山洪灾害监测预报预警平台建设

山洪灾害监测预报预警平台建设

宋晓姣

新疆生产建设兵团第十二师水资源管理中心新疆乌鲁木齐830001

摘要：近年来，我国开展了大规模山洪灾害防治项目建设，初步建立了自动监测预警系统与群测群防互补的监测预警体系，有效增强了基层山洪灾害防御能力。中国水利水电科学研究院在项目实施中，采用大数据和云计算理念，基于分布式水文模拟技术建设了国家山洪灾害监测预报预警平台，有助于实现山洪灾害监测预警向精细化预报预警的转变，对我国山洪灾害防御工作具有重要意义。

关键词：山洪灾害；灾害监测；灾害预警；预报预警平台

引言：该平台自2015年起提供全国山洪灾害气象预警信息服务，2018年汛期实现业务化试运行，用于国家、省级应急响应信息服务，并开展了全行业洪涝减灾预警应用。以大规模精细化体系架构为基础，今后应继续提升平台的预报预警能力，提高新时代山洪灾害防御水平，达到与美国正在研发的国家水模型相当的技术水平，实现全国53万个小流域、368万条沟道河流的时空连续预报预警，为管理部门、社会公众等提供水文信息服务。

1我国山洪灾害监测预报预警平台的特点分析

该平台自2015年起提供全国山洪灾害气象预警信息服务，2018年汛期实现业务化试运行，用于国家、省级应急响应信息服务，并开展了全行业洪涝减灾预警应用。以大规模精细化体系架构为基础，今后应继续提升平台的预报预警能力，提高新时代山洪灾害防御水平，达到与美国正在研发的国家水模型相当的技术水平，实现全国53万个小流域、368万条沟道河流的时空连续预报预警，为管理部门、社会公众等提供水文信息服务。

（1）实现了缺资料地区洪水预报预警，填补了国内空白，推动了中国水文学科的发展。（2）降雨时空分布特征检测。认识了全国区域气候特征和设计暴雨时空分布规律，揭示了局地短历时、强降雨的致灾暴雨特点，融合多源异构降雨数据，为构建天气发生器中降雨模拟模型提供降雨特征信息。（3）小流域下垫面异质性量化。基于大规模高精度地形地貌信息，系统分析了小流域水文几何特征和霍顿地貌特征，提出不均匀系数、加权坡度等反映小流域内部异质性的参数集。（4）产流机制时空动态变化识别。开发了全国小流域土壤质地类型数据集，归纳7项土壤水力特征参数取值，基于土力学渗流理论识别12种标准土壤6h暴雨最大下渗深度，进而研发了具有普适性的基于地貌水文响应单元的时空变源混合产流方法[1]。（5）大范围精细化非线性汇流技术。基于高精度地形地貌数据，充分考虑流域内空间分布异质性，提出基于数字高程模型（DEM）网格、考虑雨强影响汇流非线性的分布式单位线法，形成53万个小流域不同雨强和时段的分布式单位线组，全国330个水文站1万多场实测资料检验结果表明洪峰流量精度提高20%以上。（6）风险快速精准识别。开发多源数据综合与空间归一化分析方法，实现山洪风险精准识别和暴雨山洪异常事件快速空间发现，支撑全国多层级山洪灾害防御信息服务[2]。（7）大规模精细化高性能并行计算。开发高效并行加速算法，解决精细化洪水实时预报预警时效性需求，1min内可完成1500个分布式水文模型实时连续模拟。

2山洪灾害监测预报预警平台建设实例分析

2.1案例分析

我师2011年度104团山洪灾害防治县级非工程措施项目，批复总投资780万元，全部为国家拨款。团级投资545万元，师级投资235万元。主要建设内容：公网自动雨量监测站13个，简易雨量监测站15个，公网自动水位监测站6个，团级监测预警平台1个，师级异地视频会商系统1个;数据库管理系统2套，地理信息系统2套，师级山洪灾害监测预警信息管理软件及系统集成1套，团场山洪灾害监测预警系统软件及系统集成1套。项目已竣工验收，目前使用正常。

