黃高平,王甲生,程?hào)|兵
(安徽省池州市氣象局,安徽池州247000)
基于海綿城市建設(shè)的自動(dòng)雨量監(jiān)測(cè)站網(wǎng)建設(shè)探討
——以試點(diǎn)城市池州為例*
黃高平,王甲生,程?hào)|兵
(安徽省池州市氣象局,安徽池州247000)
根據(jù)海綿城市建設(shè)試點(diǎn)城市——池州市的建設(shè)需求,分析池州市自動(dòng)雨量監(jiān)測(cè)站網(wǎng)的情況,探討城市示范區(qū)新建站點(diǎn)的布設(shè),明確布點(diǎn)區(qū)域、站網(wǎng)密度、站點(diǎn)數(shù)量,科學(xué)選址。通過(guò)分析建設(shè)過(guò)程中存在的實(shí)際問(wèn)題,提出建設(shè)站網(wǎng)工作中需要注意的主要內(nèi)容,具體包括制訂建設(shè)規(guī)劃、編制經(jīng)費(fèi)預(yù)算、優(yōu)選儀器設(shè)備、規(guī)范觀測(cè)場(chǎng)地及儀器安裝和落實(shí)運(yùn)行維護(hù)措施等,以期為城市自動(dòng)雨量監(jiān)測(cè)站網(wǎng)的選址和建設(shè)提供技術(shù)參考。
海綿城市;雨量監(jiān)測(cè);站點(diǎn)布設(shè);站網(wǎng)建設(shè)
隨著海綿城市建設(shè)進(jìn)程的不斷加快,城市內(nèi)澇現(xiàn)象和城市降雨量監(jiān)測(cè)已成為相關(guān)部門關(guān)注的重點(diǎn)[1]。作為國(guó)家海綿城市建設(shè)第一批試點(diǎn)城市——池州市,自2015年建設(shè)以來(lái),已在提升城市系統(tǒng)功能工程措施方面取得一定的進(jìn)展,現(xiàn)著手在非工程措施方面穩(wěn)步跟進(jìn),以加快建設(shè)城市內(nèi)澇監(jiān)測(cè)預(yù)警預(yù)報(bào)系統(tǒng)。城市加密自動(dòng)雨量監(jiān)測(cè)站網(wǎng)建設(shè)工程由此應(yīng)運(yùn)而生。自動(dòng)雨量監(jiān)測(cè)站網(wǎng)是城市內(nèi)澇監(jiān)測(cè)預(yù)警預(yù)報(bào)系統(tǒng)的重要組成部分,它可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)降水情況,通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)將實(shí)時(shí)雨量信息傳至預(yù)警平臺(tái),預(yù)警平臺(tái)處理雨量信息后,根據(jù)城市的防災(zāi)特點(diǎn),自動(dòng)分析本地降水和上游來(lái)水可能造成的危害[2],為決策機(jī)構(gòu)提供城市積水信息,為市政排水調(diào)度管理機(jī)構(gòu)提供數(shù)據(jù)支持,為海綿城市設(shè)施的合理運(yùn)行、建設(shè)項(xiàng)目的效果評(píng)估提供準(zhǔn)確的氣象數(shù)據(jù)支持。因此,建設(shè)和完善自動(dòng)雨量監(jiān)測(cè)站網(wǎng)尤為重要。本文基于池州市海綿城市建設(shè),從自動(dòng)雨量監(jiān)測(cè)站網(wǎng)現(xiàn)狀入手,以示范區(qū)為重點(diǎn),遵循科學(xué)合理、經(jīng)濟(jì)可行、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、運(yùn)行正常的原則,探討建設(shè)過(guò)程中可能存在的問(wèn)題和注意事項(xiàng),以期為規(guī)劃和建設(shè)城市自動(dòng)雨量監(jiān)測(cè)站網(wǎng)提供技術(shù)參考。
池州市位于安徽省西南部、長(zhǎng)江下游南岸,是典型的沿江中小城市,其主城區(qū)水系發(fā)達(dá),水面寬闊,水域面積占中心城區(qū)面積的11.7%;城東有平天湖鑲嵌其中,城西有白洋河環(huán)繞入江,城南有清溪河穿城而過(guò),城北有長(zhǎng)江不息東流,整體呈現(xiàn)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(jié),降水強(qiáng)度大、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng),極易形成城市內(nèi)澇,因此,主城區(qū)歷來(lái)是防御內(nèi)澇工作的主戰(zhàn)場(chǎng),也是自動(dòng)雨量監(jiān)測(cè)站網(wǎng)的必要監(jiān)測(cè)區(qū)域。根據(jù)《池州海綿城市建設(shè)項(xiàng)目規(guī)劃設(shè)計(jì)導(dǎo)則》,池州海綿城市建設(shè)示范區(qū)以老城區(qū)、天堂湖新區(qū)為基礎(chǔ),逐漸向四周輻射。由此可見(jiàn),監(jiān)測(cè)區(qū)域應(yīng)重點(diǎn)針對(duì)示范區(qū),同時(shí),也應(yīng)考慮示范區(qū)外圍及城市的周邊地帶。
