水情及山洪灾害预警发布系统

水情及山洪灾害预警发布系统

陈兵1,史世旺1,李会会2

（1. 北京北科博研科技有限公司）

（2. 北京金水信息技术发展有限公司）

摘要：预警系统主要根据实测或预报参数值（雨量、水位、流量、墒情、温度）以及水库等调度等信息，推测（或已经发生）灾害发生的可能性、时间延迟、空间范围；并根据发生灾害的可能性、危害性、时间差，制定应急方案；并对应急方法组织执行，包括通知下达（通知方式可以是短信、电话传真、广播、互联网等通知方式）和执行方案(如人员撤离、泄洪、财产保护等)，尽量减少和规避人民生命财产和国民经济损失。

关键词：洪水、枯水、山洪、预警发布、临界雨量、动态临界、应急预案

0 引言

山洪灾害是指由于降雨在山丘区引发的洪水灾害及由山洪诱发的泥石流、滑坡等对国民经济和人民生命财产造成损失的灾害。山洪灾害的形成是由地形地貌、地层岩性、大气降雨等多种因素综合作用的结果, 其中降雨是最活跃、最主要的因素, 降雨量或雨强的控制性指标(临界雨量或临界雨强) 是山洪灾害气象预报预警与制定综合防治规划方案的关键依据。山洪、泥石流的形成是自然因素和人类活动综合影响的结果。自然因素主要包括地形、地貌、岩性、构造、降雨量及降雨强度、植被覆盖率等，而人为因素主要指人为活动强弱及对自然的改造程度等。

水情灾害主要分为洪水和枯水灾害，根据水情预警依据洪水量级、枯水程度及其发

展态势，由低至高分为四个等级，依次用蓝色、黄色、橙色、红色表示，即：洪水蓝色预警（小洪水）、洪水黄色预警（中洪水）、洪水橙色预警（大洪水）、洪水红色预警（特大洪水）；枯水蓝色预警（轻度枯水）、枯水黄色预警（较重枯水）、枯水橙色预警（严重枯水）、枯水红色预警（特别严重枯水）。

1 需求概述

“水文及山洪灾害预警发布系统”主要围绕实时监测信息、未来预报信息；通过对历史的灾害和数据进行调查评价，制订相关的风险图和特征指标；通过模型对监测和未来预报进行分析数据，推测发生灾害的可能性，对有可能产生灾害的，根据级别发送给相关人员；相关人员对预警数据进一步分析、归纳、整理之后，决定是否启动预警；并根据之前制订的应急预案，对社会公众通过各种渠道进行发布，并组织相关灾害影响区域人员和财产的转移。

2 总体架构

水文及山洪灾害预警发布系统总体架构图如下：

统总体架构图

数据采集层：主要由设备及雷达等采集到基础要素数据。

支撑平台层：主要由统计数据接收平台和WATF支撑平台组成，完成软件的基础指标、常数、视图、用户、权限、资源、GIS控制、数据管控及对上层应用的支撑。

调查评价层：对灾害及影响的社会经济数据进行调查并对历史资料进行分析评价，给出预警模型的特征指标。并根据社会经济数据，给出各种指标的分级。

实时预警层：通过临界雨量模型、雨量经验模型、动态临界雨量模型、水文预报方法计算可能产生的预计值、时间和级别。

预警应用层：对预警产生的数据进行分析，包括对实时数据、未来数据、监测影像、气象云图，根据预警编制的应急预案制定相关的预警发布和后续措施。

水情雨情包括：

雨量预警包括：

3 系统功能 3.1 调查评价

3.1.1 单站临界雨量法

单站临界雨量法是通过对不同雨量站长系列资料进行综合对比分析筛选, 计算出临界雨量值, 对雨量站和雨量站点资料精度要求较高。同时可以根据单站临界雨量推算出区域临界雨量。

假设区域内共有S 个雨量站，共发生山洪灾害N 次，共统计T 个时间段的雨量，Rtij 为t 时段第i 个雨量站第j 次山洪灾害的最大雨量，则各站每个时间段N 次统计值中，最小的一个为临界雨量初值，即初步认为这个值是临界雨量，计算公式如下：

()

()N

j

R Min R tij ti 1临界==

单站临界雨量计算公式

3.1.2 区域临界雨量

⑴ 算平均值

()

S

R

R s

i ti t ∑==

1

临界

（t=10分钟、30分钟……过程雨量）

区域平均临界雨量

t R 可视为区域内大范围的平均情况，是即当面降雨量超过t R 时，区域内有可能发

生山洪灾害。

⑵ 统计最小值

()

()S ，i R Min R ti t 21min ==

区域最小临界雨量

min t R 可视为区域内致灾降雨强度的必要条件，即只有当区域内至少有一个测站雨强

超过min t R 时，区域内才有可能发生山洪灾害。

⑶ 统计最大值

()

()S i R R ti t 2,1m ax max ==

区域最大临界雨量

max t R 可视为区域内发生山洪灾害的充分条件，即当区域内每个站点雨强都超过max

t R 时，区域内将会有大范围的山洪灾害发生。

3.1.3 区域临界法

区域临界雨量分析法所确定的区域山洪灾害临界雨量可作为判断区域内有无山洪灾害发生的指标, 但无法判别区域内受灾面积的大小及灾害严重程度。但这种方法对资料要求不高，对于雨量站密度相对较小的区域，比较适用。

统计N 次山洪灾害各时段最大雨量面平均值的最小值，即为各时段区域山洪临界雨量初值。

()

()N ，j R Min R tj t 21==临界

区域临界雨量计算公式

3.1.4 灾害与降雨频率分析法

通过对灾害场次的调查，分析山洪灾害发生的频率，分析计算与灾害相同频率的降雨量、年最大雨量等值线图和变差系数等值线图，即可将山洪灾害区域的各频率设计雨量可以计算出来，取与山洪灾害发生频率相同的降雨量设计值即为临界雨量初值，这里假定灾害与降雨同频率，如根据资料分析认为两者不同频率折算后，确定与灾害频率相应的降雨频率，求出降雨设计值作为临界雨量初值。通过与周边邻近地区的临界雨量进