山西省山洪灾害动态预警系统设计综述

2016-02-05李剑利

山西水利 2016年9期

关键词：下垫面产流山洪

李剑利

（山西省汾河一坝管理局，山西太原 030002）

山西省山洪灾害动态预警系统设计综述

李剑利

（山西省汾河一坝管理局，山西太原 030002）

山西省山洪灾害大部分由强降雨引发，导致山洪灾害的不确定性，使山洪灾害预测预警度较大。在回顾全省山洪灾害建设体系的基础上，提出了在县级平台开展山洪灾害动态预测预警的总体框架，并论证了在山西省开展动态预测预警的可行性。结果表明，实行山洪灾害动态管理，开展动态预测预警，可提高山洪灾害防御的预见期，对提升山洪灾害的主动预测预警具有重要意义。

山洪灾害；动态预警；山西省

1 山洪灾害建设情况

“十二五”期间，山西省分二期完成了全省115个县（市、区）山洪灾害防治县级非工程措施项目建设，实现了山洪灾害监测预警全覆盖，完成了山洪调查评价及非工程体系建设任务。同时开展了多条山洪沟道的工程治理，全面提升了山洪灾害防御能力，覆盖全省的基于现代化的自动测报系统基本形成。

通过非工程体系建设，完成了县—乡二级预警平台的建设，实现了水雨情监测、监测预警平台、预警等子系统建设；建立县级到乡镇防汛部门计算机网络系统和视频会商系统，实现与省、地市防汛计算机网络和视频会商系统的互连互通。

在县级预警平台，预警信息可通过监测预警平台制作、发布。县级防汛指挥部门通过监测预警平台向县、乡（镇）、村、组及有关部门和责任人发布预警信息；各乡（镇）、村、组和有关单位根据防御预案组织实施。

乡村群测群防预警由监测人员根据山洪灾害防御宣传培训掌握的经验、技术和监测设施监测信息，发布预警信息。各乡（镇）除接收县防汛部门发布或下发的预警信息，还接收群测群防监测点、村和水库、山塘监测点的预警信息。村、组接受上级部门和群测群防监测点、水库、山塘监测点的预警信息。上游乡镇、村组的预警信息及时向下游乡镇、村组传递。

2 山洪灾害动态预测预警

2.1 基于历史雨情的山洪预测

基于历史暴雨的山洪预测步骤为：根据山洪防治对象，选择控制断面，划分流域边界，提取流域特征值，流域特征值包括流域面积、周长、心形点；在《山西省水文计算手册》提供暴雨定点选择方式，在暴雨等值线图上选择定点，确定每个定点的控制面积，进行设计暴雨；根据流域范围内的等值线图或DEM图确定河流特征值，包括河长、比降；设定不同的前期影响雨量值；量算流域范围内的不同产流下垫面类型面积和汇流下垫面类型面积；根据产流下垫面和汇流下垫面进行产流参数和汇流参数确定；进行产流计算和汇流计算，得到洪峰流量、峰现时间和洪水过程线

2.2 基于实时雨情的山洪预测

基于实时雨情的山洪预测步骤为：根据山洪防治对象，选择控制断面，划分流域边界，提取流域特征值，流域特征值包括流域面积、周长、心形点；根据流域范围内的等值线图或DEM图确定河流特征值，包括河长、比降；量算流域范围内的不同产流下垫面类型面积和汇流下垫面类型面积；根据产流下垫面和汇流下垫面进行产流参数和汇流参数确定；根据实际监测前期降雨量，计算前期土湿；以实际降雨量作为设计点暴雨值进行面雨量计算；进行产流计算和汇流计算，得到洪峰流量、峰现时间和洪水过程线。

基于历史暴雨和实时雨情进行山洪预测的区别在于前者以设计暴雨为基础进行输入，且前期土湿也是基于假定进行设计；而后者则以实际监测雨量为输入产流计算，不进行设计暴雨过程，且前提土湿也是通过降雨量进行计算。共同点在于进行产流和汇流所采用的方式及进行设计洪水过程相同。

