城市山洪災(zāi)害防御體系運(yùn)行管理研究

蔣盛聞 竇維玲

1.文山壯族苗族自治州氣象局 云南 文山 663000；

2.文山州馬關(guān)縣融媒體中心 云南 文山 663000

1 城市山洪災(zāi)害成因

1.1 地質(zhì)構(gòu)造方面

文山丘陵、山區(qū)還有半山區(qū)均具有以下特點(diǎn)：首先是地勢的落差明顯，使得降雨匯流時間大幅縮短，同時蓄水能力也會受到影響。其次是難以做到長時間抵抗外界沖刷，多地的地表均存在明顯的風(fēng)化情況，在水流持續(xù)沖擊下，有較大概率引發(fā)滑坡或是變形等問題，導(dǎo)致地質(zhì)災(zāi)害出現(xiàn)。再次是地表上方所覆蓋土層的厚度偏薄，在抗侵蝕方面的表現(xiàn)較差，一旦出現(xiàn)短時強(qiáng)降雨，便會在降雨的強(qiáng)烈沖擊下產(chǎn)生泥漿徑流[1]。最后是山區(qū)地勢及地形較為復(fù)雜，極易給降雨云系造成負(fù)面影響，在迎風(fēng)坡較多的城市，還會出現(xiàn)降雨時間延長或降雨量增加的情況。

1.2 降雨強(qiáng)度方面

文山較易由于短時強(qiáng)降雨而引發(fā)山洪，尤其在丘陵和山區(qū)等區(qū)域，受特殊地質(zhì)構(gòu)造影響，上述區(qū)域普遍存在地面水平落差大的情況，無形中加快了降雨匯流的速度，使得山洪出現(xiàn)概率大幅增加。

1.3 人為因素影響

在經(jīng)濟(jì)社會持續(xù)發(fā)展的背景下，人類所開展社會活動給環(huán)境所造成影響也以更加直觀的方式呈現(xiàn)了出來。研究表明，開礦修路、開墾濕地還有毀林開荒等活動，均會給河道所具有行洪能力造成影響，導(dǎo)致水土流失程度加劇，進(jìn)而在一定程度上增加山洪災(zāi)害出現(xiàn)的可能性。

2 城市山洪災(zāi)害特征說明

文山地形較為復(fù)雜，高山溝谷、山丘區(qū)占比較大，受氣候、高度以及地形地貌影響，該地山洪災(zāi)害往往具有以下特征：其一，多為突發(fā)災(zāi)害，難以做到準(zhǔn)確預(yù)測，對其進(jìn)行防御的難度相對較大。其二，具有突出的易發(fā)性，只要降雨強(qiáng)度達(dá)到或是超過限值，便有極大概率引發(fā)山洪。其三，季節(jié)性明顯，該地山洪災(zāi)害多發(fā)于夏季，即每年的6月至8月，這主要是因?yàn)橄募窘涤甓?，若降雨量超出該地所能承載限值，出現(xiàn)山洪災(zāi)害的概率將大幅增加。其四，山洪瞬時流量極大且災(zāi)害持續(xù)時間短，通常伴有相應(yīng)的次生災(zāi)害，例如，山體滑坡或是泥石流，若未能做到及時轉(zhuǎn)移居民，將使居民財產(chǎn)還有生命安全受到嚴(yán)重威脅[2]。

3 城市山洪災(zāi)害防御體系研究

山洪防御體系通常包括四個子系統(tǒng)，各子系統(tǒng)所負(fù)責(zé)工作各不相同，分別是監(jiān)測、通信、預(yù)警還有決策，在對該系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時，有關(guān)人員應(yīng)對以下內(nèi)容引起重視：

3.1 監(jiān)測系統(tǒng)