池州市自動(dòng)雨量監(jiān)測(cè)站網(wǎng)建設(shè)起步于2009年,當(dāng)時(shí),根據(jù)中小尺度災(zāi)害性天氣預(yù)警氣象服務(wù)的需要,為了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、增強(qiáng)氣象監(jiān)測(cè)手段和提高氣象服務(wù)能力,池州氣象部門積極爭(zhēng)取當(dāng)?shù)卣闹С郑谑杏虺青l(xiāng)內(nèi)共投資建設(shè)了96個(gè)除國(guó)家級(jí)地面氣象觀測(cè)站外的區(qū)域氣象觀測(cè)站,各區(qū)域站平均站間距在15 km左右,觀測(cè)項(xiàng)目至少包括降水量氣象要素,基本滿足鄉(xiāng)鎮(zhèn)精細(xì)化天氣預(yù)報(bào)需要和積累氣候資料的需要。同時(shí),為了提高城市氣象服務(wù)水平,特別是短時(shí)臨近預(yù)報(bào)服務(wù),按照網(wǎng)格尺度布點(diǎn)規(guī)劃,在城區(qū)已有1個(gè)國(guó)家氣象觀測(cè)站的基礎(chǔ)上,于城郊地帶投資建設(shè)了平天湖、濱湖學(xué)校、機(jī)場(chǎng)等3個(gè)四要素區(qū)域氣象觀測(cè)站。顯然,這些建成的站點(diǎn)主要面向城區(qū)周邊湖庫(kù)區(qū)域和江河流域等,城區(qū)內(nèi)僅有的一個(gè)氣象觀測(cè)站難以滿足目前海綿城市的建設(shè)需求。隨著海綿城市建設(shè)的推進(jìn),已經(jīng)建設(shè)的站點(diǎn)存在站網(wǎng)布局和密度不均勻、精細(xì)化監(jiān)測(cè)力度不夠等問(wèn)題,它們?nèi)找嫱伙@,與海綿城市的建設(shè)需求還有比較大的差距。針對(duì)這種狀況,池州氣象部門積極配合海綿城市建設(shè)主管部門重新規(guī)劃城市雨量監(jiān)測(cè)站網(wǎng),增加空間分布密度,實(shí)現(xiàn)對(duì)降水的實(shí)時(shí)、連續(xù)監(jiān)測(cè),以提高雨量監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性,為城市內(nèi)澇監(jiān)測(cè)預(yù)警預(yù)報(bào)系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支持。
新建自動(dòng)雨量監(jiān)測(cè)站網(wǎng)主要是為城市內(nèi)澇預(yù)警預(yù)報(bào)服務(wù)的。由于城市各區(qū)域內(nèi)地形地貌不同,城市排水設(shè)施參差不一,當(dāng)遭遇強(qiáng)降水或連續(xù)性降水時(shí),各處的內(nèi)澇程度也不相同。因此,在新建站網(wǎng)規(guī)劃前,有必要進(jìn)行城市內(nèi)澇的風(fēng)險(xiǎn)調(diào)查分析,針對(duì)具體風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別程度、歷史受災(zāi)情況和當(dāng)前實(shí)際狀況科學(xué)確定布點(diǎn)區(qū)域。事實(shí)上,隨著城市建設(shè)的發(fā)展,城市內(nèi)澇區(qū)域是不斷變動(dòng)的,原來(lái)的易澇區(qū)或由于舊城改造排澇標(biāo)準(zhǔn)提高,或由于整治河道貫通水系等工程措施減輕了強(qiáng)降水對(duì)城區(qū)的壓力,內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)減少或消失,比如主城區(qū)長(zhǎng)江南路煙柳園以南沿湖地帶,昔日的最佳“城市看?!秉c(diǎn)已成為歷史。而一些原來(lái)不曾積澇或內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)的區(qū)域,由于人口集聚、過(guò)度開(kāi)發(fā),地形地貌發(fā)生改變,形成新的內(nèi)澇點(diǎn)。因此,要開(kāi)展易澇點(diǎn)的實(shí)地調(diào)查和研究,圈定易發(fā)內(nèi)澇點(diǎn),劃分高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域,對(duì)應(yīng)確定布點(diǎn)區(qū)域。
