基于海绵城市建设的自动雨量监测站网建设探讨——以试点城市池州为例＊

黄高平，王甲生，程东兵

（安徽省池州市气象局，安徽池州247000）

基于海绵城市建设的自动雨量监测站网建设探讨
——以试点城市池州为例＊

黄高平，王甲生，程东兵

（安徽省池州市气象局，安徽池州247000）

根据海绵城市建设试点城市——池州市的建设需求，分析池州市自动雨量监测站网的情况，探讨城市示范区新建站点的布设，明确布点区域、站网密度、站点数量，科学选址。通过分析建设过程中存在的实际问题，提出建设站网工作中需要注意的主要内容，具体包括制订建设规划、编制经费预算、优选仪器设备、规范观测场地及仪器安装和落实运行维护措施等，以期为城市自动雨量监测站网的选址和建设提供技术参考。

海绵城市；雨量监测；站点布设；站网建设

随着海绵城市建设进程的不断加快，城市内涝现象和城市降雨量监测已成为相关部门关注的重点[1]。作为国家海绵城市建设第一批试点城市——池州市，自2015年建设以来，已在提升城市系统功能工程措施方面取得一定的进展，现着手在非工程措施方面稳步跟进，以加快建设城市内涝监测预警预报系统。城市加密自动雨量监测站网建设工程由此应运而生。自动雨量监测站网是城市内涝监测预警预报系统的重要组成部分，它可以实时监测降水情况，通过通信网络将实时雨量信息传至预警平台，预警平台处理雨量信息后，根据城市的防灾特点，自动分析本地降水和上游来水可能造成的危害[2]，为决策机构提供城市积水信息，为市政排水调度管理机构提供数据支持，为海绵城市设施的合理运行、建设项目的效果评估提供准确的气象数据支持。因此，建设和完善自动雨量监测站网尤为重要。本文基于池州市海绵城市建设，从自动雨量监测站网现状入手，以示范区为重点，遵循科学合理、经济可行、标准规范、运行正常的原则，探讨建设过程中可能存在的问题和注意事项，以期为规划和建设城市自动雨量监测站网提供技术参考。

1 监测区域和监测站网现状

1.1 监测区域

池州市位于安徽省西南部、长江下游南岸，是典型的沿江中小城市，其主城区水系发达，水面宽阔，水域面积占中心城区面积的11.7%；城东有平天湖镶嵌其中，城西有白洋河环绕入江，城南有清溪河穿城而过，城北有长江不息东流，整体呈现为“城在山水中，山水在城中”的城市格局。由于池州市地处亚热带北缘及地形地貌等原因，在每年的多雨季节，降水强度大、持续时间长，极易形成城市内涝，因此，主城区历来是防御内涝工作的主战场，也是自动雨量监测站网的必要监测区域。根据《池州海绵城市建设项目规划设计导则》，池州海绵城市建设示范区以老城区、天堂湖新区为基础，逐渐向四周辐射。由此可见，监测区域应重点针对示范区，同时，也应考虑示范区外围及城市的周边地带。

1.2 监测站网现状与需求

池州市自动雨量监测站网建设起步于2009年，当时，根据中小尺度灾害性天气预警气象服务的需要，为了当地经济社会发展、增强气象监测手段和提高气象服务能力，池州气象部门积极争取当地政府的支持，在市域城乡内共投资建设了96个除国家级地面气象观测站外的区域气象观测站，各区域站平均站间距在15 km左右，观测项目至少包括降水量气象要素，基本满足乡镇精细化天气预报需要和积累气候资料的需要。同时，为了提高城市气象服务水平，特别是短时临近预报服务，按照网格尺度布点规划，在城区已有1个国家气象观测站的基础上，于城郊地带投资建设了平天湖、滨湖学校、机场等3个四要素区域气象观测站。显然，这些建成的站点主要面向城区周边湖库区域和江河流域等，城区内仅有的一个气象观测站难以满足目前海绵城市的建设需求。随着海绵城市建设的推进，已经建设的站点存在站网布局和密度不均匀、精细化监测力度不够等问题，它们日益突显，与海绵城市的建设需求还有比较大的差距。针对这种状况，池州气象部门积极配合海绵城市建设主管部门重新规划城市雨量监测站网，增加空间分布密度，实现对降水的实时、连续监测，以提高雨量监测的准确性，为城市内涝监测预警预报系统提供数据支持。

