基于海綿城市建設的自動雨量監測站網建設探討
——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）

基于海綿城市建設的自動雨量監測站網建設探討
——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）

根據海綿城市建設試點城市——池州市的建設需求，分析池州市自動雨量監測站網的情況，探討城市示范區新建站點的布設，明確布點區域、站網密度、站點數量，科學選址。通過分析建設過程中存在的實際問題，提出建設站網工作中需要注意的主要內容，具體包括制訂建設規劃、編制經費預算、優選儀器設備、規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測站網的選址和建設提供技術參考。

海綿城市；雨量監測；站點布設；站網建設

隨著海綿城市建設進程的不斷加快，城市內澇現象和城市降雨量監測已成為相關部門關注的重點[1]。作為國家海綿城市建設第一批試點城市——池州市，自2015年建設以來，已在提升城市系統功能工程措施方面取得一定的進展，現著手在非工程措施方面穩步跟進，以加快建設城市內澇監測預警預報系統。城市加密自動雨量監測站網建設工程由此應運而生。自動雨量監測站網是城市內澇監測預警預報系統的重要組成部分，它可以實時監測降水情況，通過通信網絡將實時雨量信息傳至預警平臺，預警平臺處理雨量信息后，根據城市的防災特點，自動分析本地降水和上游來水可能造成的危害[2]，為決策機構提供城市積水信息，為市政排水調度管理機構提供數據支持，為海綿城市設施的合理運行、建設項目的效果評估提供準確的氣象數據支持。因此，建設和完善自動雨量監測站網尤為重要。本文基于池州市海綿城市建設，從自動雨量監測站網現狀入手，以示范區為重點，遵循科學合理、經濟可行、標準規范、運行正常的原則，探討建設過程中可能存在的問題和注意事項，以期為規劃和建設城市自動雨量監測站網提供技術參考。

1 監測區域和監測站網現狀

1.1 監測區域

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，其主城區水系發達，水面寬闊，水域面積占中心城區面積的11.7%；城東有平天湖鑲嵌其中，城西有白洋河環繞入江，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，降水強度大、持續時間長，極易形成城市內澇，因此，主城區歷來是防御內澇工作的主戰場，也是自動雨量監測站網的必要監測區域。根據《池州海綿城市建設項目規劃設計導則》，池州海綿城市建設示范區以老城區、天堂湖新區為基礎，逐漸向四周輻射。由此可見，監測區域應重點針對示范區，同時，也應考慮示范區外圍及城市的周邊地帶。

1.2 監測站網現狀與需求

池州市自動雨量監測站網建設起步于2009年，當時，根據中小尺度災害性天氣預警氣象服務的需要，為了當地經濟社會發展、增強氣象監測手段和提高氣象服務能力，池州氣象部門積極爭取當地政府的支持，在市域城鄉內共投資建設了96個除國家級地面氣象觀測站外的區域氣象觀測站，各區域站平均站間距在15 km左右，觀測項目至少包括降水量氣象要素，基本滿足鄉鎮精細化天氣預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水平，特別是短時臨近預報服務，按照網格尺度布點規劃，在城區已有1個國家氣象觀測站的基礎上，于城郊地帶投資建設了平天湖、濱湖學校、機場等3個四要素區域氣象觀測站。顯然，這些建成的站點主要面向城區周邊湖庫區域和江河流域等，城區內僅有的一個氣象觀測站難以滿足目前海綿城市的建設需求。隨著海綿城市建設的推進，已經建設的站點存在站網布局和密度不均勻、精細化監測力度不夠等問題，它們日益突顯，與海綿城市的建設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主管部門重新規劃城市雨量監測站網，增加空間分布密度，實現對降水的實時、連續監測，以提高雨量監測的準確性，為城市內澇監測預警預報系統提供數據支持。

2 新建站網布設

2.1 確定布點區域

新建自動雨量監測站網主要是為城市內澇預警預報服務的。由于城市各區域內地形地貌不同，城市排水設施參差不一，當遭遇強降水或連續性降水時，各處的內澇程度也不相同。因此，在新建站網規劃前，有必要進行城市內澇的風險調查分析，針對具體風險級別程度、歷史受災情況和當前實際狀況科學確定布點區域。事實上，隨著城市建設的發展，城市內澇區域是不斷變動的，原來的易澇區或由于舊城改造排澇標準提高，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的壓力，內澇風險減少或消失，比如主城區長江南路煙柳園以南沿湖地帶，昔日的最佳“城市看海”點已成為歷史。而一些原來不曾積澇或內澇風險的區域，由于人口集聚、過度開發，地形地貌發生改變，形成新的內澇點。因此，要開展易澇點的實地調查和研究，圈定易發內澇點，劃分高風險區域，對應確定布點區域。

2.2 確定站網密度和站點數量

依照中國氣象局綜合觀測司《關于印發〈區域氣象觀測站建設指導意見〉的通知》（氣發〔2008〕123號），城市城區內的區域站應根據該城市年降水量、人口以及災害發生的特點和公共服務的需要確定自動觀測要素的項目和站點的位置，平均間距應小于10 km，重點地區可以達到1～5 km。結合池州市海綿城市建設實際情況和監測密度要求，在原有區域站網基礎上布設，可遵循密度恰當、分布合理的原則確定站點的具體數量，這不僅關系著系統建設的規模和投資，還關系著雨情的預報精度、防洪調度的科學合理性及系統的運行和維護[2-3]。基于池州市海綿城市建設示范區，北至昭沿江路—清風路，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個新的自動雨量監測站點，這些新建站點與現有的城區國家級氣象站點和周邊區域站點可保持5 km以下距離的網格布局。