2014年度山洪灾害防治县级非工程措施项目分为二个标段，第一标段为2014年度山洪灾害防治县级非工程措施补充完善项目（监测系统补充完善Ⅱ标段），第二标段为2014年度山洪灾害防治县级非工程措施补充完善项目Ⅳ标段。批复总投资77.62万元，全部为国家拨款。团级投资51.16万元，师级投资26.46万元。主要建设内容：1个师级平台，1个监测图像站，4个监测视频站。1个团场移动巡查设备、系统软件部署、团级预案、中心连队预案编制；开展培训和演练，发放宣传手册，明白卡、警示牌、宣传栏。工程已完成分部验收，因部分软件系统需要兵统一招标，软件系统没有安装和调试，所以没有竣工验收。

2015年度山洪灾害防治县级非工程措施项目分为二个标段，第一标段2015年度山洪灾害防治县级非工程措施补充完善项目（监测系统补充完善Ⅱ标段），第二标段2015年度山洪灾害防治县级非工程措施补充完善项目Ⅴ标段。批复项目总投资110.87万元，全部为国家拨款。其中师级投资110.87万元。批复建设的主要内容为：7个监测视频站，团级培训和演练。工程已完成自验，因部分软件系统需要兵统一招标，软件系统没有安装和调试，所以没有竣工验收。

2016年度山洪灾害项目实施的项目师本级1个，团场单位1个，共建设2个图像监测站、1个视频监测站，组成雨水情测站网；补充完善预警系统、团级山洪灾害监测预警平台、山洪灾害监测预警信息管理及共享系统、群测群防体系和综合保障体系建设等。工程已完成分部验收，因部分软件系统需要兵统一招标，软件系统没有安装和调试，所以没有竣工验收。

2.2存在的问题

一是运行维护管理难度较大，山洪灾害预警系统雨量站、水位站、无线广播站等设备均露天外置，且大部分位置偏远，日常运行维护的工作量较大。二是县级监测预警平台和系统的维护也需要足够专业技术支撑和后期保证。没有专业的维护人员，针对具体设备，具体问题不能及时解决问题。三是资金缺口大，后期维护没有资金保障，尤其是后期设备需要更换的时候不能及时更换[3]。四是建议兵团水利局统一对运行使用、维修维护等统一做具体要求。切实保障每年的维修维护费用，或由兵团水利局统一维修维护升级等。

2.3加强山洪灾害监测预报预警平台建设

（1）提出全国山洪预报预警模型基本框架。基于全国小流域基础数据集，综合考虑地形地貌、气候及水文地质区域特征，参考省界和自然地理区划，将全国划分为132个预报预警集群和5245个模型（平均面积1643km2），涉及53万个小流域（平均面积16km2）和368万条沟道河流，覆盖国土面积862万km2，为不同自然地理格局下参数区域化提供依据，实现缺资料地区洪水预报预警。（2）研发中国山洪分布式流域水文模型CNFF（ChinaFlashFlood-HydrologicalModel）。建立全国全尺度流域水系拓扑关系和编码体系，采用流域、河段、节点、分水、水源、洼地、水库7类水文要素构筑数字化流域，构建流域CNFF模型，耦合面雨量、蒸散发、产流、汇流、河道演进、水库调蓄等6类水文过程。（3）开发模块化、多时空尺度松散耦合的洪水模拟框架，构建覆盖流域水文循环全过程的水文算法库，形成全国小流域区域化参数库[4]。（4）基于多过程自动链接模拟技术，综合利用全国小流域基础数据集、调查评价成果库、水文气象数据库等天空地多源数据，实现不同时间（分钟、小时和日）、空间（全国、集群、模型和小流域）尺度水循环多过程连续、场次和情景模拟及集合预报，预见期为6h~30d。

结束语：

总之，做好山洪灾害监测预报预警平台的建设，有助于科学与预测山洪灾害。这对人们的生产生活，甚至是生命财产安全都有重要意义。因此，需要进一步加强这方面的研究。

参考文献：

[1]张平仓,丁文峰,王协康.山洪灾害监测预警关键技术与集成示范研究构想和成果展望[J].工程科学与技术,2018,50(05):1-11.

[2]边玉国,李彩娟,李积军.山洪灾害监测预警系统设计研究[J].矿山测量,2018,46(04):25-28.

[3]敬双怡,王泽君,李卫平,莘明亮,任波,黄立志.基于流域模型法的山洪灾害监测预警系统[J].排灌机械工程学报,2018,36(01):35-41.

[4]马建明,刘昌东,程先云,吴剑.山洪灾害监测预警系统标准化综述[J].中国防汛抗旱,2014,24(06):9-11.