2 新建站网布设

2.1 确定布点区域

新建自动雨量监测站网主要是为城市内涝预警预报服务的。由于城市各区域内地形地貌不同，城市排水设施参差不一，当遭遇强降水或连续性降水时，各处的内涝程度也不相同。因此，在新建站网规划前，有必要进行城市内涝的风险调查分析，针对具体风险级别程度、历史受灾情况和当前实际状况科学确定布点区域。事实上，随着城市建设的发展，城市内涝区域是不断变动的，原来的易涝区或由于旧城改造排涝标准提高，或由于整治河道贯通水系等工程措施减轻了强降水对城区的压力，内涝风险减少或消失，比如主城区长江南路烟柳园以南沿湖地带，昔日的最佳“城市看海”点已成为历史。而一些原来不曾积涝或内涝风险的区域，由于人口集聚、过度开发，地形地貌发生改变，形成新的内涝点。因此，要开展易涝点的实地调查和研究，圈定易发内涝点，划分高风险区域，对应确定布点区域。

2.2 确定站网密度和站点数量

依照中国气象局综合观测司《关于印发〈区域气象观测站建设指导意见〉的通知》（气发〔2008〕123号），城市城区内的区域站应根据该城市年降水量、人口以及灾害发生的特点和公共服务的需要确定自动观测要素的项目和站点的位置，平均间距应小于10 km，重点地区可以达到1～5 km。结合池州市海绵城市建设实际情况和监测密度要求，在原有区域站网基础上布设，可遵循密度恰当、分布合理的原则确定站点的具体数量，这不仅关系着系统建设的规模和投资，还关系着雨情的预报精度、防洪调度的科学合理性及系统的运行和维护[2-3]。基于池州市海绵城市建设示范区，北至昭沿江路—清风路，南至永明路，东到九华大道—石城大道—长江南路，西到白洋路—黄公路，总面积约18.50 km2，可落实筹建6个新的自动雨量监测站点，这些新建站点与现有的城区国家级气象站点和周边区域站点可保持5 km以下距离的网格布局。

2.3 科学布设新建站点

自动雨量监测站网地址的选择必须讲求科学性和合理性，充分考虑地形地貌、站点密度、气候多样性等因素，依据中小尺度天气系统的典型空间和时间尺度特征，结合当地天气气候特征、人口密度情况和布局原则，选址尽量位于海绵城市建设示范区。在此要注意地形和地面障碍物的影响及城市空间要素（建筑、道路、部件设施等）的约束，站址周围应平坦空旷，有良好的采光条件，以确保自动站的太阳能供电。另外，选址地段的移动信号要强，避开变电站、高压电线等电磁干扰比较强的区域，确保通讯畅通；避免建设在陡坡、洼地或邻近有丛林、铁路、公路、工矿、烟囱、高大建筑物的地方[4]，尽量布置在城市的重点交通枢纽、重点地段或积水源头，比如市中心广场、长江北路、长江南路、站前区、三台山等地，以满足“重点监测、均匀分布”的要求。同时，布点位置要兼顾通信、交通条件，避开雷区，兼顾设备安全，尽量选在固定的场所，比如校园、工厂、单位等地大院内，避免频繁迁移。

3 站网建设及注意事项

3.1 制订建设规划

城市自动雨量监测站网建设主要包括站点建设和组网建设。气象部门作为建设单位，第一项工作是根据规划的站网布局原则、站点观测要素设置原则、站网观测要素布局原则等制订建设目标规划。在此框架下，根据制定的站网建设目标确定仪器设施购置、仪器备件购置、基础设施工程的规模，编制仪器设施需求计划、备品备件需求计划、基础设施工程计划，规范站点选址、设备选型、基础设施、仪器安装、组网传输、质量控制、资料归档和运行保障等建设事项，确保监测资料的代表性、准确性、比较性，充分发挥新建站网的建设效益。

3.2 编制经费预算

为了确保自动雨量监测站网的建设质量及其长期稳定运行，需编制包括仪器设施经费、运行维持经费、技术保障经费在内的站网建设经费预算，将其列入地方财政计划或海绵城市建设配套设施专项经费预算中。其具体包括：站网规划编制费、站网建设经费、年度运行维持经费、年度技术保障经费和其他费用。站网规划编制费应包括站网规划、城市内涝点的普查、风险分析、区划和评估所需的一次性经费；站网建设经费应包括自动雨量监测站仪器设备购置费，备份仪器设备购置费，附属设施购置费、现场安装费、电源接入费、防雷工程费和场地征用、必要的交通工具等一次性经费；年度运行维持经费应包括数据传输费、场地租用费和人员看护、场地设施维护、仪器维护、交通等经费；年度技术保障经费应包括现场标校费、现场维修费、计量标校费和增加的备品备件购置等经费。

