時間和洪水過程線

2.2 基于實時雨情的山洪預(yù)測

基于實時雨情的山洪預(yù)測步驟為：根據(jù)山洪防治對象，選擇控制斷面，劃分流域邊界，提取流域特征值，流域特征值包括流域面積、周長、心形點；根據(jù)流域范圍內(nèi)的等值線圖或DEM圖確定河流特征值，包括河長、比降；量算流域范圍內(nèi)的不同產(chǎn)流下墊面類型面積和匯流下墊面類型面積；根據(jù)產(chǎn)流下墊面和匯流下墊面進行產(chǎn)流參數(shù)和匯流參數(shù)確定；根據(jù)實際監(jiān)測前期降雨量，計算前期土濕；以實際降雨量作為設(shè)計點暴雨值進行面雨量計算；進行產(chǎn)流計算和匯流計算，得到洪峰流量、峰現(xiàn)時間和洪水過程線。

基于歷史暴雨和實時雨情進行山洪預(yù)測的區(qū)別在于前者以設(shè)計暴雨為基礎(chǔ)進行輸入，且前期土濕也是基于假定進行設(shè)計；而后者則以實際監(jiān)測雨量為輸入產(chǎn)流計算，不進行設(shè)計暴雨過程，且前提土濕也是通過降雨量進行計算。共同點在于進行產(chǎn)流和匯流所采用的方式及進行設(shè)計洪水過程相同。

3 開展山洪災(zāi)害動態(tài)預(yù)測預(yù)警可行性分析

3.1 軟硬件體系初步建成

根據(jù)非工程措施建設(shè)，山西省共建設(shè)自動雨量站1 612個，簡易雨量站8 092個，自動水位站374個，簡易水位站347個，自動雨量水位站119個；鄉(xiāng)級預(yù)警站點1 116個，村級預(yù)警點10 238個；建設(shè)縣級預(yù)警平臺115套；在115縣開展群測群防體系建設(shè)，全省共編制縣級山洪災(zāi)害防御預(yù)案115個、鄉(xiāng)級預(yù)案1 758個、村級預(yù)案13 033個，山西省山洪災(zāi)害非工程體系基本建成。

3.2 較為完整的基礎(chǔ)資料和可靠的水文算法

2010年省水利廳重新修訂了《山西省水文計算手冊》，提出了雙曲正切模型的設(shè)計洪水計算方法，制作了標(biāo)準(zhǔn)歷時的暴雨圖集和下墊面圖集。此外，通過山西省河湖普查，查明了山西省所有河流水系的分布狀況和河流特征值，為開展山洪災(zāi)害的動態(tài)預(yù)警提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。水文基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化處理，計算方法的簡單易操作，為實現(xiàn)山洪災(zāi)害的規(guī)?；幚硖峁┝丝煽康囊罁?jù)。

4 山洪災(zāi)害動態(tài)預(yù)測預(yù)警軟件系統(tǒng)設(shè)計

4.1 數(shù)據(jù)庫連接功能

山西省已經(jīng)建立的數(shù)據(jù)庫包括實時雨水情數(shù)據(jù)庫和山洪災(zāi)害調(diào)查評價數(shù)據(jù)。在進行動態(tài)預(yù)警設(shè)計中需新建預(yù)測預(yù)警方案庫和實時預(yù)報方案庫。系統(tǒng)能夠?qū)崟r連接這些數(shù)據(jù)庫，讀取相應(yīng)數(shù)據(jù)內(nèi)容。

4.2 軟件系統(tǒng)流程

軟件系統(tǒng)流程包括：增加控制斷面位置及其縱橫斷面數(shù)據(jù)；自動生成不同時段、不同頻率的設(shè)計點暴雨、設(shè)計面暴雨和不同頻率設(shè)計洪峰流量、水位，成果存儲入庫作為預(yù)案庫；自動生成流域分布式水文模型模塊；輸入暴雨洪水資料，自動生成歷史洪水模擬庫及其參數(shù)庫；根據(jù)控制斷面和防災(zāi)對象之間關(guān)系，建立水位預(yù)警；防災(zāi)對象基本屬性。

4.3 底層封裝數(shù)據(jù)

根據(jù)《山西省水文計算手冊》，軟件系統(tǒng)中需封裝的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括暴雨圖集、下墊面圖集、土壤質(zhì)地數(shù)據(jù)、土地利用類型數(shù)據(jù)、DEM數(shù)據(jù)和斷面數(shù)據(jù)。

4.4 底層封裝模型

在軟件中需封裝的水文模型暴力雙曲正切模型、雙超模型、SWⅠ模型和馬斯京根模型進行河道洪水演進模型。

4.5 系統(tǒng)功能

對實時雨水情庫進行簡單的查詢功能，參考現(xiàn)有實時雨水情庫；對山洪災(zāi)害調(diào)查評價基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、成果進行簡單的查詢管理功能；任意斷面進行分析評價形成預(yù)案功能；任意控制斷面采用實時雨水情進行雙曲正切模型預(yù)警與雙超模型預(yù)報功能，形成自動預(yù)報（斷面包括所有的水位、水文站點，即能夠?qū)崟r進行數(shù)據(jù)更新）；防災(zāi)對象災(zāi)情評估功能，對象屬于控制斷面或?qū)ο笊嫌斡锌刂茢嗝?，可通過水位對防災(zāi)對象進行預(yù)警；可以形成簡報，通過簡單編輯可發(fā)送郵件、短信、彩信功能。

4.6 預(yù)期效果

該軟件系統(tǒng)可以設(shè)定任意點作為預(yù)測預(yù)警控制斷面開展預(yù)測預(yù)警；根據(jù)實時雨水情自動計算設(shè)定好的控制斷面洪水預(yù)報結(jié)果；根據(jù)防災(zāi)對象情況和預(yù)測預(yù)報結(jié)果，形成用于上報、發(fā)布的預(yù)報方案和預(yù)警方案；對防災(zāi)對象根據(jù)需求進行任意圖層控制與顯示，形成專題圖。

5 結(jié)語

開展山洪災(zāi)害動態(tài)預(yù)測預(yù)警，實現(xiàn)了預(yù)警的動態(tài)化。山洪災(zāi)害靜態(tài)預(yù)警是以歷史暴雨情景為基本預(yù)案，及山洪災(zāi)害調(diào)查評價成果在集入縣級平臺之后可以任意查詢危險村不同暴雨頻率下的山洪災(zāi)害情況，進行災(zāi)情評估。實現(xiàn)山洪災(zāi)害動態(tài)預(yù)警后，首先應(yīng)對實時雨情進行評估，計算其重現(xiàn)期；然后通過實時雨量—洪水模擬計算，得到對應(yīng)防洪對象的洪峰情況，評估可能來水的重現(xiàn)期；最后根據(jù)沿河村落居民戶分布情況和山洪災(zāi)害斷面測量情景，進行災(zāi)情評估與預(yù)演。通過建立縣、市和省三級動態(tài)預(yù)測預(yù)警，極大地提高山洪災(zāi)害的預(yù)見期，減少山洪災(zāi)害損失，使決策風(fēng)險降低。

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李劍利（1985-），女，2006年畢業(yè)于山西水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院水利水電工程建筑專業(yè)，助理工程師。

2016-07-08；

2016-08-14