浅谈景宁畲族自治县山洪灾害预警系统建设存在的问题和对策

浅谈景宁畲族自治县山洪灾害预警系统建设存在的问题和对策

吴明明

景宁畲族自治县水利局 浙江景宁 323500

摘要：本文根据景宁县山洪灾害监测预警系统十年来的发展历程，从基层实际工作角度分析了建设的不足和面临的困难，并提出相应的对策和对水利数字化系统未来发展趋势的畅想。

关键词：水利数字化；山洪灾害预警；景宁；

一、景宁畲族自治县山洪灾害预警系统基本情况

景宁畲族自治县位于浙江省南部山区，流域范围属中亚热带季风气候，温暖湿润，雨量充沛，据1995年至2015年景宁国家气象观测站数据统计，多年平均降水量1665.9毫米，但降水在时空上分布非常不均，导致台风、暴雨、洪水、干旱、泥石流等自然灾害在景宁县时有发生。以洪灾为例，据旧县志记载，自1452年置县至1948年，发生过48次洪灾，较严重的有12次，1949年至2015年，发生洪灾30次，比较严重的有9次。

特殊的气候和地形地貌特点，对景宁县山洪灾害防御工作提出了较高的要求，借力数字化手段成为山洪灾害防御的重要抓手，景宁县山洪灾害监测预警系统于2012年开始投入使用，并历经2014年、2017年两次迭代升级，在多年来的山洪灾害防御中发挥了重要作用。

2019年起，随着景宁县开展水文补短板“5+1”行动，景宁县水雨情监测站数量从109个增加到2022年6月的242个。景宁县山洪灾害监测预警系统由于系统构架落后、数据处理能力不足、网络安全性不高等原因已经不能满足日益增长的水旱灾害防御工作需要。2021年6月，基于省统一的水管理平台架构和标准的景宁县畲乡幸福河数字化系统应运而生，集成水资源保障、河湖库保护、水灾害防御、水发展规划、水事务监管和水政务协同六大业务模块。截至目前，景宁县畲乡幸福河数字化系统各模块已基本成形，仍在试运行升级完善中，景宁县山洪灾害监测预警平台于2022年7月15日起停用。

二、景宁县山洪灾害监测预警系统存在的问题

1. 水文数据支撑力度不够

（1）测站种类和分布不合理

景宁县水文测站总数（以水文遥测设备套数计）已经达到242个，但由于通信双保障的要求和历史建设原因，部分站有双套甚至三套水文遥测设备，实际不同位置的站点仅有159个，且站点分布多为河道站、水库站和雨量站，分别占总数的32.1%、33.3%、30.8%，专门为小流域重要山洪村落设置的站点偏少。

在242个自动监测测站中，监测水位和雨量要素的有172个，自动流量站仅有3个（中型水库库下水文站），自动蒸散发站仅有2个，自动泥沙站和自动土壤墒情站均为1个。

（2）水文测站维护难度大

景宁县水文测站广泛分布于全县各水库山塘、重要河道和村落，测站位置一般较为偏远，平均车程1.5小时左右，运维维护难度大。其中较远的站点通常需要步行数小时，一般为山塘水库站，如三条际水库站、鱼际坑水库站等站点单程时间在4小时左右。

（3）水文站点建设和维护费用高

根据近年的景宁县水文“5+1”工程招投标价格，水文测站中水位站单价在8.2万元左右和单雨量站的单价在4.15万元。测站的通讯费主要是北斗和4G的物联网卡，其中单个北斗物联网卡通讯费在1000元/年左右，每年景宁县仅支付水文测站北斗通讯费就高达13.5万元，且随着站点的增加，通讯费仍在持续增长。

水文测站的维护费用没有专门的定额，参考《浙江省水利工程维修养护定额标准》中水土保持监测站维修养护定额标准，取设备价值的5%，以242个站点计，每个站点8万元估算，全县水文测站日常维护费用需要96.8万元。

（4）水文数据系列短

水文测站建成投入使用时间普遍不长，因此水文数据系列普遍较短。水文资料中，长期实测径流资料仅有1957-1993年的沙湾站和1974-1993年大赤站的资料，长期实测雨量资料仅有8个基本雨量站的系列，其余站点数据系列较短，且由于系统迭代升级的原因，基本为2018年以后的水文数据才保存较好。水文遥测站资料中，早期站点基本在2013年左右投入使用，而约55%的站点为2019年以后新建，数据系列较短。

2. 水文预报方案存在困难

（1）基础数据收集难

由于实测水文资料较少，传统的计算方法如经验公式法、瞬时单位线法、实测资料推算等方法难以满足全县范围的水文预报精度，而采用洪水模型，又对基础数据有较高的要求。例如，景宁县畲乡幸福河数字化系统中的山洪模型就采用流体力学方程作为控制方程，采用基于Godnove的激波捕抓的显式有限体积法求解控制方程并通过局部时间步长和并行计算来辅助计算。但该模型需要高精度的DEM数字高程模型，该数据掌握在省自然资源厅，由于保密问题，无法申请。解决办法为采用自费购买的5m精度DEM数据，结合收集到的县域各流域的地形图和堤防工程等水利工程的施工图、竣工图等，为提高计算的精度，又申请了城区的雨污系统数据。但收集的地形、高程数据之间仍然存在冲突，有的区域数据缺失，有的区域数据较早因为有新的工程建设或清淤导致河道断面变化，或测量的引测点不规范导致不同来源的同位置高程数据相互矛盾。

