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洪水預報 怎樣做到提前吹哨卻“八九不離十”

來源:科技日報 作者:唐婷 2020年07月24日 12:21

  1998年,我國只有3300個報汛站,現(xiàn)在發(fā)展到超過12萬個,,現(xiàn)在借助水情信息交換系統(tǒng),,集齊12萬多個報汛站的信息只要10—15分鐘,;采用氣象水文預報耦合、人機交互技術等方法,我國精度不斷提高,南方主要江河預報準確度能達到90%,。

  6月以來,我國南方地區(qū)暴雨洪水集中頻繁發(fā)生,,部分地區(qū)洪澇災害嚴重,。針對一場在途的洪水,盡早預判其過境的時間和峰值,,對提早部署制定防御方案無疑有著重要意義,。

  “7月2日和17日,長江先后發(fā)生了今年第1號和第2號洪水,,我們提前兩天就做出了洪峰精準預報,。7月17日,太湖發(fā)生超標洪水,,我們提前5天做出了太湖可能發(fā)生超標洪水的預判,,提前2天做出了水位精準預報?!彼克乃Y源監(jiān)測預報中心副主任劉志雨在接受科技日報記者采訪時介紹,,今年以來,截至7月22日,,全國水文部門共發(fā)布1034條河流1579個斷面作業(yè)預報20.7萬多站次,為主動防御洪水提供有力支撐,。

  那么,,洪水預報是怎么實現(xiàn)的,?如何通過相關模型對降雨到洪水形成的過程進行模擬和推演?科技日報記者就此進行了采訪,。

  模擬洪水形成過程

  由暴雨引起的江河水量迅速增加并伴隨水位急劇上升的現(xiàn)象被稱為暴雨洪水,。我國河流的主要洪水大都是暴雨洪水,多發(fā)生在夏,、秋季節(jié),,南方一些地區(qū)春季也可能發(fā)生。

  “科研人員通過建立洪水預報系統(tǒng),,模擬從降雨到洪水形成的過程,,進而對洪水的發(fā)展趨勢進行預測預報?!敝袊娍茖W研究院減災中心教授級高工張大偉說:“天上下多少雨,,降雨在地面如何形成徑流,徑流形成后在坡面和溝道如何運動等,,都是洪水預報中需要考慮的因素,。”

  “降雨落到地面,,首先是垂直方向運動,,扣除蒸發(fā)、填洼等損失,,若超過土壤下滲能力,,在地面就形成超滲徑流。下滲入土壤的水,,在土壤中運動,,繼續(xù)滲入地下。土壤水蓄滿后,,多余部分的水在地面形成蓄滿徑流,。所有地面徑流沿著一定坡度和土壤水、地下水匯入河網(wǎng),,這就是流域降雨徑流的大致過程,。”劉志雨說,。

  在流域各處所形成的地面徑流,,都依其遠近先后匯集于河道的觀測斷面處。當近處的地面徑流到達該斷面時,,河水流量開始增加,,水位相應上漲,這就是洪水起漲之時。隨著流域遠處的地表徑流陸續(xù)流入河道,,使流量和水位繼續(xù)增長,,大部分高強度的地表徑流匯集到河流的觀測斷面時,洪水流量増至最大值,。

  據(jù)了解,,降雨扣除損失成為凈雨的過程稱為產(chǎn)流過程;凈雨沿坡面匯入河網(wǎng),,然后經(jīng)河網(wǎng)匯集到流域出口斷面,,這一過程稱為流域匯流過程。

  結合流域內(nèi)的降雨數(shù)據(jù),,水情預報人員可以進行流域產(chǎn)匯流情況預報,。然后結合產(chǎn)流計算和匯流計算,進行流域內(nèi)的降雨徑流計算,,一般有兩種常用方法,。一種是采用降雨徑流相關圖計算凈雨,隨后再采用單位線等匯流方法計算流域出口斷面的徑流過程,。另一種常用的方法是采用一些完整的水文概念性模型來進行計算,,例如常用的有新安江模型、陜北模型等,,需要輸入的數(shù)據(jù)主要是降雨數(shù)據(jù)和前期的土壤含水量數(shù)據(jù)等,。

  降雨徑流從支流匯入干流后的情況,需要通過河段洪水預報來進行推演和預測,?!斑@一階段常用的方法有相應水位(流量)法和馬斯京根法,輸入數(shù)據(jù)為上游斷面的水位(流量)過程數(shù)據(jù),?!睆埓髠ソ榻B。另外,,采用水動力模型也可以對洪水演進過程進行計算,,但水動力模型需要有非常詳細的河道地形數(shù)據(jù),對于資料不全的地區(qū)這種方法就不能發(fā)揮作用,。

  實時校正提高預報精度

  洪水預報模型基本都是先確定好相關參數(shù),,然后結合觀測到的歷史水文資料,對洪水進行預報,,這樣的預報方案在實時預報時,,會不可避免地產(chǎn)生一定誤差。

  在分析出現(xiàn)誤差的原因時,,張大偉認為,,流域水文系統(tǒng)是一個非常復雜的巨系統(tǒng),,而預報所用的模型或方法通常都采用了一系列的假設,對真實世界情況進行了概化處理,;雨量站點監(jiān)測數(shù)據(jù)或其他途徑獲取的降雨數(shù)據(jù)并不能完全反映真實的降雨時空分布,;流域中存在的許多小型水利工程的調(diào)度或下墊面出現(xiàn)大的變化后,可能無法及時在模型中反映,。

  “為了進一步提高預報精度,預報人員通常利用雨水情報汛和水文應急監(jiān)測信息,,對洪水預報進行實時校正,,以盡可能地提高預報精度?!眲⒅居昱e例說,,目前在華北山前平原區(qū)布設了170多個應急監(jiān)測點,可根據(jù)上游監(jiān)測信息,,滾動修正預報,,提高下游河道預報精度。在漳河,、滹沱河的應用結果表明,,這種“以測補報”的技術手段可將洪水預報準確度平均提高10%左右。

  事實上,,提高洪水預報精度,,延長預見期,一直是水文預報人員追求的方向,。近年來,,水利部采取了有力措施推動水文測報科技發(fā)展。劉志雨介紹,,1998年,,我國只有3300個報汛站,現(xiàn)在發(fā)展到超過12萬個,;1998年采用電報傳送方式,,集齊3300個報汛站的信息需要兩個小時,而現(xiàn)在借助水情信息交換系統(tǒng),,集齊12萬多個報汛站的信息只要10—15分鐘,;采用氣象水文預報耦合、人機交互技術等方法,,我國洪水預報精度不斷提高,,南方主要江河預報準確度能達到90%。

  劉志雨說,,目前多源信息融合,、數(shù)據(jù)同化、集合預報、人工智能,、大數(shù)據(jù),、分布式模擬等技術有了長足的發(fā)展,未來將進一步應用到洪水預報業(yè)務中,,提升洪水影響預報和風險預警能力,,為水旱災害防御提供強有力的支撐。

(責編:鄢妮)