CN105608840A - 一种基于融合定量降雨预报算法的山洪预警平台及预警方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于融合定量降雨预报算法的山洪预警平台及预警方法，包括关注区背景模块、实时信息模块、气象预报模块、***配置模块、预警分级子***和预警发布模块。该山洪预警平台及预警方法，将现有的气象定量降雨预报技术纳入山洪预警应用方案中，并且考虑到现有不同预见期降雨预报的不确定性，并且在平台中设置针对山洪灾害防治的三级预警应用方案，能够准确发布山洪预警信息，并且提供足够的预警响应时间，保证人员安全转移，达到山洪预警的目的。

Description

一种基于融合定量降雨预报算法的山洪预警平台及预警方法

技术领域

本发明涉及一种山洪预警平台及预警方法，具体是一种基于融合定量降雨预报算法的山洪预警平台及预警方法，属于长江流域地质灾害防治预警应急技术领域。

背景技术

近年来，长江流域因强降雨引发的山洪灾害事件增多且频繁，造成社会和经济损失巨大，山洪灾害不仅对当地人民群众生命和财产安全造成损害，同时还严重阻碍山洪灾害防治区的经济和社会发展。因此，开展山洪灾害防治的预警技术等应用研究，是当前长江流域防洪减灾工作中亟待解决的突出问题。

目前，国内开展山洪灾害预警模式大多采用的是基于对实测降雨量的监测，对比所拟定的临界雨量值，从而开展预警；由于当前定量降雨预报还存在一定的不确定性，有的地区暂不具备获取实时定量降雨预报信息等，基本上在山洪预警实际工作中较少定量考虑未来一定预见期降雨预测信息。但很明显，上述预警机制或方案存在较大的弊端，一方面，因不考虑未来预报降雨信息，往往可能会出现较多的漏报现象，另一方面，仅主要基于实测降雨信息开展预警，即使发布的山洪预警信息准确可靠，但所提供的预警响应时间远远不够，人员来不及安全转移，达不到山洪预警最终目的。

发明内容

针对上述现有技术存在问题，本发明提供一种基于融合定量降雨预报算法的山洪预警平台及预警方法，提供以实际山洪防治工作中所需要解决的关键技术问题为研究目标，提出以当前先进的天气雷达和中尺度数值天气模式技术为基础，在山洪灾害预警中引入预报降雨量信息，将气象预报引入山洪预警中，提高山洪灾害临近和短期降水预报预警技术能力，并根据预报阈值建立联动预警方案进行响应。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：一种基于融合定量降雨预报算法的山洪预警平台，所述山洪预警平台包括：

关注区背景模块，用于了解关注区背景信息；

实时信息模块，用于查询各个雨量监测站的雨情信息，各个河道监测站的水情信息，查询卫星云图、雷达信息及天气状况的气象信息；

气象预报模块，所述气象预报模块包括数值模式预报和雷达估测两部分；

***配置模块，设置***的基本配置、管理用户、密码修改及权限和查看***日志；

预警分级子***，结合山洪预警实际工作特点，充分考虑现有的降雨预报的技术条件或现状，进行预警分类；

预警发布模块，用于查询未结束的预警信息、校核已生成但未发布的预警信息，确认发布对象后发布预警信息、查询预警信息的反馈信息及响应情况、预警联系人管理。

进一步，所述预警发布模块包括预警列表子模块、预警信息发布子模块、预警反馈子模块，以及预警联系人通讯录管理子模块。

一种基于融合定量降雨预报算法的山洪预警平台的预警方法，所述预警方法包括如下步骤：

1)考虑数值模式预报未来一天定量降雨的预报信息，特别是预报未来一天可能发生强降雨过程，其中若数值模式预报该分区24小时降雨预报值超出24小时临界雨量阈值或24小时内出现1至6小时不同历时雨量超过相对应时段临界雨量阈值，预警平台内部发出关注提示信息，并提醒专业技术人员需要关注并加强实时监测和预测分析；