3 开展山洪灾害动态预测预警可行性分析

3.1 软硬件体系初步建成

根据非工程措施建设，山西省共建设自动雨量站1 612个，简易雨量站8 092个，自动水位站374个，简易水位站347个，自动雨量水位站119个；乡级预警站点1 116个，村级预警点10 238个；建设县级预警平台115套；在115县开展群测群防体系建设，全省共编制县级山洪灾害防御预案115个、乡级预案1 758个、村级预案13 033个，山西省山洪灾害非工程体系基本建成。

3.2 较为完整的基础资料和可靠的水文算法

2010年省水利厅重新修订了《山西省水文计算手册》，提出了双曲正切模型的设计洪水计算方法，制作了标准历时的暴雨图集和下垫面图集。此外，通过山西省河湖普查，查明了山西省所有河流水系的分布状况和河流特征值，为开展山洪灾害的动态预警提供了基础数据。水文基础数据的标准化处理，计算方法的简单易操作，为实现山洪灾害的规模化处理提供了可靠的依据。

4 山洪灾害动态预测预警软件系统设计

4.1 数据库连接功能

山西省已经建立的数据库包括实时雨水情数据库和山洪灾害调查评价数据。在进行动态预警设计中需新建预测预警方案库和实时预报方案库。系统能够实时连接这些数据库，读取相应数据内容。

4.2 软件系统流程

软件系统流程包括：增加控制断面位置及其纵横断面数据；自动生成不同时段、不同频率的设计点暴雨、设计面暴雨和不同频率设计洪峰流量、水位，成果存储入库作为预案库；自动生成流域分布式水文模型模块；输入暴雨洪水资料，自动生成历史洪水模拟库及其参数库；根据控制断面和防灾对象之间关系，建立水位预警；防灾对象基本属性。

4.3 底层封装数据

根据《山西省水文计算手册》，软件系统中需封装的基础数据包括暴雨图集、下垫面图集、土壤质地数据、土地利用类型数据、DEM数据和断面数据。

4.4 底层封装模型

在软件中需封装的水文模型暴力双曲正切模型、双超模型、SWⅠ模型和马斯京根模型进行河道洪水演进模型。

4.5 系统功能

对实时雨水情库进行简单的查询功能，参考现有实时雨水情库；对山洪灾害调查评价基础数据、成果进行简单的查询管理功能；任意断面进行分析评价形成预案功能；任意控制断面采用实时雨水情进行双曲正切模型预警与双超模型预报功能，形成自动预报（断面包括所有的水位、水文站点，即能够实时进行数据更新）；防灾对象灾情评估功能，对象属于控制断面或对象上游有控制断面，可通过水位对防灾对象进行预警；可以形成简报，通过简单编辑可发送邮件、短信、彩信功能。

4.6 预期效果

该软件系统可以设定任意点作为预测预警控制断面开展预测预警；根据实时雨水情自动计算设定好的控制断面洪水预报结果；根据防灾对象情况和预测预报结果，形成用于上报、发布的预报方案和预警方案；对防灾对象根据需求进行任意图层控制与显示，形成专题图。

5 结语

开展山洪灾害动态预测预警，实现了预警的动态化。山洪灾害静态预警是以历史暴雨情景为基本预案，及山洪灾害调查评价成果在集入县级平台之后可以任意查询危险村不同暴雨频率下的山洪灾害情况，进行灾情评估。实现山洪灾害动态预警后，首先应对实时雨情进行评估，计算其重现期；然后通过实时雨量—洪水模拟计算，得到对应防洪对象的洪峰情况，评估可能来水的重现期；最后根据沿河村落居民户分布情况和山洪灾害断面测量情景，进行灾情评估与预演。通过建立县、市和省三级动态预测预警，极大地提高山洪灾害的预见期，减少山洪灾害损失，使决策风险降低。