依照中國(guó)氣象局綜合觀測(cè)司《關(guān)于印發(fā)〈區(qū)域氣象觀測(cè)站建設(shè)指導(dǎo)意見(jiàn)〉的通知》(氣發(fā)〔2008〕123號(hào)),城市城區(qū)內(nèi)的區(qū)域站應(yīng)根據(jù)該城市年降水量、人口以及災(zāi)害發(fā)生的特點(diǎn)和公共服務(wù)的需要確定自動(dòng)觀測(cè)要素的項(xiàng)目和站點(diǎn)的位置,平均間距應(yīng)小于10 km,重點(diǎn)地區(qū)可以達(dá)到1~5 km。結(jié)合池州市海綿城市建設(shè)實(shí)際情況和監(jiān)測(cè)密度要求,在原有區(qū)域站網(wǎng)基礎(chǔ)上布設(shè),可遵循密度恰當(dāng)、分布合理的原則確定站點(diǎn)的具體數(shù)量,這不僅關(guān)系著系統(tǒng)建設(shè)的規(guī)模和投資,還關(guān)系著雨情的預(yù)報(bào)精度、防洪調(diào)度的科學(xué)合理性及系統(tǒng)的運(yùn)行和維護(hù)[2-3]?;诔刂菔泻>d城市建設(shè)示范區(qū),北至昭沿江路—清風(fēng)路,南至永明路,東到九華大道—石城大道—長(zhǎng)江南路,西到白洋路—黃公路,總面積約18.50 km2,可落實(shí)籌建6個(gè)新的自動(dòng)雨量監(jiān)測(cè)站點(diǎn),這些新建站點(diǎn)與現(xiàn)有的城區(qū)國(guó)家級(jí)氣象站點(diǎn)和周邊區(qū)域站點(diǎn)可保持5 km以下距離的網(wǎng)格布局。
自動(dòng)雨量監(jiān)測(cè)站網(wǎng)地址的選擇必須講求科學(xué)性和合理性,充分考慮地形地貌、站點(diǎn)密度、氣候多樣性等因素,依據(jù)中小尺度天氣系統(tǒng)的典型空間和時(shí)間尺度特征,結(jié)合當(dāng)?shù)靥鞖鈿夂蛱卣鳌⑷丝诿芏惹闆r和布局原則,選址盡量位于海綿城市建設(shè)示范區(qū)。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(shè)施等)的約束,站址周圍應(yīng)平坦空曠,有良好的采光條件,以確保自動(dòng)站的太陽(yáng)能供電。另外,選址地段的移動(dòng)信號(hào)要強(qiáng),避開(kāi)變電站、高壓電線等電磁干擾比較強(qiáng)的區(qū)域,確保通訊暢通;避免建設(shè)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(diǎn)交通樞紐、重點(diǎn)地段或積水源頭,比如市中心廣場(chǎng)、長(zhǎng)江北路、長(zhǎng)江南路、站前區(qū)、三臺(tái)山等地,以滿足“重點(diǎn)監(jiān)測(cè)、均勻分布”的要求。同時(shí),布點(diǎn)位置要兼顧通信、交通條件,避開(kāi)雷區(qū),兼顧設(shè)備安全,盡量選在固定的場(chǎng)所,比如校園、工廠、單位等地大院內(nèi),避免頻繁遷移。
城市自動(dòng)雨量監(jiān)測(cè)站網(wǎng)建設(shè)主要包括站點(diǎn)建設(shè)和組網(wǎng)建設(shè)。氣象部門作為建設(shè)單位,第一項(xiàng)工作是根據(jù)規(guī)劃的站網(wǎng)布局原則、站點(diǎn)觀測(cè)要素設(shè)置原則、站網(wǎng)觀測(cè)要素布局原則等制訂建設(shè)目標(biāo)規(guī)劃。在此框架下,根據(jù)制定的站網(wǎng)建設(shè)目標(biāo)確定儀器設(shè)施購(gòu)置、儀器備件購(gòu)置、基礎(chǔ)設(shè)施工程的規(guī)模,編制儀器設(shè)施需求計(jì)劃、備品備件需求計(jì)劃、基礎(chǔ)設(shè)施工程計(jì)劃,規(guī)范站點(diǎn)選址、設(shè)備選型、基礎(chǔ)設(shè)施、儀器安裝、組網(wǎng)傳輸、質(zhì)量控制、資料歸檔和運(yùn)行保障等建設(shè)事項(xiàng),確保監(jiān)測(cè)資料的代表性、準(zhǔn)確性、比較性,充分發(fā)揮新建站網(wǎng)的建設(shè)效益。