該系統(tǒng)由四部分組成，分別是水文監(jiān)測，滑坡監(jiān)測，氣象監(jiān)測，泥石流監(jiān)測。各系統(tǒng)均有專業(yè)監(jiān)測站對應(yīng)，由各級主管部門負(fù)責(zé)對監(jiān)測站進(jìn)行管理，各系統(tǒng)間依托網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，確保信息可獲得實(shí)時共享。水文監(jiān)測站負(fù)責(zé)對水文信息進(jìn)行收集，包括流速、水位和流量等?；录澳嗍鞅O(jiān)測站所監(jiān)測對象為滑坡、泥石流數(shù)據(jù)，同時負(fù)責(zé)將整理所得結(jié)果上報至有關(guān)部門，通過以點(diǎn)帶面的方式，實(shí)現(xiàn)群測群防的目標(biāo)。氣象監(jiān)測所收集信息以地面徑流為主，另外，還可酌情加入風(fēng)向、氣壓、溫濕度及風(fēng)速等，監(jiān)測期間要求指揮部門以實(shí)際情況為依據(jù)，充分利用人員采集、視頻采集等方式，對各地信息進(jìn)行準(zhǔn)確且快速的采集。

3.2 預(yù)報預(yù)警系統(tǒng)

山洪預(yù)警指的是在發(fā)現(xiàn)可能發(fā)生山洪災(zāi)害時，有關(guān)部門為動員當(dāng)?shù)厝罕娍焖俎D(zhuǎn)移而發(fā)布的一系列警報。若以發(fā)布預(yù)警的主體為依據(jù)，可將該系統(tǒng)分成水文預(yù)警、氣象預(yù)警兩部分，其中，水文預(yù)警強(qiáng)調(diào)以水文職能部門為主體，結(jié)合監(jiān)測所得數(shù)據(jù)發(fā)布相關(guān)預(yù)警。氣象預(yù)警所依托信息，主要是成災(zāi)雨強(qiáng)、實(shí)際降水量，要求氣象部門以當(dāng)?shù)厍闆r為依據(jù)，及時制作并發(fā)布相關(guān)預(yù)警。出于提高預(yù)報準(zhǔn)確性的考慮，各部門間應(yīng)做到協(xié)同合作，將山洪災(zāi)害所造成損失降至最低。

有關(guān)山洪災(zāi)害預(yù)防預(yù)警系統(tǒng)的工作流程，如圖1所示：

圖1 山洪災(zāi)害預(yù)報預(yù)警流程

3.2.1 設(shè)定預(yù)警等級。有關(guān)人員可根據(jù)預(yù)報對當(dāng)?shù)亟涤炅?、降雨?qiáng)度加以明確，在此基礎(chǔ)上，借助預(yù)報技術(shù)和現(xiàn)有模型，對洪水過程進(jìn)行計(jì)算，對比降雨量限值及實(shí)際情況，確定預(yù)警等級。

3.2.1 .1 設(shè)定降雨量限值。在本項(xiàng)目中，有關(guān)人員計(jì)劃利用B/S開發(fā)該平臺，先在系統(tǒng)中導(dǎo)入文山城市歷史匯流資料、徑流資料還有預(yù)警指標(biāo)，再借助Web Service、GIS和Java對相關(guān)信息進(jìn)行直接展示，達(dá)到對信息進(jìn)行實(shí)時存儲、對預(yù)警進(jìn)行及時發(fā)布的目的[3]。該系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)對水雨情數(shù)據(jù)進(jìn)行收集并存儲，隨著該系統(tǒng)投入運(yùn)行，不僅當(dāng)?shù)氐念A(yù)警實(shí)力可得到更進(jìn)一步的提升，還能夠?yàn)槿蘸蠓烙ぷ鞯拈_展提供幫助，通過減輕山洪災(zāi)害所造成負(fù)面影響的方式，為當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)乃至社會的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

該系統(tǒng)所采取預(yù)警方法如下：以降雨量限值和實(shí)測數(shù)據(jù)為依據(jù)，若實(shí)測數(shù)據(jù)接近限值，應(yīng)提前做好轉(zhuǎn)移居民的準(zhǔn)備。如果實(shí)測數(shù)據(jù)已達(dá)到限值，則需要發(fā)布預(yù)警，同時由負(fù)責(zé)人帶領(lǐng)工作人員前往受災(zāi)區(qū)，組織居民有序轉(zhuǎn)移。對地表徑流量進(jìn)行計(jì)算的公式為：

