感知层 |布点 |面向山洪灾害的水文站点布设

绿水青山

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山洪灾害主要是由降雨引起的溪河供水、滑坡、泥石流等灾害。其突发性强、危害大,已经成为我国当前防灾减灾工作中的突出问题。

雨量、水位、地形是激发山洪发生的主要因素。如果山体高度在凝结高度以上,雨量在山坡上的分布极不均匀,其原因除降雨强度随高度变化外,还与中小尺度暴雨中心的移动路径有关,它往往又是造成面积为200km2以下单沟山洪灾害的主要原因,水文站网布设的主要是为山溪洪水灾害的山洪沟。

目前国外常用的方法有统计分析法、熵理论、用户调查法以及综合法。

山洪灾害的水雨情布设方法

1. 现有水文站网布设

1.1 布设特点

通过对我国各地区现有水文站网布设情况的调查,可归纳为下面几个特点:

(1)东密西疏;(2)经济发达地区密、落后地区疏;(3)大河密、小河疏;(4)平原地区密、山区疏;(5)山洪灾害防治试点区密、非试点区疏;

1.2 水文站网布设原则

  1. 雨量站布设原则包括:①分区控制原则,②流域控制原则,③地形控制原则,④自然村为单位原则,⑤易于实施原则,⑥ 充分利用现有资源原则,⑦ 山洪灾害频发及人口密度大的村组、山洪灾害易发区的暴雨中心,视测站的的重要程度和建站条件确定。
  2. 水位站的布设原则包括:①面积100km2以上的山洪灾害严重的流域,且河流沿岸为人口密集、重要工矿企业、重要基础设施,布设自动水位站;②面积100km2以下的山洪灾害严重的流域,且河流沿岸为人口密集、重要工矿企业、重要基础设施,布设简易水位站;③重要小型水库,适当布设;④ 重要防护目标的上游;⑤ 充分考虑通信、交通等条件。
  3. 山洪灾害防治确有必要且条件允许时适当增测含沙量及蒸发量等项目。

1.3 站网类别

站网布设以水位站为主,雨量站为辅。对重要的水位站,应进行临时流量测验,分析拟定水位流量关系,并考虑利用历史洪水调查资料对延长的高水水位流量关系进行验证。

水文站在观测一段时间,积累一定的资料,暴雨洪水规律、产汇流参数、水位流量关系确定后,流量可实现间测或停测,水位流量关系发生较大变化时恢复观测。

1.4 站网管理

站网纳入各省、自治区、直辖市的水文站网统一管理。

1.5 站网布设依据

站网布设应满足山洪灾害防治的需要;符合《水文站网规划技术导则》(SL 34-92)的要求。

2 山洪灾害防治区气象站网布设原则

基本气象站网主要是监测大气中中间尺度(水平尺度在105m、时间尺度为104s)以上天气尺度系统的运动状况的。对于引发山洪灾害的中小尺度系统因监测站网稀疏,监测困难。因此,很有必要在目前大气监测网的基础上,合理布设适应山洪灾害监测需要的气象监测站网,这是做好强降雨及其产生的山洪灾害预报、预警和预防工作的前提。

2.1气象站网基本情况

目前气象站网布设基本按行政区进行。但是具有如下特点:

(1)布局东密西疏,平原多,山地少;

(2)特种观测站点少,分布不合理;

(3)部分探空站、天气雷达站亦由于高层建筑遮挡,形成盲区,限制了探测范围;

(4)目前我国的天气雷达获得的探测信息少,技术性能偏低,可靠性和稳定性差,组网能力弱等;

(5)特种观测仪器与观测方法、测试分析手段、质量控制等方面基础薄弱,观测项目少。

2.2气象站网布设原则

山洪灾害防治区气象站网布设原则目前布设的基本气象站网主要是监测大气中中间尺度水平尺度在105m、时间尺度为104s以上天气尺度系统的运动状况的。在满足要求精度的前提下,站距尽可能大、站网密度尽可能少,山洪灾害防治区气象监测站网布设设计原则也应遵循这一科学原则。