2)预警区域已开始了降雨，并且已经监测出明显的“雨峰”现象，在此条件下，若已出现的实况降雨值，与未来2至5小时内某个时段降雨预报信息的滑动累计值，超过相应时段临界雨量阈值，则应该准备转移山洪预警；

3)在已发生降雨期间，基于所获取的逐小时实测雨量的统计信息，分别与相应时段的临界雨量阈值比较。

所述步骤3)中，若出现不足1小时的实测雨量累计值已超过对应的1小时临界雨量阈值，或出现1至5小时内不同历时的实测雨量值，再考虑未来1小时的降雨预报值，超过相对应时段的临界雨量阈值，则确定为立即转移预警。

所述步骤3)中，基于前期影响降雨量，按动态临界雨量法计算逐时动态临界雨量，其对应的实测1h以内的降雨量与基于雷达估测的0-1h降雨预测值的累加值，与动态拟定的1小时临界雨量进行比较，若超过所计算的动态临界雨量值，则此种情况下确定为立即转移预警。

本发明的有益效果是：该山洪预警平台及预警方法，将现有的气象定量降雨预报技术纳入山洪预警应用方案中，并且考虑到现有不同预见期降雨预报的不确定性，并且在平台中设置针对山洪灾害防治的三级预警应用方案，能够准确发布山洪预警信息，并且提供足够的预警响应时间，保证人员安全转移，达到山洪预警的目的。

在气象降雨预报模块中，数值模式预报是实现定点定量的最有效途径，并将数值模式逐小时及24小时数值降雨预报成果作为山洪预警短期降雨预报的主要输入数据，利用数值预报模型成果进行一天预报的实时地图显示和降雨预报成果的查询，并对比预警指标阈值进行报警。通过数值模式预报和雷达估测，能够避免运算时间过长，降低预报误差的效果和作用。

附图说明

图1为本发明基于融合定量降雨预报算法的山洪预警平台的处理流程示意图；

图2为本发明山洪预警分级流程具体设计框图。

具体实施方式

下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种基于融合定量降雨预报算法的山洪预警平台，所述山洪预警平台包括：

关注区背景模块，用于了解关注区背景信息。其中包括：查询市、县及乡村的基本信息、查询县及乡村的基本信息、查询该县各个小流域及其所对应的社会经济信息、查询河流、水库、堤防等相关的工情信息、国土资源局提供的山洪泥石流滑坡信息。

实时信息模块，用于查询各个雨量监测站的雨情信息，各个河道监测站的水情信息，查询卫星云图、雷达信息及天气状况的气象信息。

气象预报模块，所述气象预报模块包括数值模式预报和雷达估测两部分。

***配置模块，设置***的基本配置、管理用户、密码修改及权限和查看***日志。

预警分级子***，该子***是本平台的核心，预警分类的优劣直接影响到预警发布模块。

结合山洪预警实际工作特点，充分考虑现有的降雨预报技术条件或现状，在拟定致灾临界雨量阈值的基础上，将气象定量降雨预报技术纳入山洪预警应用中，同时，考虑到现有不同预见期降雨预报(数值模式预报的1-2天定量降雨预报和基于雷达测雨估测技术)的不确定性，提出针对山洪灾害防治的三级预警应用技术方案，即重点关注、准备转移和立即转移。

预警发布模块，用于查询未结束的预警信息、校核已生成但未发布的预警信息，确认发布对象后发布预警信息、查询预警信息的反馈信息及响应情况、预警联系人管理。所述预警发布模块包括预警列表子模块、预警信息发布子模块、预警反馈子模块，以及预警联系人通讯录管理子模块。

一种基于融合定量降雨预报算法的山洪预警平台的预警方法，所述预警方法包括如下步骤：

(1)重点关注

考虑数值模式预报未来1天定量降雨预报信息，特别是预报未来1天可能发生强降雨过程。其中，若数值模式预报该分区24h降雨预报值超出24h临界雨量阈值或24h内出现1-6h不同历时雨量超过相对应时段临界雨量阈值。则确定为重点关注，即预警***平台内部发出关注提示信息，但暂不升级到预警，仅作为提醒专业技术人员需要关注并加强实时监测和预测分析，此阶段，预示着已进入山洪预警阶段，需要开始加强值守和监视分析。