在該公式中，Qm所描述對象為降雨所產(chǎn)生路面水量，即地表徑流量，單位是m3/a。C所描述對象為徑流系數(shù)。Q所描述對象為實(shí)時降雨量平均值，單位是mm。A所描述對象為地表面積，單位是m2。R代表徑流深度。P代表降水深度。各城市徑流系數(shù)存在顯著差異，濕潤城市的C值較大，例如，臺灣省徑流系數(shù)的平均值在0.7以上，而干旱城市的C值較小，例如，徑流匱乏的平原，其徑流系數(shù)往往在0.2左右。

表1 徑流系數(shù)取值范圍

另外，在設(shè)定降雨量限值時，有關(guān)人員應(yīng)對預(yù)警響應(yīng)時間、站點(diǎn)所處位置、現(xiàn)場地表形態(tài)和洪水的上漲速度進(jìn)行綜合考慮，以成災(zāi)水位所對應(yīng)限值為基礎(chǔ)，對立即轉(zhuǎn)移指標(biāo)、轉(zhuǎn)移指標(biāo)加以確定。研究表明，利用水文模型對降雨量限值進(jìn)行計(jì)算和利用反推法對降雨量限值進(jìn)行計(jì)算，其結(jié)果大致相同。水文模型法強(qiáng)調(diào)先分析模式所具有適用性，在選定并建立模型的基礎(chǔ)上，對其精度進(jìn)行評價，準(zhǔn)確判斷該模型是否具備良好的適用性，同時對其相關(guān)參數(shù)加以確定。隨后，對降雨量限值進(jìn)行計(jì)算，該環(huán)節(jié)要求有關(guān)人員全面收集防災(zāi)對象信息，同時完成推算臨界流量和計(jì)算限值等工作，并以計(jì)算結(jié)果為依據(jù)，綜合考慮專家建議和當(dāng)?shù)厍闆r，對預(yù)警指標(biāo)加以確定。在本項(xiàng)目中，考慮到控制斷面所對應(yīng)水位流量關(guān)系屬于典型的平緩型，具有洪水上漲速度較慢的特點(diǎn)，有關(guān)人員提出應(yīng)根據(jù)成災(zāi)水位限值對立即轉(zhuǎn)移指標(biāo)加以確定，相應(yīng)轉(zhuǎn)移指標(biāo)應(yīng)以立即轉(zhuǎn)移指標(biāo)作為基礎(chǔ)，將具體數(shù)值的浮動范圍控制在±15%以內(nèi)。對比山洪災(zāi)害發(fā)生期間降雨量、設(shè)計(jì)成果可知，上述結(jié)果具備理想的可靠性及科學(xué)性。

3.2.1 .2 劃分災(zāi)害等級?，F(xiàn)階段，我國將針對山洪災(zāi)害所發(fā)布預(yù)警劃分成三級，分別是黃色預(yù)警，橙色預(yù)警，紅色預(yù)警。其中，黃色預(yù)警是指未來24h內(nèi)該地將出現(xiàn)強(qiáng)降雨，同時降雨強(qiáng)度與限值接近，即R預(yù)≈Rt限值，降雨將持續(xù)較長時間，可能引發(fā)山洪災(zāi)害。此時便需要發(fā)布黃色預(yù)警，確保該城市能夠盡快進(jìn)入防災(zāi)狀態(tài)。橙色預(yù)警是指未來24h內(nèi)該地將出現(xiàn)強(qiáng)降雨，同時降雨強(qiáng)度可達(dá)到限值的1倍至2倍，既Rt限值＜R預(yù)≤Rt限值×2，降雨將持續(xù)較長時間。此時應(yīng)啟動該系統(tǒng)并發(fā)布橙色預(yù)警。紅色預(yù)警是指未來24h內(nèi)該地將出現(xiàn)強(qiáng)降雨，同時降雨強(qiáng)度在限值的2倍及以上，即R預(yù)≥Rt限值×2，降雨將持續(xù)較長時間。此時應(yīng)盡快啟動相關(guān)系統(tǒng)，在發(fā)布紅色預(yù)警的前提下，促使該城市盡快進(jìn)入緊急狀態(tài)。