（2）降水预报的不确定性

降水预报的不确定性增加了水文预报的难度，山丘区地形复杂，局部天气变化情况难以准确预报，特别是强对流天气导致的强降雨预报准确度较低，而台风、梅雨、冷空气等天气系统带来的降雨导致的山洪灾害，根据气象部门数据基本可实现定性预报，但局部暴雨的预报仍力不从心。以2022年丽水市“6.18”强降雨和“6.20”强降雨为例，庆元县气象局预报6月18日降雨量40~60毫米，实际降雨量达到198.7毫米，龙泉市气象局预报2天降雨量为30~50毫米，实际降雨量达到200毫米（南大洋站）。

（3）专业队伍缺乏

景宁县有国家基本水文站2个，国家基本雨量站8个，根据规范要求每个基本水文站至少需配备3名专业人员，但目前县级水文部门（水文与水旱灾害防御管理中心）仅有编制3人，还需兼顾水旱灾害防御的工作，同时水文人才培养出现断层，水文经验传授和实战历练缺乏传帮带，水文预报研究能力不足。

3. 预警存在的问题

（1）预警信息单向传达

预警信息目前为单向送达，各级山洪责任人和防御对象被动接收信息，缺乏主动查询的途径。

（2）乡级和村级接收信息多

乡级和村级接收的预警消息较多，降雨量超预警值时，会接收到多个部门的预警信息，山洪灾害预警系统也由于报警间隔设置不合理和关联测站太多等原因可能导致一天内接收到多条类似的提醒。

（3）无法动态预警进入危险区的其他人员

由于预警发送对象是定期更新的名单，无法动态预警进入预警危险区的其他人员，外地游客和企业涉水施工人员接受山洪预警信息能有效避免山洪导致的人员伤亡。

（5）预警时操作步骤较多

在水库调度或紧急情况需手动预警时，工作人员需要请示局领导，并联系办公室盖章，完成后须挨个拨打有关乡镇和水库进行预警，同时逐个使用传真机发送调度单和预警单，并抄送县防指和市水利局，繁琐的操作步骤，有时导致预警不够及时。

三、山洪灾害监测预警系统的改进对策及畅想

1.水文和水旱灾害防御职能独立

将水文和水旱灾害防御职能分开，让工作人员能专职做水文或水旱灾害防御，从双线作战中解放出来，集中精力专攻领域。

2.完善预警机制

（1）实时水雨情信息向公众开放，有需求的人员，如游客、施工人员、电站管理员等可以方便查询水雨情信息，并能地图选点或搜索附近的水雨情测站信息。

（2）针对山洪高危险区，发送预警同时对进入危险范围的人员进行预警。

（3）开发一键预警功能和电子章功能，预警单完成后，预警短信和预警单自动根据预设的预警对象进行群发，避免逐一发传真。

3.规范化开展站网规划

水文站网建设要做好顶层设计，联动业务需求，做好站网规划，增加山洪重要村落站点比重，丰富各站点自动化采集的要素种类。

4. 加强系统集成

加强系统集成，结合业务需求构建或整合多种功能模块，加强内部协调、上下联动。如实现水雨情分析、水利工程状态查询、调洪计算、水库调度、预警发送等流程均在同一系统上实现等。

5. 关于水利数字化的未来畅想

数字孪生水利对基础物理引擎、建模技术和大数据分析、人工智能等新技术有较高的要求，应从省部级鼓励和支持数字孪生基础技术研发。如模拟水流动的物理引擎和新型实用水文模型等，凭借物理引擎和水文模型，类似3D游戏开发，可以打造出适合不同地区的洪水计算模型，甚至像模拟经营类游戏一样，不但可以自行添加水源、建筑、物品、人物进行场景模拟，还能根据需要创建适用不同场景的“地图”，为数字孪生打下坚实基础。

同时，水文遥测设备对可靠性和稳定性由较高要求，市场需求量较少，厂家进行技术升级的动力不足，市场化采购的建设成本较高。委托有实力的通信设备制造商进行定制，可以有效提升设备的技术水平，提高设备的可靠性、安全性和稳定性，同时以统一采购定价，能有效降低建设成本。同时，应考虑设备的防盗问题，特别是蓄电池的防盗，水文测站蓄电池被偷盗的事情在各地时有发生。

结语：景宁县山洪灾害预警系统，曾经在山洪灾害防御中发挥着重要作用，在数字化改革背景下，已经不适应新时期的水利数字化要求，系统迭代升级从需求出发，切实解决行业监管、政府决策、防洪减灾等实际问题，水利数字化才有了意义。

参考文献：

1. 潘作仁.景宁水利志[M]. 方志出版社,2016.11.
2. 丽水市万源水利水电工程技术咨询有限公司.景宁县2017年度山洪灾害防治项目实施方案[B] ,2017.9.
3. 浙江省钱塘江管理局勘测设计院.景宁县河湖管护与水旱灾害防御数字化提升项目景宁县畲乡幸福河数字化平台暨水管理平台实施方案[B], 2020.10.
4. 浙江省质量技术监督局.水文测站运行管理规范[S] .浙江省地方标准,2017.12（DB33/T 2084—2017）.