城市山洪災害防御體系運行管理研究

蔣盛聞 竇維玲

1.文山壯族苗族自治州氣象局 云南 文山 663000；

2.文山州馬關縣融媒體中心 云南 文山 663000

1 城市山洪災害成因

1.1 地質構造方面

文山丘陵、山區還有半山區均具有以下特點：首先是地勢的落差明顯，使得降雨匯流時間大幅縮短，同時蓄水能力也會受到影響。其次是難以做到長時間抵抗外界沖刷，多地的地表均存在明顯的風化情況，在水流持續沖擊下，有較大概率引發滑坡或是變形等問題，導致地質災害出現。再次是地表上方所覆蓋土層的厚度偏薄，在抗侵蝕方面的表現較差，一旦出現短時強降雨，便會在降雨的強烈沖擊下產生泥漿徑流[1]。最后是山區地勢及地形較為復雜，極易給降雨云系造成負面影響，在迎風坡較多的城市，還會出現降雨時間延長或降雨量增加的情況。

1.2 降雨強度方面

文山較易由于短時強降雨而引發山洪，尤其在丘陵和山區等區域，受特殊地質構造影響，上述區域普遍存在地面水平落差大的情況，無形中加快了降雨匯流的速度，使得山洪出現概率大幅增加。

1.3 人為因素影響

在經濟社會持續發展的背景下，人類所開展社會活動給環境所造成影響也以更加直觀的方式呈現了出來。研究表明，開礦修路、開墾濕地還有毀林開荒等活動，均會給河道所具有行洪能力造成影響，導致水土流失程度加劇，進而在一定程度上增加山洪災害出現的可能性。

2 城市山洪災害特征說明

文山地形較為復雜，高山溝谷、山丘區占比較大，受氣候、高度以及地形地貌影響，該地山洪災害往往具有以下特征：其一，多為突發災害，難以做到準確預測，對其進行防御的難度相對較大。其二，具有突出的易發性，只要降雨強度達到或是超過限值，便有極大概率引發山洪。其三，季節性明顯，該地山洪災害多發于夏季，即每年的6月至8月，這主要是因為夏季降雨多，若降雨量超出該地所能承載限值，出現山洪災害的概率將大幅增加。其四，山洪瞬時流量極大且災害持續時間短，通常伴有相應的次生災害，例如，山體滑坡或是泥石流，若未能做到及時轉移居民，將使居民財產還有生命安全受到嚴重威脅[2]。

3 城市山洪災害防御體系研究

山洪防御體系通常包括四個子系統，各子系統所負責工作各不相同，分別是監測、通信、預警還有決策，在對該系統進行設計時，有關人員應對以下內容引起重視：

3.1 監測系統

該系統由四部分組成，分別是水文監測，滑坡監測，氣象監測，泥石流監測。各系統均有專業監測站對應，由各級主管部門負責對監測站進行管理，各系統間依托網絡實現互聯，確保信息可獲得實時共享。水文監測站負責對水文信息進行收集，包括流速、水位和流量等。滑坡及泥石流監測站所監測對象為滑坡、泥石流數據，同時負責將整理所得結果上報至有關部門，通過以點帶面的方式，實現群測群防的目標。氣象監測所收集信息以地面徑流為主，另外，還可酌情加入風向、氣壓、溫濕度及風速等，監測期間要求指揮部門以實際情況為依據，充分利用人員采集、視頻采集等方式，對各地信息進行準確且快速的采集。

3.2 預報預警系統

山洪預警指的是在發現可能發生山洪災害時，有關部門為動員當地群眾快速轉移而發布的一系列警報。若以發布預警的主體為依據，可將該系統分成水文預警、氣象預警兩部分，其中，水文預警強調以水文職能部門為主體，結合監測所得數據發布相關預警。氣象預警所依托信息，主要是成災雨強、實際降水量，要求氣象部門以當地情況為依據，及時制作并發布相關預警。出于提高預報準確性的考慮，各部門間應做到協同合作，將山洪災害所造成損失降至最低。

有關山洪災害預防預警系統的工作流程，如圖1所示：

圖1 山洪災害預報預警流程

3.2.1 設定預警等級。有關人員可根據預報對當地降雨量、降雨強度加以明確，在此基礎上，借助預報技術和現有模型，對洪水過程進行計算，對比降雨量限值及實際情況，確定預警等級。

3.2.1 .1 設定降雨量限值。在本項目中，有關人員計劃利用B/S開發該平臺，先在系統中導入文山城市歷史匯流資料、徑流資料還有預警指標，再借助Web Service、GIS和Java對相關信息進行直接展示，達到對信息進行實時存儲、對預警進行及時發布的目的[3]。該系統主要負責對水雨情數據進行收集并存儲，隨著該系統投入運行，不僅當地的預警實力可得到更進一步的提升，還能夠為日后防御工作的開展提供幫助，通過減輕山洪災害所造成負面影響的方式，為當地經濟乃至社會的發展奠定基礎。

該系統所采取預警方法如下：以降雨量限值和實測數據為依據，若實測數據接近限值，應提前做好轉移居民的準備。如果實測數據已達到限值，則需要發布預警，同時由負責人帶領工作人員前往受災區，組織居民有序轉移。對地表徑流量進行計算的公式為：