為了確保自動(dòng)雨量監(jiān)測(cè)站網(wǎng)的建設(shè)質(zhì)量及其長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行,需編制包括儀器設(shè)施經(jīng)費(fèi)、運(yùn)行維持經(jīng)費(fèi)、技術(shù)保障經(jīng)費(fèi)在內(nèi)的站網(wǎng)建設(shè)經(jīng)費(fèi)預(yù)算,將其列入地方財(cái)政計(jì)劃或海綿城市建設(shè)配套設(shè)施專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)預(yù)算中。其具體包括:站網(wǎng)規(guī)劃編制費(fèi)、站網(wǎng)建設(shè)經(jīng)費(fèi)、年度運(yùn)行維持經(jīng)費(fèi)、年度技術(shù)保障經(jīng)費(fèi)和其他費(fèi)用。站網(wǎng)規(guī)劃編制費(fèi)應(yīng)包括站網(wǎng)規(guī)劃、城市內(nèi)澇點(diǎn)的普查、風(fēng)險(xiǎn)分析、區(qū)劃和評(píng)估所需的一次性經(jīng)費(fèi);站網(wǎng)建設(shè)經(jīng)費(fèi)應(yīng)包括自動(dòng)雨量監(jiān)測(cè)站儀器設(shè)備購(gòu)置費(fèi),備份儀器設(shè)備購(gòu)置費(fèi),附屬設(shè)施購(gòu)置費(fèi)、現(xiàn)場(chǎng)安裝費(fèi)、電源接入費(fèi)、防雷工程費(fèi)和場(chǎng)地征用、必要的交通工具等一次性經(jīng)費(fèi);年度運(yùn)行維持經(jīng)費(fèi)應(yīng)包括數(shù)據(jù)傳輸費(fèi)、場(chǎng)地租用費(fèi)和人員看護(hù)、場(chǎng)地設(shè)施維護(hù)、儀器維護(hù)、交通等經(jīng)費(fèi);年度技術(shù)保障經(jīng)費(fèi)應(yīng)包括現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)校費(fèi)、現(xiàn)場(chǎng)維修費(fèi)、計(jì)量標(biāo)校費(fèi)和增加的備品備件購(gòu)置等經(jīng)費(fèi)。
儀器設(shè)備的可用性和穩(wěn)定性是獲取氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的重要保障。根據(jù)規(guī)劃建設(shè)方案,兼顧海綿城市建設(shè)對(duì)天氣系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)需求,自動(dòng)雨量監(jiān)測(cè)站網(wǎng)建設(shè)應(yīng)明確近期建設(shè)規(guī)劃和長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展規(guī)劃,并擬定逐步實(shí)施方案。近期新建監(jiān)測(cè)站至少要包括降水量和氣溫2個(gè)要素,等到條件成熟后,逐漸向四要素和六要素區(qū)域自動(dòng)氣象站過(guò)渡。因此,在實(shí)際工作中,要根據(jù)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)對(duì)未來(lái)氣象要素的實(shí)際需求,盡量選擇氣象要素可擴(kuò)展型的數(shù)據(jù)采集器,力爭(zhēng)發(fā)揮長(zhǎng)期最佳投資效益。同時(shí),在儀器設(shè)備選型過(guò)程中,要注重生產(chǎn)廠商的技術(shù)支持能力、后續(xù)服務(wù)能力和價(jià)格成本因素,所購(gòu)置的自動(dòng)雨量監(jiān)測(cè)站儀器設(shè)備的可用性和穩(wěn)定性必須滿足后續(xù)業(yè)務(wù)的發(fā)展要求。在優(yōu)選設(shè)備儀器中,應(yīng)確定儀器設(shè)施購(gòu)置、儀器備件購(gòu)置、基礎(chǔ)設(shè)施工程的規(guī)模,選定設(shè)備的結(jié)構(gòu)、功能、測(cè)量、供電、防雷、環(huán)境適應(yīng)性等技術(shù)指標(biāo)和安全性、可靠性、可維性、功耗等應(yīng)用指標(biāo),需滿足有關(guān)自動(dòng)氣象站功能規(guī)格書(shū)的要求,需取得中國(guó)氣象局頒發(fā)的設(shè)備使用許可證,需能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的組網(wǎng)上傳。
