何秉順^1,2 嚴(yán)建華³

（1 中國水利水電科學(xué)研究院 北京100038 ；2 水利部防洪抗旱減災(zāi)工程技術(shù)研究中心 北京 100038； 3 北京國信華源科技有限公司 北京 100053)

摘要：在以溪河洪水為主的山洪溝采用水位預(yù)警的方式，具有物理概念直接、可靠性強(qiáng)、適用范圍廣的優(yōu)勢，尤其適用于支溝主溝匯流洪水頂托、流域內(nèi)有調(diào)蓄工程、地下河或雪山融水等山洪預(yù)警，水位監(jiān)測站配合本地化的預(yù)警設(shè)備還可對強(qiáng)行涉水過河、漂流、河邊宿營等情況起到警示作用，因此必要提高水位預(yù)警重要性的認(rèn)識。本文在總結(jié)已有應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，提出了加強(qiáng)水位預(yù)警的四點(diǎn)建議：（1）簡易水位站應(yīng)增加報(bào)警功能，形成一體化的簡易水位報(bào)警器，根據(jù)應(yīng)用條件，報(bào)警器也可與監(jiān)測設(shè)備分離；（2）調(diào)整水位報(bào)警器的布設(shè)原則，將100平方公里每站的控制條件改為按照河流長度10-20公里間距布設(shè)；（3）根據(jù)下游保護(hù)對象分布與水位站預(yù)警區(qū)間范圍，確定上游水位站的水位預(yù)警指標(biāo)，增加洪水速升的預(yù)警指標(biāo)，即使河道內(nèi)水位未達(dá)到洪水上岸預(yù)警指標(biāo)，河道內(nèi)水位速升時也應(yīng)發(fā)出預(yù)警信息；（4）在年降雨量達(dá)到800mm之上，沿河村落人口集中的區(qū)域可增加配置水位報(bào)警站，形成以雨量預(yù)警和水位預(yù)警互補(bǔ)的體系。此外，本文以日本富山縣、神戶市為例，介紹了日本山洪災(zāi)害采用水位站監(jiān)測預(yù)警的情況。

關(guān)鍵詞：山洪災(zāi)害，監(jiān)測預(yù)警，水位，認(rèn)識

1 前言

雨量和水位是山洪災(zāi)害預(yù)警的重要指標(biāo)，2010年以來，我國持續(xù)開展山洪災(zāi)害防治項(xiàng)目建設(shè)，建設(shè)4.5萬個自動雨量監(jiān)測站，1.7萬個自動水位監(jiān)測站，雨量站與水位站數(shù)量對比約為2.8:1[1]，同時還建設(shè)了大量簡易雨量報(bào)警器、簡易水位站，形成了覆蓋山洪災(zāi)害防治區(qū)的監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)現(xiàn)階段山洪災(zāi)害調(diào)查評價審核匯集成果（截止到2016年6月初），各地在開展山洪災(zāi)害調(diào)查評價時，以雨量預(yù)警指標(biāo)為主，雨量預(yù)警指標(biāo)和水位預(yù)警指標(biāo)數(shù)量之比為6.4:1。由此可見，水位預(yù)警在整個山洪災(zāi)害防治體系中并未得到足夠重視。本文分析了水位預(yù)警的優(yōu)勢，提出了加強(qiáng)水位預(yù)警的四點(diǎn)建議。此外，還以日本為例，介紹了日本富山縣及神戶市采用水位站監(jiān)測預(yù)警山洪災(zāi)害的情況。

2 水位預(yù)警的優(yōu)勢

2.1 物理概念直接

山洪災(zāi)害主要是由降雨引起的溪河洪水、滑坡、泥石流等災(zāi)害。根據(jù)2012-2015年山洪災(zāi)害事件統(tǒng)計(jì)，造成人員傷亡的山洪災(zāi)害事件其中50%以上為溪河洪水災(zāi)害。對于溪河洪水災(zāi)害，當(dāng)前主要采用雨量預(yù)警或水位預(yù)警。對于當(dāng)?shù)厝罕姸?，最為熟悉的指?biāo)是本地河流上漲幅度，采用水位預(yù)警指標(biāo)物理概念相對直接。

