水文氣象融合技術(shù)在山丘區(qū)中小河流預(yù)警中的應(yīng)用

文/蔡國(guó)成 李京兵 史 俊 張錦堂 朱衛(wèi)平 舒 雷

作者單位：

1.安徽沃特水務(wù)科技有限公司

2.安徽省水文局

山洪災(zāi)害是當(dāng)前我國(guó)自然災(zāi)害造成人員傷亡的主要災(zāi)種，我國(guó)因洪水影響致亡人數(shù)中，山洪影響致亡比例占70%以上。安徽省地處華東腹地，位于暖溫帶與亞熱帶的過(guò)渡帶，氣候多變,暴雨頻發(fā)。皖南山區(qū)、大別山區(qū)地勢(shì)陡峭,是安徽暴雨中心區(qū)域,歷來(lái)受山洪影響頻繁。山丘區(qū)因山高谷深，溪河密集，降雨迅速轉(zhuǎn)化為水流，且匯集快、流速大，降雨后很短時(shí)間就會(huì)形成災(zāi)害，預(yù)警預(yù)報(bào)難度大。及時(shí)預(yù)警和提供通俗易懂的預(yù)警信息變得尤為重要?；诎不帐〗陮?duì)山洪災(zāi)害預(yù)警雨量閾值的研究成果，并應(yīng)用氣象短臨時(shí)段降雨預(yù)報(bào)技術(shù)融合，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了山洪預(yù)警預(yù)報(bào)系統(tǒng)，使原有單一利用落地降雨進(jìn)行預(yù)警發(fā)展成落地降雨加未來(lái)短臨時(shí)段降雨的預(yù)警模式，并直觀展示，有效延長(zhǎng)山洪災(zāi)害預(yù)警時(shí)長(zhǎng)，為及時(shí)避險(xiǎn)爭(zhēng)取寶貴時(shí)間。

系統(tǒng)概況

系統(tǒng)主要由實(shí)況毛雨計(jì)算模塊、PA 計(jì)算模塊、實(shí)況凈雨計(jì)算模塊、未來(lái)降雨獲取、解析、關(guān)聯(lián)模塊以及毛雨預(yù)警模塊、凈雨預(yù)警模塊和毛雨+未來(lái)降雨預(yù)警模塊、凈雨+未來(lái)降雨預(yù)警模塊組成（見(jiàn)圖1）。

系統(tǒng)每隔5 分鐘計(jì)算逐1、2、3、6h 的預(yù)警對(duì)象以上流域?qū)崨r面平均毛雨量，并結(jié)合PA 計(jì)算模塊滾動(dòng)計(jì)算流域面平均凈雨，關(guān)聯(lián)各個(gè)預(yù)警對(duì)象的毛雨、凈雨預(yù)警閾值進(jìn)行預(yù)警。系統(tǒng)融合氣象短臨時(shí)段降雨成果后，將獲取的短臨時(shí)段降雨文件解析成以10 分鐘為單位的數(shù)據(jù)，將解析的預(yù)報(bào)網(wǎng)格數(shù)據(jù)與預(yù)警對(duì)象以上流域網(wǎng)格進(jìn)行關(guān)聯(lián)計(jì)算，實(shí)現(xiàn)實(shí)況雨量與預(yù)報(bào)雨量的無(wú)縫銜接，并與相應(yīng)雨量閾值進(jìn)行比較，實(shí)現(xiàn)臨近預(yù)警。

系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

本系統(tǒng)的建立基于安徽省山洪災(zāi)害調(diào)查評(píng)價(jià)雨量閾值成果數(shù)據(jù)、全省實(shí)時(shí)雨量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和氣象短臨降雨預(yù)報(bào)成果，系統(tǒng)建立的關(guān)鍵在于如何將成果有機(jī)融合應(yīng)用，山丘區(qū)中小河流在山洪災(zāi)害調(diào)查中明確了預(yù)警對(duì)象和成災(zāi)水位，并通過(guò)水文計(jì)算轉(zhuǎn)化為雨量閾值。預(yù)警對(duì)象的雨量閾值與實(shí)時(shí)、預(yù)報(bào)降雨關(guān)聯(lián)的結(jié)合點(diǎn)為預(yù)警對(duì)象以上的流域邊界，通過(guò)流域邊界計(jì)算實(shí)時(shí)面平均雨量和提取未來(lái)預(yù)報(bào)降雨，將實(shí)時(shí)和未來(lái)降雨與不同時(shí)段雨量閾值進(jìn)行比較，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)+未來(lái)降雨雨量直接預(yù)警技術(shù)（見(jiàn)圖2）。

>圖1 系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)組成

> 圖2 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)路線圖

系統(tǒng)應(yīng)用

2020年7月6日至7日，安徽省皖南山區(qū)降暴雨、大暴雨，局部特大暴雨，面平均雨量104mm。其中績(jī)溪縣大谷站達(dá)246mm、黟縣黟縣站235mm、休寧縣蘭田站228mm、歙縣溪頭站214mm。

圖3 為系統(tǒng)實(shí)際工作界面，信息包含了毛雨預(yù)警、凈雨預(yù)警以及結(jié)合氣象短臨預(yù)報(bào)降雨的預(yù)報(bào)預(yù)警。房屋圖形表示預(yù)警對(duì)象，從圖中左半部分可以看出7 月7 日6 時(shí)根據(jù)落地降雨和預(yù)報(bào)降雨值該區(qū)域發(fā)生預(yù)警，隨時(shí)間推移，結(jié)合實(shí)際發(fā)生的落地降雨和預(yù)報(bào)降雨部分預(yù)警對(duì)象預(yù)警類型發(fā)生變化，逐漸變化為以實(shí)際落地降雨為主的預(yù)警。從7 月7 日8 時(shí)的部分預(yù)警對(duì)象來(lái)分析，其開(kāi)始預(yù)警時(shí)間至少提前了2小時(shí)，對(duì)于山丘區(qū)中小型河流洪水匯流快的特性，提前2 小時(shí)在洪水避險(xiǎn)中已經(jīng)具有很大的意義。

結(jié) 語(yǔ)

本系統(tǒng)通過(guò)將氣象短臨時(shí)段降雨預(yù)報(bào)成果與已有的山洪災(zāi)害調(diào)查評(píng)價(jià)成果進(jìn)行融合，突破了水文學(xué)限制，達(dá)到了延長(zhǎng)預(yù)見(jiàn)期的目的，本文中山丘區(qū)中小河流防護(hù)對(duì)象預(yù)警已經(jīng)發(fā)揮作用，達(dá)到了至少提前2 小時(shí)預(yù)見(jiàn)期。后期如融合3h、6h 的氣象短臨時(shí)段預(yù)報(bào)，將進(jìn)一步提高山丘區(qū)洪水災(zāi)害預(yù)警預(yù)見(jiàn)期。

>圖3 臨災(zāi)預(yù)警圖