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)活動對于氣候的影響較大，一些比較極端的相關(guān)天氣事件近年來日漸增多,山洪災(zāi)害在我國一些地區(qū)頻發(fā)，不僅損失較為嚴(yán)重，而且會影響正常的生產(chǎn)和生活秩序。通過技術(shù)手段監(jiān)測并對山洪災(zāi)害進行預(yù)警預(yù)報，可以更好促進山洪災(zāi)害預(yù)防能力的提升，推動山區(qū)相關(guān)建設(shè)，穩(wěn)定人們的生產(chǎn)和生活。文章對山洪相關(guān)特性特別是預(yù)警預(yù)報技術(shù)的特點進行了分析，介紹了現(xiàn)階段國內(nèi)外在這一領(lǐng)域主流的技術(shù)方法，對我國相關(guān)工作的開展現(xiàn)狀和相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用進行了探討。

關(guān)鍵詞：山洪監(jiān)測；預(yù)報技術(shù)；研究應(yīng)用；預(yù)報模型；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)濟損失和人員傷亡較為嚴(yán)重，對于山區(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，較難實現(xiàn)根治，加強相關(guān)的監(jiān)測和預(yù)警預(yù)報工作不僅可以降低經(jīng)濟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，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)研究開展較多，其他國家也在致力于對山洪監(jiān)測預(yù)警預(yù)報技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用，以達到減少災(zāi)害的目的?，F(xiàn)階段國內(nèi)外相關(guān)的技術(shù)主要是預(yù)測或者判別山洪的具體危險與威脅程度，區(qū)分山洪易發(fā)區(qū)的危險等級，并利用先進的監(jiān)測技術(shù)結(jié)合先進的預(yù)報技術(shù)對山洪發(fā)生時間以及相關(guān)的危害程度進行預(yù)警預(yù)報。

2.1預(yù)測與判別危險性

通常來講，山洪災(zāi)害具有嚴(yán)重的危險性，其危險性的預(yù)測與判別技術(shù)是以既往山洪災(zāi)害頻發(fā)調(diào)查的基礎(chǔ)上進行的，需要結(jié)合氣候、水文等所有相關(guān)因素，對山洪災(zāi)害相關(guān)的類型以及程度和影響范圍等情況進行分析，并結(jié)合相關(guān)情況對危險區(qū)進行劃定，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)階段我國主要是根據(jù)山洪存在的特點，充分利用其臨界雨量系數(shù)等重要因素來判別出因降雨而誘發(fā)的山洪，并對其實際易發(fā)程度的主要指標(biāo)進行劃分。一般來講，臨界降雨系數(shù)指的就是某一時段的暴雨均值和相同時段存在的相關(guān)臨界雨量之間的系數(shù)比例。結(jié)合全國臨界雨量存在的實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，對臨界降雨系數(shù)進行綜合分析和測算并對國內(nèi)山洪災(zāi)害相關(guān)的易發(fā)區(qū)實際等級進行確定，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)果對我國相關(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，針對山洪災(zāi)害影響的地區(qū)劃分為重點防治區(qū)以及一般防治區(qū)，便于根據(jù)情況重點進行防治[2]。

2.2相關(guān)預(yù)警預(yù)報技術(shù)

在山洪預(yù)警與預(yù)報工作中，水文氣象和徑流模型等因素是進行山洪預(yù)警的主要相關(guān)依據(jù)。預(yù)見期短、流速快和資料短缺等多種特點是山洪災(zāi)害出現(xiàn)時較為常見的特性，這些特性決定了山洪預(yù)報的相關(guān)工作具有較為突出的特殊性。在當(dāng)前階段，國內(nèi)外存在比較常見的3種方法是作為山洪預(yù)警預(yù)報中的主要手段：臨界雨量法、預(yù)報模型法、山洪經(jīng)驗預(yù)報法。

2.2.1臨界雨量法

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

降雨總量以及降雨強度還有流域中的土壤飽和度等眾多因素對山洪流量的大小都會產(chǎn)生直接影響。如果土壤相對干燥，降下的雨水基本上都會下滲，這樣就會使地表徑流變??；若土壤比較濕潤，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，需要充分結(jié)合山洪實際發(fā)生情況與防治區(qū)內(nèi)存在的中小流域的實際土壤的實際飽和情況[3]。

2.2.2預(yù)報模型法

在山洪預(yù)報中，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)報模型，并采取相應(yīng)的預(yù)報方法。主要的預(yù)報模型與方法包括：A、預(yù)報降雨徑流方法B、區(qū)域內(nèi)流域水文模型C、統(tǒng)計回歸模型D、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型等。

2.2.3相關(guān)的經(jīng)驗預(yù)報法

根據(jù)檢測的河流上下游實際水位情況，通過與歷史水位和相關(guān)水流量資料綜合對區(qū)域內(nèi)的水流量情況進行分析。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際情況進行整理與應(yīng)用，根據(jù)流域內(nèi)的觀測資料和降雨總量情況，建立山洪預(yù)警預(yù)報方案。