2.2 可靠性強(qiáng)

由降雨發(fā)生、發(fā)展至產(chǎn)流、匯流、洪峰傳播、成災(zāi)是一系列復(fù)雜的水文過程，采用雨量預(yù)警時，常常受到降雨預(yù)報(bào)不準(zhǔn)確、水文模型不合理、人為活動等因素影響，而水位預(yù)警則省去了由雨轉(zhuǎn)換為水的過程，可靠性要強(qiáng)很多。

2.3 適用范圍廣

山洪災(zāi)害常見有支溝主溝匯流洪水頂托、山塘、小水庫等調(diào)蓄工程、地下河或雪山融水、流木堵橋等情況，這種山洪體現(xiàn)在降雨和洪水沒有直接對應(yīng)關(guān)系，只能采用水位進(jìn)行預(yù)警，因此，水位預(yù)警在山洪災(zāi)害防御中有其獨(dú)特的作用，適用范圍較廣。

但是，相比雨量預(yù)警，水位預(yù)警對應(yīng)的響應(yīng)時間較短，缺少了產(chǎn)流、匯流的時間，只有洪水演進(jìn)的時間可資利用。

3 加強(qiáng)水位預(yù)警的建議

3.1 簡易水位報(bào)警器

簡易水位站是隨著山洪災(zāi)害防治非工程措施項(xiàng)目建設(shè)而逐漸發(fā)展起來的，最初的方式為簡易的水尺樁，水尺樁可為木樁或石柱型，對于無條件建樁的監(jiān)測站，選擇離河邊較近的固定建筑物或巖石上標(biāo)注水位刻度；水位監(jiān)測尺的刻度以方便監(jiān)測員直接讀數(shù)為設(shè)置原則，并根據(jù)各監(jiān)測點(diǎn)實(shí)際情況，標(biāo)注預(yù)警水位。

2013年以后，效仿簡易雨量報(bào)警器，簡易水位站也增加了報(bào)警功能，逐步發(fā)展成為了簡易水位報(bào)警器。簡易水位報(bào)警器用于沿河村落河流（溪溝）控制斷面附近水位監(jiān)測報(bào)警，具有實(shí)時水位監(jiān)測、預(yù)警水位（準(zhǔn)備轉(zhuǎn)移、立即轉(zhuǎn)移）閾值設(shè)定、報(bào)警以及報(bào)警數(shù)據(jù)查看等功能。當(dāng)河流水位達(dá)到預(yù)警閾值時，可通過聲、光信號自動進(jìn)行原位報(bào)警，同時通過無線和有線方式將預(yù)警信號傳輸至下游報(bào)警終端，通過聲、光同步報(bào)警（見圖1）。簡易水位報(bào)警器具有以下特點(diǎn)：

（1）水位監(jiān)測和報(bào)警設(shè)備可一體化，進(jìn)行原位報(bào)警；監(jiān)測與報(bào)警設(shè)備也可分離，以實(shí)現(xiàn)上游監(jiān)測、下游報(bào)警；

（2）簡易水位報(bào)警器主要用于洪水上岸情況下的山洪預(yù)警，同時還可對強(qiáng)行涉水過河、漂流、河邊宿營等河道內(nèi)人員活動起到警示作用。

圖1 簡易水位報(bào)警器布設(shè)示意圖

3.2 按河長布設(shè)水位監(jiān)測站

2010年印發(fā)的《山洪災(zāi)害防治非工程措施建設(shè)技術(shù)要求》、2013年印發(fā)的《山洪災(zāi)害防治非工程措施補(bǔ)充完善技術(shù)要求》對水位監(jiān)測站布設(shè)做了如下規(guī)定。

（1）面積超過100km2的山洪災(zāi)害嚴(yán)重的流域，且河流沿岸為縣、鄉(xiāng)政府所在地或人口密集區(qū)、重要工礦企業(yè)和基礎(chǔ)設(shè)施的，布設(shè)自動水位監(jiān)測站。