贯彻《全国山洪灾害防治规划技术大纲》中强降雨是由中小尺度天气系统产生的,山洪灾害防治区要以满足对中小尺度天气系统监测分析和实时山洪灾害预警预报的要求为原则,以现有气象站网为基础,综合考虑各部门业务需求,布设气象监测系统站网。

根据上述原则,综合考虑通信条件、信息收集、管理维护和电力供应等方面环境条件,实事求是地进行布设,以保证站网的正常运行。

2.3 自动气象站和自动雨量站网

(1)自动气象站:指能自动收集和传递气象信息的观测装置。在某一地区根据需要,建设的能够自动探测多个要素,无需人工干预,即可自动生成报文,定时向中心站传输探测数据的气象站,是弥补空间区域上气象探测数据空白的重要段。由气象传感器、微电脑气象数据采集仪、电源系统、防辐射通风罩、全天候防护箱和气象观测支架、通讯模块等部分构成。可进行气压、气温、湿度、风向、风速、降水等项目的连续监测,并将数据远程传输。在山洪灾害重点防治区,自动气象站间距设计为20~40km;一般防治区40km左右。

(2)自动雨量站:自动雨量站是用于测量并记录各种雨量信息的综合观测仪器。具有抗干扰能力强,全户外设计,测量精度高,存储容量大,方便组网,全自动无人值守,运行稳定等特点。自动雨量站由数据采集仪、翻斗雨量传感器、上位机软件、通讯单元及供电系统等部分构成。在山洪灾害重点防治区,自动雨量观测站间距设计为10~20km,一般防治区按间距20~40km的标准布设雨量站网。

2.4 多普勒天气雷达站网

多普勒天气雷达,是一种主动遥感的探测工具,在测量云、降雨和各种强对流天气发生发展内在因素方面有重要的应用,其工作原理即以多普勒效应为基础,可以测定散射体相对于雷达的速度,在一定条件下反演出大气风场、气流垂直速度的分布以及湍流情况等。这对警戒强对流天气等具有重要意义。

通过建设多普勒天气雷达,可以提高影响山洪灾害发生的强降雨和长时间降雨的预报准确率,同时还能为山洪灾害发生后政府指挥救灾提供更为有效的气象服务。

2.5 雷电定位监测站网

雷电活动往往与导致山洪灾害发生的暴雨等强对流天气现象相关密切。雷电定位监测仪通过对雷电辐射的声、光、电磁场信息的测量,进而确定雷电放电的空间位置和放电参数,实时监测探测范围内雷暴的发生、发展、移动方向等,从而加强灾害性天气的监测和预报,提高山洪灾害强降雨预报准确率。雷电定位监测与天气雷达相配合,可以更好地发挥雷达的作用。

在山洪灾害重点区域增加雷电监测系统,重点地区雷电监测系统的雷电定位监测子站间距设计为100km。

2.6 地球观测系统(EOS)探测信息地面接收站网

地球观测系统(EOS)探测信息地面接收站网,可以对整个地球从陆地、海洋到大气层,用可见光和红外光谱,以1~2d的全球覆蓋周期进行全方位的系列观测。

山洪灾害重点省(区),地球观测系统(EOS)探测信息地面接收站间距设计为400km。

2.7 静止气象卫星探测信息地面接收站网

气象静止卫星实现对中国区域的大气变化连续监测,可获取可见光和红外光图、云中水汽含量、云顶温度等信息。为山洪灾害的监测预警提供丰富的产品。

布设原则:在地(市)级气象台建立静止气象卫星探测信息地面接收站。

2.8 风廓线监测网

风廓线监测主要用于弥补常规探空站网探测的时空密度不够。它与多普勒天气雷达相配合,可以实时获取逐时(最快以3min间隔)更新的水平风速、风向廓线、垂直速度廓线、FFT谱谱宽W和湍流折射率结构常数的廓线,对提高山洪灾害预报模式的精度和预报准确率有着积极的作用。在充分利用我国气象部门风廓线布点设备的基础上,在山洪灾害重点区域增设风廓线仪,山洪灾害重点区域的风廓线监测站间距设计为150km。

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