局域雷达雨量计在流域泥石流预警预报系统中的应用

王东云

(云南省水利厅,云南 昆明 650021)

近年来,长江流域强降雨过程频繁,暴雨洪水灾害严重,受前期多次降雨影响,流域部分山体泥土松软,一旦再次遭遇强降雨,极易发生突发性山体滑坡、泥石流等地质灾害。为避免造成重大人员伤亡及财产损失,必须采取有效的水土流失监测及泥石流预警预报措施。

1 建立现代化的流域泥石流预警预报系统的必要性

以云南省东北部的小江流域为例,小江流域包括昆明市的东川区、寻甸县以及曲靖市的会泽县,流域总面积 3 058 km2,总人口 40万人。流域内地形险峻、地质脆弱,因长期毁林开荒,植被覆盖率低,现有植被保持水土能力差,泥石流和滑坡等地质灾害频繁,是我国典型的暴雨泥石流活动区。小江流域的泥石流具有突发性以及流速快、流量大、物质容量大和破坏力强等特点,严重时会冲毁公路、铁路等交通设施甚至危及村镇等,造成人员伤亡和财产损失。目前,小江流域应对泥石流灾害的预警预报系统除了依靠群测群防外,只有东川区、寻甸县、会泽县气象局的气象预报信息。其中:群测群防对于提高居民的防灾意识和预防运动缓慢的泥石流具有一定的效果,但完全依靠人力观测,众多不确定因素无法避免,根本无法应对突发性大型泥石流灾害;气象预报主要依靠气象雷达提供的信息,3个气象局拥有的雨量观测站不足 10个,预报水平达不到令人满意的准确度,并且只是单独观测,没有网络信息互动,不能作为预警预报系统的主体。

为了防止灾害的发生、保护群众生命财产安全,国家立项对小江流域泥石流灾害进行监测和治理。基本规划中将大部分投资倾向于工程治理措施的充实和完善,但因短时间内不可能覆盖所有的危险区域,而且建设期较长,即使建设完成也有可能发生设计规模以上的泥石流。为了保障流域内居民生命财产安全,迫切需要加强流域泥石流预警预报系统建设。针对目前小江流域泥石流预警预报系统薄弱的状况,对其进行改进和完善、实行现代化监测是当务之急。

2 局域雷达雨量计的特征

流域泥石流预警预报系统的完善和现代化,首先要考虑的就是针对泥石流灾害的局域性和突发性特点提高预测预报的准确度,而降雨是诱发泥石流灾害的重要因素,因此对于降雨情况的准确掌握和预测是预警预报系统成功的关键所在。小江流域的单点暴雨多,同一场降雨在相距不足 5 km的东川区气象局新村观测站和东川泥石流防治研究所漠北径流试验场同时观测到的雨量和降雨强度完全不同。对于降雨强度空间分布差异大的降雨过程,利用普通的雨量计根本不可能掌握全流域的详细降雨情况。针对这个问题,可以考虑引进日本近几年为泥石流等地质灾害监测研制的局域雷达雨量计。

局域(小型)雷达雨量计与现有的气象雷达等大型雷达的基本原理一样(图1),都是从旋转天线发出具有指向性的脉冲电波,当脉冲电波遇到雨滴后发生散乱,反射回来的电波再由同一天线接收,这样就可测量出降雨强度和分布。但是,与大型雷达相比,局域(小型)雷达雨量计的最大特点在于可以进行局部范围的观测,两者的对比见表1。与只能接收经加工处理过信息的气象雷达不同,局域雷达雨量计的雷达数据可以根据需要进行各种加工处理,比如计算某小流域或泥石流沟的平均降雨量及个别地点降雨量、判断雨量的危险程度、进行降雨预测等。

对小江流域来说,东川城区流域(深沟、石羊沟)基本在半径 15 km、分辨率 250 m的范围内,而除了最南端寻甸县的一小部分,整个流域几乎全部处在局部雷达雨量计半径 60 km、分辨率 1 000 m的范围内,因此局域雷达雨量计适用于该流域的泥石流预警预报。

图1 局域雷达雨量计的工作原理

表1 局域雷达雨量计与大型雷达的对比

3 基于雷达雨量计的流域泥石流预警预报系统

将以雷达雨量计为中心的高科技产品与现有的群测群防、防汛体制等人工系统有机结合,建立小江流域泥石流预警预报系统,该系统应包括信息收集、信息处理、信息传输 3个子系统。基于局域雷达雨量计的流域泥石流预警预报系统的数据、信息流程及观测网络见图2。

(1)信息收集子系统。首先,通过局域雷达雨量计收集小江流域整体降雨信息,在 6个地区设置自动雨量观测站,与局域雷达雨量计的观测数据进行对比,以提高局域雷达雨量计预测结果的精确度。其次,在东川城区附近(深沟、石羊沟流域)选择危险度较高的 5条泥石流沟设置泥石流传感器,预测泥石流的发生时间。最后,将上述信息数据用G S M、V HF或者多重无线网络传输到小江工程管理局防灾信息中心(以下简称防灾信息中心)。

(2)信息处理子系统。根据收集到的信息,防灾信息中心主要进行数据加工处理、流域雨量计算、降雨预测和危险程度判断,并将这些信息以浅显易懂的形式(文字或图片)发送给有关单位。

图2 基于局域雷达雨量计的流域泥石流预警预报系统

(3)信息传输子系统。信息传输子系统是利用现有的防汛以及群测群防体制,将泥石流警报迅速传达给危险地区的群众。防灾信息中心通过高速网络或电话、传真等将泥石流活动信息提供给各有关单位,有关单位主管部门再通过电话逐级传达到危险区域的村民小组。在紧急情况下,防灾信息中心也可以直接通知到村民小组。为防止人员伤亡,计划在可能发生特大泥石流灾害的东川城区流域(深沟、石羊沟等)设置 8个警报局,并配置警报器,防灾信息中心可以通过无线电直接进行警戒呼吁。

4 构建流域泥石流预警预报系统的建议

在我国,自记雨量计、泥石流传感器有一些实际运用,但局域雷达雨量计仍是一项全新的技术。建议根据实际情况,建立由自动雨量观测站、泥石流传感器、警报局等组成的传统型流域泥石流预警预报系统,在实践过程中对系统的整体运用有一定的掌握后,再分期、分地区、分步骤地引进和推广局域雷达雨量计。