山洪預警預報技術研究與應用

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)

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山洪預警預報技術研究與應用

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：人類的生活和生產活動對于氣候的影響較大，一些比較極端的相關天氣事件近年來日漸增多,山洪災害在我國一些地區頻發，不僅損失較為嚴重，而且會影響正常的生產和生活秩序。通過技術手段監測并對山洪災害進行預警預報，可以更好促進山洪災害預防能力的提升，推動山區相關建設，穩定人們的生產和生活。文章對山洪相關特性特別是預警預報技術的特點進行了分析，介紹了現階段國內外在這一領域主流的技術方法，對我國相關工作的開展現狀和相關技術的應用進行了探討。

關鍵詞：山洪監測；預報技術；研究應用；預報模型；方法選擇

1概述

文中所指山洪災害均是山丘地區因出現大量降雨或者融雪等情況而導致的洪水爆發、泥石流和滑坡等天災。我國由于所處季風區以及山區地形地貌還有人民群眾生產生活等方面的原因，山洪災害較多，經濟損失和人員傷亡較為嚴重，對于山區環境和正常的生產生活秩序影響較大。山洪災害由于其成因以及偶發性等特點，較難實現根治，加強相關的監測和預警預報工作不僅可以降低經濟損失和較少人員傷亡，而且可以更好的研究山洪災害的相關規律尋求較好的防治方法，是現階段最為有效和可行的方法。

2相關技術發展研究現狀

山洪災害具有偶發性等特點，較難防治，一旦發生災害，相關損失又較為嚴重，世界范圍內都較為關注，相關研究開展較多，其他國家也在致力于對山洪監測預警預報技術的研發與應用，以達到減少災害的目的。現階段國內外相關的技術主要是預測或者判別山洪的具體危險與威脅程度，區分山洪易發區的危險等級，并利用先進的監測技術結合先進的預報技術對山洪發生時間以及相關的危害程度進行預警預報。

2.1預測與判別危險性

通常來講，山洪災害具有嚴重的危險性，其危險性的預測與判別技術是以既往山洪災害頻發調查的基礎上進行的，需要結合氣候、水文等所有相關因素，對山洪災害相關的類型以及程度和影響范圍等情況進行分析，并結合相關情況對危險區進行劃定，可以更好的為政府和人民群眾提供相關參考，起到預警作用[1]。

現階段我國主要是根據山洪存在的特點，充分利用其臨界雨量系數等重要因素來判別出因降雨而誘發的山洪，并對其實際易發程度的主要指標進行劃分。一般來講，臨界降雨系數指的就是某一時段的暴雨均值和相同時段存在的相關臨界雨量之間的系數比例。結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的值線圖，對臨界降雨系數進行綜合分析和測算并對國內山洪災害相關的易發區實際等級進行確定，高易發區為相關臨界降雨系數>1.2的地區，系數在1.0至1.2之間為中易發區，如果降雨系數<1.0則可視為山洪低易發區。歷史上出現的因暴雨而誘發發生的重大山洪災害，其相關區域需要根據實際的降雨量與降雨范圍而劃分成高易發降雨區域。并根據相關的結果對我國相關地區因降雨而導致的山洪災害程度制成災害程度分布圖，并結合山洪災害與降雨關系和與地形地質關系等因素，針對山洪災害影響的地區劃分為重點防治區以及一般防治區，便于根據情況重點進行防治[2]。

2.2相關預警預報技術

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

2.2.1臨界雨量法

該方法主要是依據過去時間段內發生山洪發生時對降雨情況相關的因素進行分析，并結合實際山洪形成條件，采取回歸統計方法和水文模型方式，對山洪爆發時的臨界雨量進行有效確定。對山洪實際發生可能性的判斷主要結合天氣預報與實際降水狀況進行綜合性分析，根據出現的臨界雨量或者存在的預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小；若土壤比較濕潤，水分下滲量小，相應的地表徑流就較大。確定山洪的臨界雨量指標時，需要充分結合山洪實際發生情況與防治區內存在的中小流域的實際土壤的實際飽和情況[3]。