（2）流域面積100km2以下的山洪災(zāi)害嚴(yán)重的小流域，河流沿岸有人口較為集中的居民區(qū)或有較重要工礦企業(yè)、較重要的基礎(chǔ)設(shè)施，布設(shè)簡易水位監(jiān)測站。其它小流域，根據(jù)實(shí)際情況因地制宜布設(shè)簡易水位監(jiān)測站。

（3）對于下游有居民集中居住的水庫、山塘，沒有水位監(jiān)測設(shè)施的，適當(dāng)增設(shè)水位監(jiān)測設(shè)施。對重要的?。ㄒ唬┬退畮?，可適當(dāng)布設(shè)自動水位監(jiān)測站。

（4）水位站布設(shè)地點(diǎn)應(yīng)考慮預(yù)警時效、影響區(qū)域、控制范圍等因素綜合確定，盡量在山洪溝河道出口、水庫、山塘壩前和人口居住區(qū)、工礦企業(yè)、學(xué)校等防護(hù)目標(biāo)上游。

（5）站網(wǎng)布設(shè)時應(yīng)考慮通信、交通等運(yùn)行管理維護(hù)條件。

可見，自動水位監(jiān)測站布設(shè)的控制條件是流域面積100km2以上，重點(diǎn)布設(shè)于縣、鄉(xiāng)政府所在地、重要的?。ㄒ唬┬退畮斓炔课唬缓喴姿槐O(jiān)測站則布設(shè)于人口集中的居民區(qū)等部位。事實(shí)上，無論是自動水位監(jiān)測站還是簡易水位報(bào)警器，均應(yīng)根據(jù)河流的分布，布置于河流沿線。根據(jù)日本的經(jīng)驗(yàn)，水位站布設(shè)的河長間距在10-20km之間[4]。修正后的布設(shè)原則為：

（1）山洪災(zāi)害嚴(yán)重的流域，按照河長間距在10-20km之間布設(shè)水位監(jiān)測站。

（2）水位站布設(shè)地點(diǎn)應(yīng)考慮預(yù)警時效、影響區(qū)域、控制范圍等因素綜合確定，盡量在山洪溝河道出口、山塘壩前和人口居住區(qū)、工礦企業(yè)、學(xué)校等防護(hù)目標(biāo)上游。如安裝簡易水位報(bào)警器，報(bào)警器可放置于保護(hù)對象區(qū)內(nèi)。

3.3 確定預(yù)警指標(biāo)

臨界水位是水位預(yù)警方式的核心參數(shù)，指防災(zāi)對象上游具有代表性和指示性地點(diǎn)的水位；在該水位時，洪水從水位代表性地點(diǎn)演進(jìn)至下游沿河村落、集鎮(zhèn)、城鎮(zhèn)以及工礦企業(yè)和基礎(chǔ)設(shè)施等預(yù)警對象控制斷面處，水位會到達(dá)成災(zāi)水位，可能會造成山洪災(zāi)害。臨界水位通過上下游相應(yīng)水位法和成災(zāi)水位法進(jìn)行分析。

一般下游防護(hù)對象成災(zāi)水位對應(yīng)的上游監(jiān)測站水位為立即轉(zhuǎn)移水位，具體操作中，將立即轉(zhuǎn)移水位降低一定幅度，已確保有足夠時間做好轉(zhuǎn)移疏散的準(zhǔn)備，此水位為準(zhǔn)備轉(zhuǎn)移水位。

山洪從水位站演進(jìn)至下游預(yù)警對象的時間往往時間很短，給預(yù)警信息傳遞和人員轉(zhuǎn)移帶來很大的困難，為了解決此問題，需增加洪水速升的預(yù)警指標(biāo)，如圖2所示，在準(zhǔn)備轉(zhuǎn)移線以下設(shè)置一個水位上漲速率檢測區(qū)間，即使河道內(nèi)水位未達(dá)到洪水上岸預(yù)警指標(biāo)，河道內(nèi)水位速升時達(dá)到已預(yù)設(shè)的上漲速率時也發(fā)出預(yù)警信息。