2.3 科學布設新建站點

自動雨量監測站網地址的選擇必須講求科學性和合理性，充分考慮地形地貌、站點密度、氣候多樣性等因素，依據中小尺度天氣系統的典型空間和時間尺度特征，結合當地天氣氣候特征、人口密度情況和布局原則，選址盡量位于海綿城市建設示范區。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、部件設施等）的約束，站址周圍應平坦空曠，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域，確保通訊暢通；避免建設在陡坡、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、三臺山等地，以滿足“重點監測、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，兼顧設備安全，盡量選在固定的場所，比如校園、工廠、單位等地大院內，避免頻繁遷移。

3 站網建設及注意事項

3.1 制訂建設規劃

城市自動雨量監測站網建設主要包括站點建設和組網建設。氣象部門作為建設單位，第一項工作是根據規劃的站網布局原則、站點觀測要素設置原則、站網觀測要素布局原則等制訂建設目標規劃。在此框架下，根據制定的站網建設目標確定儀器設施購置、儀器備件購置、基礎設施工程的規模，編制儀器設施需求計劃、備品備件需求計劃、基礎設施工程計劃，規范站點選址、設備選型、基礎設施、儀器安裝、組網傳輸、質量控制、資料歸檔和運行保障等建設事項，確保監測資料的代表性、準確性、比較性，充分發揮新建站網的建設效益。

3.2 編制經費預算

為了確保自動雨量監測站網的建設質量及其長期穩定運行，需編制包括儀器設施經費、運行維持經費、技術保障經費在內的站網建設經費預算，將其列入地方財政計劃或海綿城市建設配套設施專項經費預算中。其具體包括：站網規劃編制費、站網建設經費、年度運行維持經費、年度技術保障經費和其他費用。站網規劃編制費應包括站網規劃、城市內澇點的普查、風險分析、區劃和評估所需的一次性經費；站網建設經費應包括自動雨量監測站儀器設備購置費，備份儀器設備購置費，附屬設施購置費、現場安裝費、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費；年度運行維持經費應包括數據傳輸費、場地租用費和人員看護、場地設施維護、儀器維護、交通等經費；年度技術保障經費應包括現場標校費、現場維修費、計量標校費和增加的備品備件購置等經費。

3.3 優選儀器設備

儀器設備的可用性和穩定性是獲取氣象觀測數據準確性的重要保障。根據規劃建設方案，兼顧海綿城市建設對天氣系統的監測和預報需求，自動雨量監測站網建設應明確近期建設規劃和長遠發展規劃，并擬定逐步實施方案。近期新建監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域自動氣象站過渡。因此，在實際工作中，要根據監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據采集器，力爭發揮長期最佳投資效益。同時，在儀器設備選型過程中，要注重生產廠商的技術支持能力、后續服務能力和價格成本因素，所購置的自動雨量監測站儀器設備的可用性和穩定性必須滿足后續業務的發展要求。在優選設備儀器中，應確定儀器設施購置、儀器備件購置、基礎設施工程的規模，選定設備的結構、功能、測量、供電、防雷、環境適應性等技術指標和安全性、可靠性、可維性、功耗等應用指標，需滿足有關自動氣象站功能規格書的要求，需取得中國氣象局頒發的設備使用許可證，需能實現實時數據的組網上傳。

3.4 規范觀測場地和儀器安裝

觀測場地的標準化和儀器設施布置在很大程度上影響著觀測儀器的使用效果和監測質量。根據《地面氣象觀測規范》對觀測場地的要求，自動雨量監測站的觀測場地應盡量達到南北長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境的最低要求。觀測資料的地域代表性主要取決于探測環境和下墊面，因此，自動雨量監測站應設置在地面并保持自然平整的觀測場地上。考慮到觀測數據與氣象臺站、區域站的資料同化、共享應用，雨量傳感器不宜設置在建筑物上面，不宜安裝在風桿、風塔或屋頂上。對于安裝在地面的雨量傳感器，需單獨制作混凝土基礎，基礎頂面尺寸為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（或支架）墊齊；采用立柱方式的雨量傳感器，需調整立柱高度，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

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

4 結束語

海綿城市建設是一項系統工程，需要多方面、多部門共同協作，氣象部門的作用不可忽視。建設城市加密自動雨量監測站網是國內對城市建設和發展提出的新要求，是當前各地海綿城市建設的重頭戲。在實際工作中，氣象部門要積極爭取將自動氣象監測站網建設納入海綿城市建設配套項目中，科學選址布點，充分發揮新建站網的建設效益，搞好精細化降水監測，為開展城市內澇風險預報預警、防治城市內澇災害提供數據參考和更加精準、高效的氣象保障服務。

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

［2］汪勝君.安徽池州市貴池區山洪監測預警系統站點布設及應用［J］.中國防汛抗旱，2013（6）：60-61.

［3］李偉珮，張誠，李全勝，等.遙測雨量站網的布設與合理性論證［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用氣象服務研究工作。

〔編輯：白潔〕

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