黃高平，王甲生，程東兵

（安徽省池州市氣象局，安徽池州247000）

基于海綿城市建設(shè)的自動雨量監(jiān)測站網(wǎng)建設(shè)探討
——以試點城市池州為例＊

黃高平，王甲生，程東兵

（安徽省池州市氣象局，安徽池州247000）

根據(jù)海綿城市建設(shè)試點城市——池州市的建設(shè)需求，分析池州市自動雨量監(jiān)測站網(wǎng)的情況，探討城市示范區(qū)新建站點的布設(shè)，明確布點區(qū)域、站網(wǎng)密度、站點數(shù)量，科學(xué)選址。通過分析建設(shè)過程中存在的實際問題，提出建設(shè)站網(wǎng)工作中需要注意的主要內(nèi)容，具體包括制訂建設(shè)規(guī)劃、編制經(jīng)費預(yù)算、優(yōu)選儀器設(shè)備、規(guī)范觀測場地及儀器安裝和落實運行維護措施等，以期為城市自動雨量監(jiān)測站網(wǎng)的選址和建設(shè)提供技術(shù)參考。

海綿城市；雨量監(jiān)測；站點布設(shè)；站網(wǎng)建設(shè)

隨著海綿城市建設(shè)進程的不斷加快，城市內(nèi)澇現(xiàn)象和城市降雨量監(jiān)測已成為相關(guān)部門關(guān)注的重點[1]。作為國家海綿城市建設(shè)第一批試點城市——池州市，自2015年建設(shè)以來，已在提升城市系統(tǒng)功能工程措施方面取得一定的進展，現(xiàn)著手在非工程措施方面穩(wěn)步跟進，以加快建設(shè)城市內(nèi)澇監(jiān)測預(yù)警預(yù)報系統(tǒng)。城市加密自動雨量監(jiān)測站網(wǎng)建設(shè)工程由此應(yīng)運而生。自動雨量監(jiān)測站網(wǎng)是城市內(nèi)澇監(jiān)測預(yù)警預(yù)報系統(tǒng)的重要組成部分，它可以實時監(jiān)測降水情況，通過通信網(wǎng)絡(luò)將實時雨量信息傳至預(yù)警平臺，預(yù)警平臺處理雨量信息后，根據(jù)城市的防災(zāi)特點，自動分析本地降水和上游來水可能造成的危害[2]，為決策機構(gòu)提供城市積水信息，為市政排水調(diào)度管理機構(gòu)提供數(shù)據(jù)支持，為海綿城市設(shè)施的合理運行、建設(shè)項目的效果評估提供準(zhǔn)確的氣象數(shù)據(jù)支持。因此，建設(shè)和完善自動雨量監(jiān)測站網(wǎng)尤為重要。本文基于池州市海綿城市建設(shè)，從自動雨量監(jiān)測站網(wǎng)現(xiàn)狀入手，以示范區(qū)為重點，遵循科學(xué)合理、經(jīng)濟可行、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、運行正常的原則，探討建設(shè)過程中可能存在的問題和注意事項，以期為規(guī)劃和建設(shè)城市自動雨量監(jiān)測站網(wǎng)提供技術(shù)參考。

1 監(jiān)測區(qū)域和監(jiān)測站網(wǎng)現(xiàn)狀

1.1 監(jiān)測區(qū)域

池州市位于安徽省西南部、長江下游南岸，是典型的沿江中小城市，其主城區(qū)水系發(fā)達(dá)，水面寬闊，水域面積占中心城區(qū)面積的11.7%；城東有平天湖鑲嵌其中，城西有白洋河環(huán)繞入江，城南有清溪河穿城而過，城北有長江不息東流，整體呈現(xiàn)為“城在山水中，山水在城中”的城市格局。由于池州市地處亞熱帶北緣及地形地貌等原因，在每年的多雨季節(jié)，降水強度大、持續(xù)時間長，極易形成城市內(nèi)澇，因此，主城區(qū)歷來是防御內(nèi)澇工作的主戰(zhàn)場，也是自動雨量監(jiān)測站網(wǎng)的必要監(jiān)測區(qū)域。根據(jù)《池州海綿城市建設(shè)項目規(guī)劃設(shè)計導(dǎo)則》，池州海綿城市建設(shè)示范區(qū)以老城區(qū)、天堂湖新區(qū)為基礎(chǔ)，逐漸向四周輻射。由此可見，監(jiān)測區(qū)域應(yīng)重點針對示范區(qū)，同時，也應(yīng)考慮示范區(qū)外圍及城市的周邊地帶。