3.2.2 預(yù)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。各部門負(fù)責(zé)對專業(yè)內(nèi)預(yù)警信息進(jìn)行發(fā)布，省級指揮部負(fù)責(zé)對綜合預(yù)警信息進(jìn)行發(fā)布，確保當(dāng)?shù)仄髽I(yè)、學(xué)校和居民點(diǎn)所具有安全性均能夠得到相應(yīng)的保證。該系統(tǒng)的預(yù)警對象是較易出現(xiàn)山洪災(zāi)害的城市。預(yù)警內(nèi)容以山洪災(zāi)害為主，同時還需要視情況增加與山體滑坡或是泥石流相關(guān)的預(yù)警。發(fā)布方式如下：由防汛部門以水文、氣象預(yù)報為依據(jù)，結(jié)合專家所提出建議下達(dá)相關(guān)指令，要求縣級部門充分利用智能手機(jī)、通信系統(tǒng)還有廣播網(wǎng)絡(luò)，對預(yù)警信息進(jìn)行及時且準(zhǔn)確發(fā)布。同時依托衛(wèi)星信道和通信系統(tǒng)，針對預(yù)警信息給出相應(yīng)的反饋。

3.2.3 發(fā)布預(yù)警信息。文山在夏季極易出現(xiàn)短時強(qiáng)降雨的天氣，不僅洪水災(zāi)害出現(xiàn)的概率較大，還有一定概率引發(fā)塌方、泥石流或是山體滑坡等嚴(yán)重災(zāi)害，導(dǎo)致居民財產(chǎn)、生命安全受到威脅。考慮到災(zāi)害較易發(fā)生在夜間，受通信系統(tǒng)制約，政府部門往往無法做到及時通知并組織居民轉(zhuǎn)移，引入廣播系統(tǒng)很有必要。事實(shí)證明，隨著廣播系統(tǒng)投入使用，上述問題均能夠得到有效解決，指揮中心可借助廣播系統(tǒng)通知居民，要求居民做好轉(zhuǎn)移或是撤離的準(zhǔn)備，為其財產(chǎn)以及生命安全提供保護(hù)。

另外，作為地形以山地為主的城市，文山具有農(nóng)村人口占比大、地形復(fù)雜的特點(diǎn)，多數(shù)居民均生活在距市區(qū)較遠(yuǎn)的山區(qū)。為保證廣播系統(tǒng)可發(fā)揮出應(yīng)有作用，有關(guān)人員提出了以下方案：除特殊情況外，均應(yīng)依托衛(wèi)星通信對廣播系統(tǒng)進(jìn)行建設(shè)。這是因?yàn)樾l(wèi)星通信可最大程度保證通信效果，確保配有接收裝置的各村屯，均能夠及時接收到相應(yīng)的訊息。在此基礎(chǔ)上，配合使用移動服務(wù)技術(shù)，此舉可有效降低對廣播系統(tǒng)進(jìn)行建設(shè)的成本，符合文山經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平。

3.3 決策系統(tǒng)

該系統(tǒng)具有功能要求多和信息量大的特點(diǎn)，可在用戶及黨政部門對決策進(jìn)行制定期間，為其提供相應(yīng)的幫助。該系統(tǒng)可被拆分成管理系統(tǒng)，服務(wù)系統(tǒng)，評估系統(tǒng)，監(jiān)測系統(tǒng)等部分，各系統(tǒng)均具有其他系統(tǒng)所無法替代的作用。此外，考慮到防治山洪災(zāi)害的工作，通常需要國土資源、防汛還有水文氣象等多個部門形成合力，有關(guān)人員決定采用兩級管理結(jié)構(gòu)，以省級、市級指揮部為主體，下設(shè)相應(yīng)的分中心，負(fù)責(zé)對國土資源、氣象以及水文資源進(jìn)行充分利用。

4 結(jié)束語

近幾年，降雨所引發(fā)山洪災(zāi)害成為社會各界關(guān)注的焦點(diǎn)，考慮到山洪災(zāi)害普遍具有破壞性以及突發(fā)性特點(diǎn)，若未能做到有效防御，不僅會使居民蒙受財產(chǎn)損失，還會給其生命安全造成威脅。本文便以相關(guān)防御體系為研究對象，圍繞該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行展開了討論，明確指出要想使防御效果達(dá)到預(yù)期，關(guān)鍵是要根據(jù)實(shí)際情況，對監(jiān)測、通信、預(yù)警以及決策系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，希望能使其他人員受到啟發(fā)。