2.2.2預報模型法

在山洪預報中，根據水位與流量等與山洪發生相關的不同要素和流域資料情況，結合不同情況選擇不同的山洪預報模型，并采取相應的預報方法。主要的預報模型與方法包括：A、預報降雨徑流方法B、區域內流域水文模型C、統計回歸模型D、人工神經網絡模型等。

2.2.3相關的經驗預報法

根據檢測的河流上下游實際水位情況，通過與歷史水位和相關水流量資料綜合對區域內的水流量情況進行分析。若該流域有相關的水文歷史資料則可根據歷史上本地區相關中小流域在相應的特大暴雨條件下實際情況進行整理與應用，根據流域內的觀測資料和降雨總量情況，建立山洪預警預報方案。

2.3相關案例

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，部分區域存在中山，全縣東西寬71.5 km，南北長117.2 km，屬于山區縣。該縣處于亞熱帶季風氣候，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，占據全年降雨量的50%左右，屬于洪災多發區域。

2013年7月，該地區降雨頻繁，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警模型法，對該縣未來幾天的山洪爆發可能做出判斷，經過結合地質特征、氣候風貌及近幾日的降水量分析，有相關部分及時判斷出該地區水文監測情況，并采用經驗預報法、水文回歸統計方式以及水文模型等相關方法，及時對洪水臨界雨量進行分析預測，從而及時采取防護措施，實現山洪預警，降低了發生山洪災害造成的損失。

3山洪預警預報模型與方法選擇

3.1選擇原則

對于山洪相關預警預報模型及其方法的選擇要考慮到：①流域具體特性；②預報方面的要素；③預報相關的時效以及精度要求；④相關歷史資料；⑤在實際作業預報時可以實際得到的實時資料。“實用可靠、技術先進”是選用的具體原則。

3.2選擇步驟

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

1)對資料的收集工作。基礎資料的收集是山洪預警中的重要工作，收集的資料主要包括基本地質、流量、氣象情況等，而工作方式即是收集資料、查勘、調研、整理和分析等。根據收集到的資料與查勘調研的內容，綜合對典型暴雨洪水的場次方面的相關資料對流域降雨徑流關系以及產匯流等方面的特征參數進行分析。

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

3)預報模型和方法選取。根據實際匯流時間選擇預報模型，該區域匯流時間<1 h，因此選擇臨界雨量預警方法比較實用。若匯流實際時間>1 h，有5 a以上相關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的經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，水位流量關系相關曲線不能很好的建立起來的流域，適宜應用神經網絡模型和其他多元回歸統計模型等對水位與雨量之間存下的關系進行建立，并直接預報水位情況。如果存在的條件對建立水位流量曲線有利的流域，能夠查得相關流量，適宜應用降雨徑流相關圖法以及經驗單位線法等相關的模型或方法。

3.3參數確定

在山洪預警預報模型中，存在地理參數與過程參數兩大類型。參數相關的率定方法也有人工試錯法以及自動優選法。對于缺乏觀測數據與相關資料的流域，需要充分利用水文比擬法對該區域相關的觀測資料進行延展性分析工作，資料逐步完善后對相關方案再行修訂。

4總結

綜上所述，山洪預警預報技術作為一種對天災的示警技術，有著重要的作用和意義。有效的山洪預警預報技術，能夠提前發現災害現象，并及時做出躲避行為或者預防措施，保證人們的生命財產安全不受損害。本文對山洪預警預報技術的應用做出了一定的研究，希望能夠對于山洪預警預報技術的發展提供有力參考。

參考文獻：

[1]周金星，王禮先，謝寶元，等.山洪泥石流災害預報預警技術述評[J].山地學報，2001，19(06)：527-532.

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

[3]梁家志,劉志雨.中小河流山洪監測與預警預測技術研究[M].北京:科學出版社,2010：62-64.

[4]郭良,唐學哲,孔凡哲.基于分布式水文模型的山洪災害預警預報系統研究及其應用[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

文獻標識碼：B