觀測(cè)場(chǎng)地的標(biāo)準(zhǔn)化和儀器設(shè)施布置在很大程度上影響著觀測(cè)儀器的使用效果和監(jiān)測(cè)質(zhì)量。根據(jù)《地面氣象觀測(cè)規(guī)范》對(duì)觀測(cè)場(chǎng)地的要求,自動(dòng)雨量監(jiān)測(cè)站的觀測(cè)場(chǎng)地應(yīng)盡量達(dá)到南北長(zhǎng)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(duì)探測(cè)環(huán)境的最低要求。觀測(cè)資料的地域代表性主要取決于探測(cè)環(huán)境和下墊面,因此,自動(dòng)雨量監(jiān)測(cè)站應(yīng)設(shè)置在地面并保持自然平整的觀測(cè)場(chǎng)地上。考慮到觀測(cè)數(shù)據(jù)與氣象臺(tái)站、區(qū)域站的資料同化、共享應(yīng)用,雨量傳感器不宜設(shè)置在建筑物上面,不宜安裝在風(fēng)桿、風(fēng)塔或屋頂上。對(duì)于安裝在地面的雨量傳感器,需單獨(dú)制作混凝土基礎(chǔ),基礎(chǔ)頂面尺寸為35 cm×35 cm;承水器口緣距觀測(cè)場(chǎng)地面的高度為70 cm,高度不足部分用水泥基礎(chǔ)(或支架)墊齊;采用立柱方式的雨量傳感器,需調(diào)整立柱高度,保證承水器口緣為距觀測(cè)場(chǎng)地面70 cm。
自動(dòng)雨量監(jiān)測(cè)站一般布置在室外,無(wú)人值守,受環(huán)境的影響比較大,雨量采集器時(shí)常被植物葉片和泥土堵塞,降水采集數(shù)據(jù)容易失真。由于組網(wǎng)采用的是無(wú)線通訊,移動(dòng)信號(hào)的強(qiáng)弱和工作穩(wěn)定性決定了觀測(cè)數(shù)據(jù)是否正常傳輸,因此,在建成后的日常使用過(guò)程中很容易出現(xiàn)各類故障。針對(duì)這些情況,氣象部門應(yīng)制訂站網(wǎng)的運(yùn)行維護(hù)管理辦法,明確運(yùn)行管理職責(zé)和日常維護(hù)職責(zé),配備技術(shù)維護(hù)人員定期維修維護(hù)儀器設(shè)備,定期檢查觀測(cè)儀器,并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)校,制訂對(duì)雨量傳感器至少每月進(jìn)行一次現(xiàn)場(chǎng)(對(duì)比或校驗(yàn))標(biāo)校的方法;規(guī)定對(duì)站網(wǎng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢查維護(hù)的時(shí)間、項(xiàng)目、標(biāo)準(zhǔn),確保儀器設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行和場(chǎng)地設(shè)施狀態(tài)的完好。
海綿城市建設(shè)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程,需要多方面、多部門共同協(xié)作,氣象部門的作用不可忽視。建設(shè)城市加密自動(dòng)雨量監(jiān)測(cè)站網(wǎng)是國(guó)內(nèi)對(duì)城市建設(shè)和發(fā)展提出的新要求,是當(dāng)前各地海綿城市建設(shè)的重頭戲。在實(shí)際工作中,氣象部門要積極爭(zhēng)取將自動(dòng)氣象監(jiān)測(cè)站網(wǎng)建設(shè)納入海綿城市建設(shè)配套項(xiàng)目中,科學(xué)選址布點(diǎn),充分發(fā)揮新建站網(wǎng)的建設(shè)效益,搞好精細(xì)化降水監(jiān)測(cè),為開(kāi)展城市內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)預(yù)報(bào)預(yù)警、防治城市內(nèi)澇災(zāi)害提供數(shù)據(jù)參考和更加精準(zhǔn)、高效的氣象保障服務(wù)。
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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(cè)和應(yīng)用氣象服務(wù)研究工作。
〔編輯:白潔〕
安徽省氣象局2017年度新技術(shù)集成項(xiàng)目“池州市‘海綿城市’重點(diǎn)區(qū)氣象服務(wù)”(編號(hào):AHXJ201715)