在該公式中，Qm所描述對象為降雨所產生路面水量，即地表徑流量，單位是m3/a。C所描述對象為徑流系數。Q所描述對象為實時降雨量平均值，單位是mm。A所描述對象為地表面積，單位是m2。R代表徑流深度。P代表降水深度。各城市徑流系數存在顯著差異，濕潤城市的C值較大，例如，臺灣省徑流系數的平均值在0.7以上，而干旱城市的C值較小，例如，徑流匱乏的平原，其徑流系數往往在0.2左右。

表1 徑流系數取值范圍

另外，在設定降雨量限值時，有關人員應對預警響應時間、站點所處位置、現場地表形態和洪水的上漲速度進行綜合考慮，以成災水位所對應限值為基礎，對立即轉移指標、轉移指標加以確定。研究表明，利用水文模型對降雨量限值進行計算和利用反推法對降雨量限值進行計算，其結果大致相同。水文模型法強調先分析模式所具有適用性，在選定并建立模型的基礎上，對其精度進行評價，準確判斷該模型是否具備良好的適用性，同時對其相關參數加以確定。隨后，對降雨量限值進行計算，該環節要求有關人員全面收集防災對象信息，同時完成推算臨界流量和計算限值等工作，并以計算結果為依據，綜合考慮專家建議和當地情況，對預警指標加以確定。在本項目中，考慮到控制斷面所對應水位流量關系屬于典型的平緩型，具有洪水上漲速度較慢的特點，有關人員提出應根據成災水位限值對立即轉移指標加以確定，相應轉移指標應以立即轉移指標作為基礎，將具體數值的浮動范圍控制在±15%以內。對比山洪災害發生期間降雨量、設計成果可知，上述結果具備理想的可靠性及科學性。

3.2.1 .2 劃分災害等級。現階段，我國將針對山洪災害所發布預警劃分成三級，分別是黃色預警，橙色預警，紅色預警。其中，黃色預警是指未來24h內該地將出現強降雨，同時降雨強度與限值接近，即R預≈Rt限值，降雨將持續較長時間，可能引發山洪災害。此時便需要發布黃色預警，確保該城市能夠盡快進入防災狀態。橙色預警是指未來24h內該地將出現強降雨，同時降雨強度可達到限值的1倍至2倍，既Rt限值＜R預≤Rt限值×2，降雨將持續較長時間。此時應啟動該系統并發布橙色預警。紅色預警是指未來24h內該地將出現強降雨，同時降雨強度在限值的2倍及以上，即R預≥Rt限值×2，降雨將持續較長時間。此時應盡快啟動相關系統，在發布紅色預警的前提下，促使該城市盡快進入緊急狀態。

3.2.2 預警系統結構。各部門負責對專業內預警信息進行發布，省級指揮部負責對綜合預警信息進行發布，確保當地企業、學校和居民點所具有安全性均能夠得到相應的保證。該系統的預警對象是較易出現山洪災害的城市。預警內容以山洪災害為主，同時還需要視情況增加與山體滑坡或是泥石流相關的預警。發布方式如下：由防汛部門以水文、氣象預報為依據，結合專家所提出建議下達相關指令，要求縣級部門充分利用智能手機、通信系統還有廣播網絡，對預警信息進行及時且準確發布。同時依托衛星信道和通信系統，針對預警信息給出相應的反饋。

3.2.3 發布預警信息。文山在夏季極易出現短時強降雨的天氣，不僅洪水災害出現的概率較大，還有一定概率引發塌方、泥石流或是山體滑坡等嚴重災害，導致居民財產、生命安全受到威脅。考慮到災害較易發生在夜間，受通信系統制約，政府部門往往無法做到及時通知并組織居民轉移，引入廣播系統很有必要。事實證明，隨著廣播系統投入使用，上述問題均能夠得到有效解決，指揮中心可借助廣播系統通知居民，要求居民做好轉移或是撤離的準備，為其財產以及生命安全提供保護。

另外，作為地形以山地為主的城市，文山具有農村人口占比大、地形復雜的特點，多數居民均生活在距市區較遠的山區。為保證廣播系統可發揮出應有作用，有關人員提出了以下方案：除特殊情況外，均應依托衛星通信對廣播系統進行建設。這是因為衛星通信可最大程度保證通信效果，確保配有接收裝置的各村屯，均能夠及時接收到相應的訊息。在此基礎上，配合使用移動服務技術，此舉可有效降低對廣播系統進行建設的成本，符合文山經濟發展水平。

3.3 決策系統

該系統具有功能要求多和信息量大的特點，可在用戶及黨政部門對決策進行制定期間，為其提供相應的幫助。該系統可被拆分成管理系統，服務系統，評估系統，監測系統等部分，各系統均具有其他系統所無法替代的作用。此外，考慮到防治山洪災害的工作，通常需要國土資源、防汛還有水文氣象等多個部門形成合力，有關人員決定采用兩級管理結構，以省級、市級指揮部為主體，下設相應的分中心，負責對國土資源、氣象以及水文資源進行充分利用。

4 結束語

近幾年，降雨所引發山洪災害成為社會各界關注的焦點，考慮到山洪災害普遍具有破壞性以及突發性特點，若未能做到有效防御，不僅會使居民蒙受財產損失，還會給其生命安全造成威脅。本文便以相關防御體系為研究對象，圍繞該系統的設計和運行展開了討論，明確指出要想使防御效果達到預期，關鍵是要根據實際情況，對監測、通信、預警以及決策系統進行優化，希望能使其他人員受到啟發。