1.2 監(jiān)測站網(wǎng)現(xiàn)狀與需求

池州市自動雨量監(jiān)測站網(wǎng)建設(shè)起步于2009年，當(dāng)時，根據(jù)中小尺度災(zāi)害性天氣預(yù)警氣象服務(wù)的需要，為了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟社會發(fā)展、增強氣象監(jiān)測手段和提高氣象服務(wù)能力，池州氣象部門積極爭取當(dāng)?shù)卣闹С郑谑杏虺青l(xiāng)內(nèi)共投資建設(shè)了96個除國家級地面氣象觀測站外的區(qū)域氣象觀測站，各區(qū)域站平均站間距在15 km左右，觀測項目至少包括降水量氣象要素，基本滿足鄉(xiāng)鎮(zhèn)精細(xì)化天氣預(yù)報需要和積累氣候資料的需要。同時，為了提高城市氣象服務(wù)水平，特別是短時臨近預(yù)報服務(wù)，按照網(wǎng)格尺度布點規(guī)劃，在城區(qū)已有1個國家氣象觀測站的基礎(chǔ)上，于城郊地帶投資建設(shè)了平天湖、濱湖學(xué)校、機場等3個四要素區(qū)域氣象觀測站。顯然，這些建成的站點主要面向城區(qū)周邊湖庫區(qū)域和江河流域等，城區(qū)內(nèi)僅有的一個氣象觀測站難以滿足目前海綿城市的建設(shè)需求。隨著海綿城市建設(shè)的推進，已經(jīng)建設(shè)的站點存在站網(wǎng)布局和密度不均勻、精細(xì)化監(jiān)測力度不夠等問題，它們?nèi)找嫱伙@，與海綿城市的建設(shè)需求還有比較大的差距。針對這種狀況，池州氣象部門積極配合海綿城市建設(shè)主管部門重新規(guī)劃城市雨量監(jiān)測站網(wǎng)，增加空間分布密度，實現(xiàn)對降水的實時、連續(xù)監(jiān)測，以提高雨量監(jiān)測的準(zhǔn)確性，為城市內(nèi)澇監(jiān)測預(yù)警預(yù)報系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支持。

2 新建站網(wǎng)布設(shè)

2.1 確定布點區(qū)域

新建自動雨量監(jiān)測站網(wǎng)主要是為城市內(nèi)澇預(yù)警預(yù)報服務(wù)的。由于城市各區(qū)域內(nèi)地形地貌不同，城市排水設(shè)施參差不一，當(dāng)遭遇強降水或連續(xù)性降水時，各處的內(nèi)澇程度也不相同。因此，在新建站網(wǎng)規(guī)劃前，有必要進行城市內(nèi)澇的風(fēng)險調(diào)查分析，針對具體風(fēng)險級別程度、歷史受災(zāi)情況和當(dāng)前實際狀況科學(xué)確定布點區(qū)域。事實上，隨著城市建設(shè)的發(fā)展，城市內(nèi)澇區(qū)域是不斷變動的，原來的易澇區(qū)或由于舊城改造排澇標(biāo)準(zhǔn)提高，或由于整治河道貫通水系等工程措施減輕了強降水對城區(qū)的壓力，內(nèi)澇風(fēng)險減少或消失，比如主城區(qū)長江南路煙柳園以南沿湖地帶，昔日的最佳“城市看?！秉c已成為歷史。而一些原來不曾積澇或內(nèi)澇風(fēng)險的區(qū)域，由于人口集聚、過度開發(fā)，地形地貌發(fā)生改變，形成新的內(nèi)澇點。因此，要開展易澇點的實地調(diào)查和研究，圈定易發(fā)內(nèi)澇點，劃分高風(fēng)險區(qū)域，對應(yīng)確定布點區(qū)域。

