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意大利基于先进科技的山洪预警系统

2012-06-28

  皮埃蒙特是意大利第二大行政区,其境内的波河是意大利最长的河流。该河发源于阿尔卑斯山,上游连接着许多支流,这些支流位于山谷,河流的降雨径流响应速度非常快,波河的中游宽阔,河水流速缓慢,其洪水持续时间相对较长。

  波河流域管理委员会是政府的一个内部部门,该部门为皮埃蒙特地区的山洪和泥石流灾害制定了可操作的早期预警系统。结合流域内的地形和土地使用类别,波河流域管理委员会制定了流域洪水风险图,其目的是要确定流域中哪些地区更容易遭受洪水、山洪和泥石流破坏,每一个地区都与一个风险类别和级别相关联。

  例如,他们将波河的洪水风险分为三个级别的区域,分别为A、B、C三个区。C区位于河流的最外侧,其洪水发生的频率为500年一遇;B区位于C区内部, 但仍然属于河流的外侧,其洪水发生的概率为200年一遇,该区还包括一些水库和堤防;A区则包括河流主河道和容易发生小洪水的地区。在A区不允许有居住人 类的建筑存在,在B区,人类的活动受到了一定的限制,只能根据区域规划的目标地区进行活动。C区是可以居住人类的。但波河的流域洪水风险也只是侧重于使用 非工程措施来促进人们的防洪安全,例如制定区域代码、预案准备和预警系统等。

  从公元1800年以来的历史记录表明,波河流域几乎一两年就要发生一次洪水,这些洪水可能是山洪,也可能是地势低洼地带的漫岸洪水,多发生于春季或者秋季。

  自然灾害情报室

  意大利政府于1978年在皮埃蒙特地区成立了自然灾害情报室,其主要任务是预测该地区的洪水灾害。在自然灾害情报室,来自水文、地质、气象以及冰雪研究 领域的专家通力合作,预测可能存在的区域洪水威胁,并采取相应的防御措施。自然灾害情报室每天向政府及有关部门发送报告,报告包括所观察到的气象情况以及 预测可能存在的灾害,其中特别注意降水方面的预报。这些信息分发给那些具有防御任务的部门,如有洪水威胁则立即向公众进行预警。

  皮埃蒙特自然 灾害情报室主要有两个职能:一是水文与气候调查,专家们所掌握的技术要确保洪水预警系统能够正常运行,并且持续地报送数据;二是对于局部水文气象事件,气 象学家、水文学家、地理学者和冰雪科学家分别作出预测,专家们相互交换警报信息,以改进预报和警报的水准。

  自然灾害情报室主要运用到的信息系统有水文气象自动观测网、气象雷达系统、自动高空声波测验系统、局地和全范围的气象预报的数字模拟系统以及河流干流的洪水预报数字模拟系统等。

  自然灾害情报室每天产生预见期为48小时的定量降水预报,并且对所管辖的11个区域的气温进行预报,这有利于水文学家和气象学家共同预估未来可能发生的 天气情况。预报专家采用两种手段来评估未来48小时可能的气象风险等级:第一种方法将48小时的定量降水预报与事先定义好的降雨事件进行比较,事先定义好 的降雨事件由数学模型对过去的降雨事件进行模拟得到;第二种方法就是采用实时数据进行数字模拟得到。

  洪水早期预报预警

  意大利皮埃蒙特的洪水早期预警包括调查、警告、报警和紧急抢险阶段,当条件具备时,各阶段的内容被依次执行,执行预警的条件包括河流洪水水位、山洪和山 区流域范围内发生的山体滑坡和泥石流。预报人员为每种风险进行编号,例如“1”代表无风险,“2”代表低风险,“3”代表高风险。洪水管理官员根据洪水可 能影响地区历史发生洪水的数量来决定洪水风险的等级。

  在预警的执行过程中,国家气象水文部门和区域预报中心继续调查洪水发生的可能性。当他们 发布警告信息时,信息只通知到当地的一些洪水防御相关部门,警告信息并没有传达给广大市民。一旦洪水已经发生,并且判断有即将发生的危险,立刻向市民广播 警告。由于本系统的中级警告由地方当局掌控,只有当一个洪水危险确定要发生的时候才向公众发布,这样做的目的是最大限度地减少向社会公众提供虚假警报的概 率。

  皮埃蒙特的洪水警报系统,适用于下列情况:洪泛区的面积大于400平方公里或者局部小面积洪水;降雨属于短历时、高强度降雨;强降雪造成的道路封锁或其他交通困难。

  意大利的皮埃蒙特洪水早期预警系统将所控制的流域划分为很多子流域,每个子流域有相似的地理条件、降雨模式和洪水特征。该预警系统还综合考虑了应急管理和行政区域划分等方面的问题,因此皮埃蒙特洪水早期预警系统是一个介于环境和人文因素之间的产物。

  预报模型

  预报模型采用的定量降水预报能够与水文模型相连接,产生洪水的早期预警。由于定量降水预报包含着显著的不确定性,因此,气象学家也只是在预见期为1—2 天的范围内定性地使用这种预报方式。这种预报系统经常会产生虚假的警报,但是,由于大多数的警报事件只通报给当地的有关部门,因此,公众却很少收到这些警 报,这样就避免了不必要的社会恐慌。

  预报模型的管理模块采用水动模型和实时的水文气象观测数据。应急管理官员发现这种实时的数据非常有用,能 够产生预见期为6—12小时的符合经验的洪峰预报,因此被广泛使用。实时模型是由一个决策支持系统来完成的,该系统产生一个实时的预报结果,实时系统将先 进的数据库系统与丹麦水文模型MIKE11完美地结合在一起,再结合其他的水动模型共同组成了实时的洪水预报系统。所有的模型都进入地理信息系统环境,使 抽象的数据与具体的地图结合,这种组合对于实时的径流预报和洪水预警非常有用。在设定了计划任务以后,决策支持系统能够自动运行,并且技术人员还能够随时 进行修改和控制。

  预警发布

  决策支持系统能够产生很多输出,包括ArcView图形的自动显示,以及预报结果的实 时更新。系统也产生水位和径流的观测和预报结果。最后,专家组对每个警报区域制定预报文本公告,并且标注灾害的风险类别,分为A、B、C三类,分别对应着 1、2、3级的风险水平。当洪水造成破坏和降雨造成泥石流或者发生山体滑坡的时候,会自动触发洪水数据写入数据库的事件,这样就可以检验预报系统的水位和 降雨与实际发生的水位和降雨是否符合,以利于预报系统的实时纠正。

  意大利最近发展和使用的分布式水文模型结果表明,即使有着明显的径流预报误差,很多洪水预报系统在级别预报方面还是取得了很多成功经验。

  有专家指出,意大利皮埃蒙特的洪水早期预警系统也能应用于其他国家多山地区的山洪预警。然而,该系统的精确性取决于观测数据的准确率、信息系统的容量和通信系统的稳定性,并且其背后还有着看不见的不同部门的协调与合作。

    来源:中国水利报  2012年6月7日

童国庆


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