山区小流域洪水风险评估与预警技术研究

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我国位于欧亚大陆东南部,是世界著名的东亚季风气候区,夏季暴雨频发生。我国又是一个多山的国家,山区面积约占全国陆地面积的三分之二,远高于世界平均水平。我国也是一个人口大国,山丘区人口广布,约占全国总人口的三分之一,山丘区的社会经济是我国社会经济的重要组成部分。我国东亚季风气候区暴雨特性、复杂的山丘区地形和地质条件,以及山区社会经济的发展现状,导致我国山洪地质灾害发生频繁。山洪灾害不仅对我国山丘区的基础设施造成毁灭性破坏,而且对人民群众的生命安全构成极大的损害和威胁,已经成为山丘区经济社会可持续发展的重要制约因素之一洪水风险管理,是20世纪中期以后提出的新的防洪和治水理念。20世纪中期以来,世界上大多数受洪水灾害威胁的国家,纷纷实施了洪水风险管理战略。我国在1998年遭受洪水灾害以后,也开始了从“控制洪水”到“洪水管理”的战略转变。然而,当前我国洪水风险管理措施的实施,以及相关技术的研究,大多是针对大江大河及其中下游平原洪泛区的,针对山区小流域洪水风险管理的研究还比较少。山区小流域洪水具有与江河洪水显著不同的特性,在洪水风险分析、监测预警等技术方面也存在显著不同,因此,加强山区小流域洪水风险管理及相关技术研究,对于提高我国山区小流域洪水风险管理水平、切实减轻山洪灾害造成的人员伤亡和经济损失、提高山区社会的防洪安全保障,具有十分重要的现实意义。本文从我国山洪灾害防治工作现状出发,分析了我国山洪灾害防治面临的问题,提出了山区小流域洪水风险管理研究的必要性,综述了洪水风险管理实践和研究进展,分析了山区小流域洪水风险特性,并针对山区小流域洪水风险评估技术和监测预警技术进行了重点研究,并取得了如下创新性的成果:(1)剖析了我国山区小流域洪水风险特性。山区小流域洪水大多是由中小尺度强降雨引起的,具有突发性和暴涨暴落的特性,在时间和空间上均属于小尺度事件,与江河洪水具有显著不同的特征。山区社会经济具有人口分散、通达性差、发展落后等特征,而且,我国山区社会经济正处于“新农村”建设、城镇化、工业化等快速变革的时期。正是由于上述山区小流域洪水特性及山区社会经济特征,使得山区小流域洪水风险管理存在诸多难点,具体表现为,工程措施实施困难、防洪组织体系建设任重道远、缺乏相关的技术支撑等等。(2)研究了基于GIS的山区小流域及特征提取技术。小流域是山洪爆发的场所,是洪水风险分析和管理的基本单元。本文提出了基于固定出口和考虑防洪工程影响的小流域提取思路,基于GIS技术,采用高精度地形数据,考虑防洪工程的影响,提取防洪保护对象的汇流区域,为洪水风险评估以及预警技术的研究奠定基础。(3)研究了山区小流域洪水风险评估技术,建立了一套完整的山区小流域洪水风险评估与区划的技术和方法,编制了山区小流域洪水风险图,为我国今后山区小流域洪水风险图编制工作提供了实用可行的技术路线,为山区小流域土地利用规划、山洪防御措施制定等洪水风险管理措施的实施提供了技术支持手段。(4)分析了暴雨山洪监测预警技术难点和现状,提出了无资料地区设计暴雨洪水法推求暴雨山洪预警指标的方法。暴雨山洪在时间和空间上都属于小尺度事件,传统的水文气象观测和预报预警技术,在暴雨山洪监测预警中仍然存在较大的技术难度和不确定性。针对无资料地区山洪预警指标研究现状,采用设计暴雨洪水的方法,提出了由水位推求临界雨量的基本方法。(5)研究并提出了事件驱动的县级山洪监测预警应用系统设计思路。县级防汛指挥部门在山洪灾害防御中的重要责任,建立县级山洪监测预警应用系统,提高县级防汛指挥部门信息化水平,具有十分重要的作用。本文针对当前我国县级防汛指挥部门技术现状和我国防汛决策支持系统应用设计现状,提出了事件驱动的山洪监测预警应用设计思路,并开发了河南省栾川县山洪监测预警应用系统。与现有的按照信息内容分类组织的防汛信息服务系统不同,事件驱动的山洪监测预警应用系统,是以山洪告警事件为驱动源,针对告警事件提供与事件相关的雨情、水情、工情、社会经济等多方面的决策所需的综合信息,从而实现主动的、智能化的决策支持,不仅对我国县级山洪监测预警系统建设具有示范作用,对我国其它防汛应急指挥决策支持系统也具有重要的指导意义。
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