2.2 確定站網(wǎng)密度和站點數(shù)量

依照中國氣象局綜合觀測司《關(guān)于印發(fā)〈區(qū)域氣象觀測站建設(shè)指導(dǎo)意見〉的通知》（氣發(fā)〔2008〕123號），城市城區(qū)內(nèi)的區(qū)域站應(yīng)根據(jù)該城市年降水量、人口以及災(zāi)害發(fā)生的特點和公共服務(wù)的需要確定自動觀測要素的項目和站點的位置，平均間距應(yīng)小于10 km，重點地區(qū)可以達(dá)到1～5 km。結(jié)合池州市海綿城市建設(shè)實際情況和監(jiān)測密度要求，在原有區(qū)域站網(wǎng)基礎(chǔ)上布設(shè)，可遵循密度恰當(dāng)、分布合理的原則確定站點的具體數(shù)量，這不僅關(guān)系著系統(tǒng)建設(shè)的規(guī)模和投資，還關(guān)系著雨情的預(yù)報精度、防洪調(diào)度的科學(xué)合理性及系統(tǒng)的運行和維護[2-3]?；诔刂菔泻＞d城市建設(shè)示范區(qū)，北至昭沿江路—清風(fēng)路，南至永明路，東到九華大道—石城大道—長江南路，西到白洋路—黃公路，總面積約18.50 km2，可落實籌建6個新的自動雨量監(jiān)測站點，這些新建站點與現(xiàn)有的城區(qū)國家級氣象站點和周邊區(qū)域站點可保持5 km以下距離的網(wǎng)格布局。

2.3 科學(xué)布設(shè)新建站點

自動雨量監(jiān)測站網(wǎng)地址的選擇必須講求科學(xué)性和合理性，充分考慮地形地貌、站點密度、氣候多樣性等因素，依據(jù)中小尺度天氣系統(tǒng)的典型空間和時間尺度特征，結(jié)合當(dāng)?shù)靥鞖鈿夂蛱卣?、人口密度情況和布局原則，選址盡量位于海綿城市建設(shè)示范區(qū)。在此要注意地形和地面障礙物的影響及城市空間要素（建筑、道路、部件設(shè)施等）的約束，站址周圍應(yīng)平坦空曠，有良好的采光條件，以確保自動站的太陽能供電。另外，選址地段的移動信號要強，避開變電站、高壓電線等電磁干擾比較強的區(qū)域，確保通訊暢通；避免建設(shè)在陡坡、洼地或鄰近有叢林、鐵路、公路、工礦、煙囪、高大建筑物的地方[4]，盡量布置在城市的重點交通樞紐、重點地段或積水源頭，比如市中心廣場、長江北路、長江南路、站前區(qū)、三臺山等地，以滿足“重點監(jiān)測、均勻分布”的要求。同時，布點位置要兼顧通信、交通條件，避開雷區(qū)，兼顧設(shè)備安全，盡量選在固定的場所，比如校園、工廠、單位等地大院內(nèi)，避免頻繁遷移。

3 站網(wǎng)建設(shè)及注意事項

3.1 制訂建設(shè)規(guī)劃

城市自動雨量監(jiān)測站網(wǎng)建設(shè)主要包括站點建設(shè)和組網(wǎng)建設(shè)。氣象部門作為建設(shè)單位，第一項工作是根據(jù)規(guī)劃的站網(wǎng)布局原則、站點觀測要素設(shè)置原則、站網(wǎng)觀測要素布局原則等制訂建設(shè)目標(biāo)規(guī)劃。在此框架下，根據(jù)制定的站網(wǎng)建設(shè)目標(biāo)確定儀器設(shè)施購置、儀器備件購置、基礎(chǔ)設(shè)施工程的規(guī)模，編制儀器設(shè)施需求計劃、備品備件需求計劃、基礎(chǔ)設(shè)施工程計劃，規(guī)范站點選址、設(shè)備選型、基礎(chǔ)設(shè)施、儀器安裝、組網(wǎng)傳輸、質(zhì)量控制、資料歸檔和運行保障等建設(shè)事項，確保監(jiān)測資料的代表性、準(zhǔn)確性、比較性，充分發(fā)揮新建站網(wǎng)的建設(shè)效益。

