基于GIS的山洪灾害预警指标研究与实践

基于GIS的山洪灾害预警指标研究与实践

俞婷

云南省水利水电科学研究院 云南省昆明市 650228

摘要：改革后，随着我国得科学技术不断进步。本文针对山洪灾害非工程措施中合理确定临界雨量预警指标的问题，在获得足够历史雨量资料基础上，按照山洪灾害临界雨量计算方法，开展临界雨量初值计算的研究。利用GIS空间数据管理能力，为危险监控点提供快速的预警指标支持，并开展实施，实践证明预警指标与实际情况基本相符，为合理避险转移提供了支撑。

关键词：山洪灾害；预警指标；GIS

引言

受自然（如降雨、地形地质等）和经济社会因素（如房屋选址不当、开矿、采石等）共同影响，山洪灾害具有点多面广、突发频发、成灾快、破坏力强等特点，已成为造成人员伤亡和经济损失的主要灾种之一，是我国防洪减灾工作的难点。及时准确的山洪灾害预报预警是有效防御山洪灾害的非工程措施之一，其关键是合理确定预警指标。2010年以来，水利部组织实施了全国山洪灾害防治项目建设，完成了首次全国山洪灾害调查评价，分析确定了沿河村落山洪灾害预警指标，为及时准确预警和山洪灾害防御提供了有力的基础支撑。据统计，2011－2020年因山洪灾害年均死亡人数约333人，相比于10年前减少了70%。然而，现阶段预警指标分析主要采用经验方法和设计暴雨洪水方法，未考虑土壤含水量等实时动态因子对暴雨洪水过程的影响，所求预警指标为“静态”的定值，且以监测降雨为主要预警信息源，导致空报误报迟报现象时有发生，预警精准度和预见期有待提升。

1基于GIS的山洪预警体系基本理论

借助GIS应用平台，可以轻松维护和使用地理数据库，并可对地理数据库进行空间分析，解决自然过程模拟和揭示现象分布等问题，尤其可把空间分析结果进行图形视觉化。而山洪灾害预警又需要掌握全面的空间信息，两者的结合可提高预警体系的有效性。

1.1安全区和危险区的界定

在充分掌握山洪灾害普查成果的基础上，结合气候和地形地质条件、人员分布、可能发生的山洪灾害类型及其程度和影响范围，合理界定山洪防治区的危险区和安全区。主要遵循以下方法和原则：（1）对所有已经发生过山洪灾害且具备山洪灾害发生条件的村庄一律划分为危险区。（2）目前仍未发生山洪灾害，但具有重要保护价值且具有山洪灾害发生条件的村庄也划分为危险区。（3）为便于统计，划分边界一律以自然村为界。安全区作为危险区居民的避灾场所，通常设置在高程较高、地势平坦和坡度平缓的地方，从危险区向安全区转移时，尽量避开河道、沟口等地方。

1.2预警指标的分析方法

山洪灾害的形成原因是多方面的，主要包括有大气降雨、地形地貌、土壤含水量和汇流时间等因素，其中大气降雨是关键因素之一。目前在山洪灾害预警应用中多采用临界雨量或临界雨强指标，我国临界雨量预警指标目前多采用统计分析法，该方法在弱化山洪灾害发生的物理机制基础上，只对历史降雨数据进行统计分析，寻找降雨强度与山洪灾害的关联规律。

2实际工程应用

2.1雨量预警指标分析方法

实时动态雨量预警指标采用成灾水位和设计暴雨洪水反推临界雨量的分析计算方法确定，包括确定预警时段、分析流域土壤含水量、计算临界雨量、综合确定预警指标等主要环节。基本方法是根据成灾水位反推流量，再由流量反推临界降雨。根据成灾水位，采用比降面积法、曼宁公式或水位流量关系等方法，推算出成灾水位对应的流量值，再根据设计暴雨洪水计算方法和典型暴雨时程分布，考虑土壤含水量的动态变化，反算设计洪水洪峰达到该流量值时，各个预警时段设计暴雨的雨量，即为防灾对象的临界雨量。最后根据临界雨量和预警响应时间综合确定雨量预警指标，并分析成果的合理性。其中，土壤含水量状态信息可采用水利部门或专业单位动态发布的当前土壤含水量数据，或采用流域分布式水文模型或构建小流域土壤含水量动态模拟模型等方法分析计算。对西南、西北地区滑坡、泥石流多发区，山前冲积扇河段等特殊区域，应考虑河道淤积、壅水等不利影响，适当降低临界雨量。

2.2危险区划定

在山洪灾害防治规划的基础上，根据全县小流域地质地貌、降雨及流域分界等实际情况进行防治分区细化。按照《山洪灾害防治规划报告》，划分为重点和一般防治区两级，划分以自然流域为界，在同一个灾害类型内的相邻流域划分为同一防治区；在同一个流域内不同灾害类型之间以高一级的防治类型划分；划分防治分区以降雨、地形及灾害成因为分界线。在防治区划分的基础上，依据历年山洪灾害暴发的情况，结合当地基本社会情况及地形情况、科学开展危险区界定工作。全县共划分那供、扶山、归德等88个自然村、屯为危险区，88个安全区，主要分布在24条小流域沿河两岸。

2.3山洪灾害实时动态预警分析模块

山洪灾害实时动态预警分析模块包括实时动态雨量预警分析子模块和实时动态水位（流量）预警分析子模块。①实时动态雨量预警分析子模块。基本功能为利用实时监测降雨数据或气象（水文）部门提供的1～6h短时临近预报降雨数据，采用经验估计法、暴雨洪水分析法及分布式水文模型分析法等方法，结合土壤含水量状态分析模块输出的当前土壤含水量数据，综合确定对应不同降雨时段的实时动态雨量预警指标，并与实时监测雨量或预报降雨量进行对比分析，综合确定实时情况下或未来1～6h山洪灾害实时动态预警等级。②实时动态水位（流量）预警分析子模块。基本功能为利用实时监测降雨数据或气象（水文）部门提供的1～6h短时临近预报降雨数据，采用分布式水文模型法，考虑前期降雨情况和土壤含水量状态，实时分析模拟防灾对象所在控制断面的水位（流量）过程，并与水位（流量）预警指标进行对比分析，综合确定实时情况下或未来1～6h山洪灾害实时动态预警等级。

结语

本文基于GIS软件建立防灾对象和雨量站的预警关系，可通过空间分布图快速获取预警指标，为发布山洪预警信息提供决策支持。通过历史资料记载和现场调查，结合历史雨量数据，采用多方法计算比较，确保临界雨量的合理性。本文的临界雨量指标考虑到的影响因素只有降雨量指标，因此具有局限性。随着广西山洪灾害防治工作的逐步推进，不断完善雨量站点建设，获得更丰富的水文资料，临界雨量指标会更精准，产生更大的社会效益。预警设备要符合群众的认知和使用习惯，需要定期对预警设备进行维护，保证预警信息及时传达到危险区居民。

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