圖2 水位上漲速率檢測區(qū)間

3.4 建立雨量、水位互補(bǔ)的預(yù)警體系

在年降雨量達(dá)到800mm之上，沿河村落人口集中的區(qū)域可增加配置水位監(jiān)測站，形成以雨量預(yù)警和水位預(yù)警互補(bǔ)的體系。降雨發(fā)生后，首先根據(jù)雨強(qiáng)進(jìn)行警戒，而后根據(jù)雨情、水情的發(fā)展逐步啟動雨量預(yù)警指標(biāo)、水位預(yù)警指標(biāo)，以提高預(yù)警指標(biāo)體系的可靠度，彌補(bǔ)單獨(dú)用雨量或單獨(dú)用水位預(yù)警而帶來的自身缺陷。

4 日本山洪災(zāi)害水位預(yù)警情況

日本已實(shí)現(xiàn)所有山洪站災(zāi)害危險(xiǎn)區(qū)雨水情實(shí)時監(jiān)測，共建有8821個自動雨量站、5576個自動水位站，所有自動監(jiān)測站點(diǎn)采用超短波傳輸數(shù)據(jù)，10分鐘一報(bào)。在日本國土交通省雨水情查詢和預(yù)警發(fā)布系統(tǒng)（www.river.go.jp）及各都道府縣防汛信息查詢系統(tǒng)上可查詢?nèi)我庖徽緦?shí)時監(jiān)測信息。

以富山縣為例，富山縣國土面積4400平方公里，共建有自動水位站86個，在各河流間距5-10km就有一個水位站。

圖3 富山縣自動水位站布設(shè)情況

此外，日本還特別注重簡易水位報(bào)警器的建設(shè)，簡易水位報(bào)警器安裝配置回轉(zhuǎn)警燈和喇叭，當(dāng)河流水位達(dá)到預(yù)警閾值時，可通過聲、光信號自動進(jìn)行原位報(bào)警，同時通過無線和有線方式將預(yù)警信號傳輸至下游報(bào)警終端。2008年日本神戶港發(fā)生了一起山洪災(zāi)害，一個流域面積僅為8.7km2 的河流在10分鐘內(nèi)水位上漲1.34m，導(dǎo)致在橋下避雨的5人遇難（包括3名兒童），神戶市防汛部門經(jīng)過反思，決定大范圍安裝簡易水位報(bào)警器，共在神戶港周邊30條獨(dú)留入海的河流安裝了81臺簡易水位報(bào)警器[5]。

5 結(jié)語

(1)在以溪河洪水為主的山洪溝采用水位預(yù)警的方式，具有物理概念直接、可靠性強(qiáng)、適用范圍廣的優(yōu)勢，水位監(jiān)測站配合本地化的預(yù)警設(shè)備還可對強(qiáng)行涉水過河、漂流、河邊宿營等情況起到警示作用，在山洪災(zāi)害防御中具有其獨(dú)特的作用。

（2）本文提出了加強(qiáng)水位預(yù)警的四點(diǎn)建議：一是建設(shè)簡易水位報(bào)警器；二是調(diào)整水位報(bào)警器的布設(shè)原則；三是根據(jù)下游保護(hù)對象分布和預(yù)警區(qū)間范圍，確定上游水位站的水位預(yù)警指標(biāo)，增加洪水速升的預(yù)警指標(biāo)；四是逐步形成以雨量預(yù)警和水位預(yù)警互補(bǔ)的山洪災(zāi)害防御體系。

6 參考文獻(xiàn)

[1] 國家防汛抗旱總指揮部辦公室.全國山洪災(zāi)害防治縣級非工程措施建設(shè)管理總結(jié)報(bào)告[R].2013.7

[2] 國家防汛抗旱總指揮部辦公室.山洪災(zāi)害防治非工程措施技術(shù)要求[R].2010.9

[3] 國家防汛抗旱總指揮部辦公室.山洪災(zāi)害防治非工程措施補(bǔ)充完善技術(shù)要求[R].2013.9

[4] Junko Wakatsuki, Yosuke Ito, Shigenobu Tsuruoka. Varieties of water level gauges to prevent water-related disasters in Japan[C]. The 6th international conference on flood management, 2014.9 Brazil.

[5] http://web.pref.hyogo.lg.jp/kok12/kobe_kasen.html