3.2 編制經(jīng)費預(yù)算

為了確保自動雨量監(jiān)測站網(wǎng)的建設(shè)質(zhì)量及其長期穩(wěn)定運行，需編制包括儀器設(shè)施經(jīng)費、運行維持經(jīng)費、技術(shù)保障經(jīng)費在內(nèi)的站網(wǎng)建設(shè)經(jīng)費預(yù)算，將其列入地方財政計劃或海綿城市建設(shè)配套設(shè)施專項經(jīng)費預(yù)算中。其具體包括：站網(wǎng)規(guī)劃編制費、站網(wǎng)建設(shè)經(jīng)費、年度運行維持經(jīng)費、年度技術(shù)保障經(jīng)費和其他費用。站網(wǎng)規(guī)劃編制費應(yīng)包括站網(wǎng)規(guī)劃、城市內(nèi)澇點的普查、風(fēng)險分析、區(qū)劃和評估所需的一次性經(jīng)費；站網(wǎng)建設(shè)經(jīng)費應(yīng)包括自動雨量監(jiān)測站儀器設(shè)備購置費，備份儀器設(shè)備購置費，附屬設(shè)施購置費、現(xiàn)場安裝費、電源接入費、防雷工程費和場地征用、必要的交通工具等一次性經(jīng)費；年度運行維持經(jīng)費應(yīng)包括數(shù)據(jù)傳輸費、場地租用費和人員看護、場地設(shè)施維護、儀器維護、交通等經(jīng)費；年度技術(shù)保障經(jīng)費應(yīng)包括現(xiàn)場標(biāo)校費、現(xiàn)場維修費、計量標(biāo)校費和增加的備品備件購置等經(jīng)費。

3.3 優(yōu)選儀器設(shè)備

儀器設(shè)備的可用性和穩(wěn)定性是獲取氣象觀測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的重要保障。根據(jù)規(guī)劃建設(shè)方案，兼顧海綿城市建設(shè)對天氣系統(tǒng)的監(jiān)測和預(yù)報需求，自動雨量監(jiān)測站網(wǎng)建設(shè)應(yīng)明確近期建設(shè)規(guī)劃和長遠(yuǎn)發(fā)展規(guī)劃，并擬定逐步實施方案。近期新建監(jiān)測站至少要包括降水量和氣溫2個要素，等到條件成熟后，逐漸向四要素和六要素區(qū)域自動氣象站過渡。因此，在實際工作中，要根據(jù)監(jiān)測站點對未來氣象要素的實際需求，盡量選擇氣象要素可擴展型的數(shù)據(jù)采集器，力爭發(fā)揮長期最佳投資效益。同時，在儀器設(shè)備選型過程中，要注重生產(chǎn)廠商的技術(shù)支持能力、后續(xù)服務(wù)能力和價格成本因素，所購置的自動雨量監(jiān)測站儀器設(shè)備的可用性和穩(wěn)定性必須滿足后續(xù)業(yè)務(wù)的發(fā)展要求。在優(yōu)選設(shè)備儀器中，應(yīng)確定儀器設(shè)施購置、儀器備件購置、基礎(chǔ)設(shè)施工程的規(guī)模，選定設(shè)備的結(jié)構(gòu)、功能、測量、供電、防雷、環(huán)境適應(yīng)性等技術(shù)指標(biāo)和安全性、可靠性、可維性、功耗等應(yīng)用指標(biāo)，需滿足有關(guān)自動氣象站功能規(guī)格書的要求，需取得中國氣象局頒發(fā)的設(shè)備使用許可證，需能實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)的組網(wǎng)上傳。