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年達到447.2 mm，日降雨量最大值在1984年5月31日達到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，通過對該縣兩個村的降水時程分布進行分析，在2013年7月14日降水量統(tǒng)計如圖1～2所示。

圖1　固村站2013年7月14日降雨過程分布

圖2　長勝站2013年7月14日降雨過程分布

通過臨界雨量法和預(yù)警模型法，對該縣未來幾天的山洪爆發(fā)可能做出判斷，經(jīng)過結(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)部分及時判斷出該地區(qū)水文監(jiān)測情況，并采用經(jīng)驗預(yù)報法、水文回歸統(tǒng)計方式以及水文模型等相關(guān)方法，及時對洪水臨界雨量進行分析預(yù)測，從而及時采取防護措施，實現(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)報模型與方法選擇

3.1選擇原則

對于山洪相關(guān)預(yù)警預(yù)報模型及其方法的選擇要考慮到：①流域具體特性；②預(yù)報方面的要素；③預(yù)報相關(guān)的時效以及精度要求；④相關(guān)歷史資料；⑤在實際作業(yè)預(yù)報時可以實際得到的實時資料?！皩嵱每煽俊⒓夹g(shù)先進”是選用的具體原則。

3.2選擇步驟

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

1)對資料的收集工作?；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，綜合對典型暴雨洪水的場次方面的相關(guān)資料對流域降雨徑流關(guān)系以及產(chǎn)匯流等方面的特征參數(shù)進行分析。

2)匯流時間確定。依照適當(dāng)方法并參照《水利水電工程設(shè)計洪水計算手冊》等資料。若條件允許，可利用分布式水文模型進行相關(guān)的分析計算獲得暴雨山洪實際的響應(yīng)時間，作為實際預(yù)警時間。集水面積比較小的流域，對應(yīng)的預(yù)警響應(yīng)時間較短，采用水文模型預(yù)報，沒有足夠的時間可供預(yù)警以及開展避險轉(zhuǎn)移工作，所以預(yù)警就會喪失應(yīng)用價值，反之通常不會出現(xiàn)相關(guān)問題(特殊情況除外)。

3)預(yù)報模型和方法選取。根據(jù)實際匯流時間選擇預(yù)報模型，該區(qū)域匯流時間<1 h，因此選擇臨界雨量預(yù)警方法比較實用。若匯流實際時間>1 h，有5 a以上相關(guān)雨量和流量等歷史觀測資料的流域，適宜選用降雨徑流圖法或者是相關(guān)的經(jīng)驗單位線法等模型及方法。若匯流時間>1 h，那么即便具備了雨量和水位觀測資料，但因為缺乏流量資料，水位流量關(guān)系相關(guān)曲線不能很好的建立起來的流域，適宜應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型和其他多元回歸統(tǒng)計模型等對水位與雨量之間存下的關(guān)系進行建立，并直接預(yù)報水位情況。如果存在的條件對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)報模型中，存在地理參數(shù)與過程參數(shù)兩大類型。參數(shù)相關(guān)的率定方法也有人工試錯法以及自動優(yōu)選法。對于缺乏觀測數(shù)據(jù)與相關(guān)資料的流域，需要充分利用水文比擬法對該區(qū)域相關(guān)的觀測資料進行延展性分析工作，資料逐步完善后對相關(guān)方案再行修訂。

4總結(jié)

綜上所述，山洪預(yù)警預(yù)報技術(shù)作為一種對天災(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)報技術(shù)，能夠提前發(fā)現(xiàn)災(zāi)害現(xiàn)象，并及時做出躲避行為或者預(yù)防措施，保證人們的生命財產(chǎn)安全不受損害。本文對山洪預(yù)警預(yù)報技術(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)報技術(shù)的發(fā)展提供有力參考。

參考文獻：

[1]周金星，王禮先，謝寶元，等.山洪泥石流災(zāi)害預(yù)報預(yù)警技術(shù)述評[J].山地學(xué)報，2001，19(06)：527-532.

[2]李中平,張明波.全國山洪災(zāi)害防治規(guī)劃降雨區(qū)劃研究[J].水資源研究,2005，26(02)：32-34.

[3]梁家志,劉志雨.中小河流山洪監(jiān)測與預(yù)警預(yù)測技術(shù)研究[M].北京:科學(xué)出版社,2010：62-64.

[4]郭良,唐學(xué)哲,孔凡哲.基于分布式水文模型的山洪災(zāi)害預(yù)警預(yù)報系統(tǒng)研究及其應(yīng)用[J].中國水利,2007(14)：23-41.

文章編號：1007-7596(2016)02-0117-03

[收稿日期]2015-10-28

[作者簡介]高云(1989-)，男，江西會昌人，工程師，研究方向為水文水資源；李慶林(1961-)，男，江西石城人，工程師，研究方向為水文水資源。

中圖分類號：P338.6

文獻標(biāo)識碼：B