3.3 优选仪器设备

仪器设备的可用性和稳定性是获取气象观测数据准确性的重要保障。根据规划建设方案，兼顾海绵城市建设对天气系统的监测和预报需求，自动雨量监测站网建设应明确近期建设规划和长远发展规划，并拟定逐步实施方案。近期新建监测站至少要包括降水量和气温2个要素，等到条件成熟后，逐渐向四要素和六要素区域自动气象站过渡。因此，在实际工作中，要根据监测站点对未来气象要素的实际需求，尽量选择气象要素可扩展型的数据采集器，力争发挥长期最佳投资效益。同时，在仪器设备选型过程中，要注重生产厂商的技术支持能力、后续服务能力和价格成本因素，所购置的自动雨量监测站仪器设备的可用性和稳定性必须满足后续业务的发展要求。在优选设备仪器中，应确定仪器设施购置、仪器备件购置、基础设施工程的规模，选定设备的结构、功能、测量、供电、防雷、环境适应性等技术指标和安全性、可靠性、可维性、功耗等应用指标，需满足有关自动气象站功能规格书的要求，需取得中国气象局颁发的设备使用许可证，需能实现实时数据的组网上传。

3.4 规范观测场地和仪器安装

观测场地的标准化和仪器设施布置在很大程度上影响着观测仪器的使用效果和监测质量。根据《地面气象观测规范》对观测场地的要求，自动雨量监测站的观测场地应尽量达到南北长6 m、东西宽4 m的面积，确因条件限制，也要满足降水气象要素对探测环境的最低要求。观测资料的地域代表性主要取决于探测环境和下垫面，因此，自动雨量监测站应设置在地面并保持自然平整的观测场地上。考虑到观测数据与气象台站、区域站的资料同化、共享应用，雨量传感器不宜设置在建筑物上面，不宜安装在风杆、风塔或屋顶上。对于安装在地面的雨量传感器，需单独制作混凝土基础，基础顶面尺寸为35 cm×35 cm；承水器口缘距观测场地面的高度为70 cm，高度不足部分用水泥基础（或支架）垫齐；采用立柱方式的雨量传感器，需调整立柱高度，保证承水器口缘为距观测场地面70 cm。

3.5 落实运行维护措施

自动雨量监测站一般布置在室外，无人值守，受环境的影响比较大，雨量采集器时常被植物叶片和泥土堵塞，降水采集数据容易失真。由于组网采用的是无线通讯，移动信号的强弱和工作稳定性决定了观测数据是否正常传输，因此，在建成后的日常使用过程中很容易出现各类故障。针对这些情况，气象部门应制订站网的运行维护管理办法，明确运行管理职责和日常维护职责，配备技术维护人员定期维修维护仪器设备，定期检查观测仪器，并进行现场标校，制订对雨量传感器至少每月进行一次现场（对比或校验）标校的方法；规定对站网进行现场检查维护的时间、项目、标准，确保仪器设备的稳定运行和场地设施状态的完好。

4 结束语

海绵城市建设是一项系统工程，需要多方面、多部门共同协作，气象部门的作用不可忽视。建设城市加密自动雨量监测站网是国内对城市建设和发展提出的新要求，是当前各地海绵城市建设的重头戏。在实际工作中，气象部门要积极争取将自动气象监测站网建设纳入海绵城市建设配套项目中，科学选址布点，充分发挥新建站网的建设效益，搞好精细化降水监测，为开展城市内涝风险预报预警、防治城市内涝灾害提供数据参考和更加精准、高效的气象保障服务。

［1］靖常峰，魏海洋，戴培培，等.空间核密度的城市域雨量监测计选址方法［J］.测绘科学，2015，40（6）：106-109.

［2］汪胜君.安徽池州市贵池区山洪监测预警系统站点布设及应用［J］.中国防汛抗旱，2013（6）：60-61.

［3］李伟珮，张诚，李全胜，等.遥测雨量站网的布设与合理性论证［J］.水利水文自动化，2009（3）：41-43.

［4］中国气象局.地面气象观测规范［M］.北京：气象出版社，2003.

P208；P412.13

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.18.040

2095－6835（2017）18－0040－03

黄高平（1963—），男，工程师，主要从事气象探测和应用气象服务研究工作。

〔编辑：白洁〕

安徽省气象局2017年度新技术集成项目“池州市‘海绵城市’重点区气象服务”（编号:AHXJ201715）