3.4 規(guī)范觀測場地和儀器安裝

觀測場地的標(biāo)準(zhǔn)化和儀器設(shè)施布置在很大程度上影響著觀測儀器的使用效果和監(jiān)測質(zhì)量。根據(jù)《地面氣象觀測規(guī)范》對觀測場地的要求，自動雨量監(jiān)測站的觀測場地應(yīng)盡量達(dá)到南北長6 m、東西寬4 m的面積，確因條件限制，也要滿足降水氣象要素對探測環(huán)境的最低要求。觀測資料的地域代表性主要取決于探測環(huán)境和下墊面，因此，自動雨量監(jiān)測站應(yīng)設(shè)置在地面并保持自然平整的觀測場地上?？紤]到觀測數(shù)據(jù)與氣象臺站、區(qū)域站的資料同化、共享應(yīng)用，雨量傳感器不宜設(shè)置在建筑物上面，不宜安裝在風(fēng)桿、風(fēng)塔或屋頂上。對于安裝在地面的雨量傳感器，需單獨制作混凝土基礎(chǔ)，基礎(chǔ)頂面尺寸為35 cm×35 cm；承水器口緣距觀測場地面的高度為70 cm，高度不足部分用水泥基礎(chǔ)（或支架）墊齊；采用立柱方式的雨量傳感器，需調(diào)整立柱高度，保證承水器口緣為距觀測場地面70 cm。

3.5 落實運行維護措施

自動雨量監(jiān)測站一般布置在室外，無人值守，受環(huán)境的影響比較大，雨量采集器時常被植物葉片和泥土堵塞，降水采集數(shù)據(jù)容易失真。由于組網(wǎng)采用的是無線通訊，移動信號的強弱和工作穩(wěn)定性決定了觀測數(shù)據(jù)是否正常傳輸，因此，在建成后的日常使用過程中很容易出現(xiàn)各類故障。針對這些情況，氣象部門應(yīng)制訂站網(wǎng)的運行維護管理辦法，明確運行管理職責(zé)和日常維護職責(zé)，配備技術(shù)維護人員定期維修維護儀器設(shè)備，定期檢查觀測儀器，并進行現(xiàn)場標(biāo)校，制訂對雨量傳感器至少每月進行一次現(xiàn)場（對比或校驗）標(biāo)校的方法；規(guī)定對站網(wǎng)進行現(xiàn)場檢查維護的時間、項目、標(biāo)準(zhǔn)，確保儀器設(shè)備的穩(wěn)定運行和場地設(shè)施狀態(tài)的完好。

4 結(jié)束語

海綿城市建設(shè)是一項系統(tǒng)工程，需要多方面、多部門共同協(xié)作，氣象部門的作用不可忽視。建設(shè)城市加密自動雨量監(jiān)測站網(wǎng)是國內(nèi)對城市建設(shè)和發(fā)展提出的新要求，是當(dāng)前各地海綿城市建設(shè)的重頭戲。在實際工作中，氣象部門要積極爭取將自動氣象監(jiān)測站網(wǎng)建設(shè)納入海綿城市建設(shè)配套項目中，科學(xué)選址布點，充分發(fā)揮新建站網(wǎng)的建設(shè)效益，搞好精細(xì)化降水監(jiān)測，為開展城市內(nèi)澇風(fēng)險預(yù)報預(yù)警、防治城市內(nèi)澇災(zāi)害提供數(shù)據(jù)參考和更加精準(zhǔn)、高效的氣象保障服務(wù)。

［1］靖常峰，魏海洋，戴培培，等.空間核密度的城市域雨量監(jiān)測計選址方法［J］.測繪科學(xué)，2015，40（6）：106-109.

［2］汪勝君.安徽池州市貴池區(qū)山洪監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)站點布設(shè)及應(yīng)用［J］.中國防汛抗旱，2013（6）：60-61.

［3］李偉珮，張誠，李全勝，等.遙測雨量站網(wǎng)的布設(shè)與合理性論證［J］.水利水文自動化，2009（3）：41-43.

［4］中國氣象局.地面氣象觀測規(guī)范［M］.北京：氣象出版社，2003.

P208；P412.13

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.18.040

2095－6835（2017）18－0040－03

黃高平（1963—），男，工程師，主要從事氣象探測和應(yīng)用氣象服務(wù)研究工作。

〔編輯：白潔〕

安徽省氣象局2017年度新技術(shù)集成項目“池州市‘海綿城市’重點區(qū)氣象服務(wù)”（編號:AHXJ201715）