(2)准备转移

预警区域已开始了降雨，并且已监测出现明显的“雨峰”现象，在此条件下，若已出现的实况降雨值，与未来2-5h内某个时段降雨预报信息的滑动累计值，超过相应时段临界雨量阈值，则确定此种情况下为准备转移山洪预警。该阶段的预警信息表示需要做好转移思想准备，随时高度关注实时雨情和后续预警信息，做好立即撤离相关准备。

(3)立即转移

在已发生降雨期间，基于所获取的逐小时实测雨量(自动雨量计，建议至少1次/10min频率报汛)统计信息，分别与相应时段的临界雨量阈值比较。其中，①若出现不足1小时的实测雨量累计值已超过对应的1小时临界雨量阈值；或出现1-5小时内不同历时的实测雨量值，再考虑未来1小时的降雨预报值，超过相对应时段的临界雨量阈值，则确定为立即转移预警，即对外发布立即转移预警信息。②基于前期影响降雨量，按动态临界雨量法计算逐时动态临界雨量，其对应的实测1h以内(未达到1小时)的降雨量与基于雷达估测的0-1h降雨预测值的累加值，与动态拟定的1小时临界雨量进行比较，若超过所计算的动态临界雨量值，则此种情况下确定为立即转移预警。③若出现上述两种情况之一，均确定为立即转移，即对外发布立即转移预警信息，马上撤离到安全地区。

以上三级预警的分级基础在于选取临界雨量阈值。下面阐述临界雨量阈值选取如下：

计算关注区中分预警代表站的1小时、2小时、3小时、4小时、5小时、6小时和24小时共7个对象的分区临界雨量值，将其作为计算单元相应时段分区平均雨量的“真值”。

采用泰森多边形法计算分区的面临界雨量。首先用雨量站点文件生成泰森多边形，通过叠加分析得到各区内每个站点的泰森多边形，再计算每个多边形的面积，以及每个多边形的权重，作为各站点的面积权重。应用下列公式计算出各个分区的面平均雨量：

$R=\frac{R_1{f}_1+R_2{f}_2+\mathrm{...}+R_i{f}_i}{f_1+f_2+\mathrm{...}+f_i}=\frac{1}{F}\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{R}_i{f}_i=\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{R}_i{F}_i---\left(1\right)$

式中，R为分区面平均雨量；R_i为各雨量站的临界雨量；f_i为各多边形所包围的面积；F为各个研究区的面积；F_i为参与计算的各雨量站的面积权重；i为多边形的个数。

实时信息模块实时采集各监测站的雨情、水情信息，并辅以卫星云图、雷达等天气实况信息，平台根据当前的实时信息判断雨情是否可能发展。若无发展可能，则处于常规监测状态。否则读取数值模式预报和雷达估测中的降水信息，进一步判断雨情是否发展，同时提示业务人员可查阅关注区背景信息，查询河流、水库、堤防等相关的工情信息及泥石流滑坡信息和社会经济信息，用于评估山洪风险与损失。平台在判断雨情进一步发展后，进入预警分级子***，根据阈值对预警进行分级并报警提示业务人员，当处于“重点关注”级别时仅作为提醒专业技术人员需要关注并加强实时监测和预测分析；处于“准备转移”级别时：表示需要做好转移思想准备，随时高度关注实时雨情和后续预警信息，做好立即撤离相关准备；处于“立即转移”级别时，需要对外发布立即转移预警信息，马上撤离到安全地区。一旦业务人员收到本平台的“准备转移”或“立即转移”预警信息，应立即进入预警发布模块，发布预警信息并加以确认。

实施例

临湘市2014年7月3～4日强降雨过程。在强降雨过程期间，临湘市的10个分区强降雨时段主要集中在4日03～08时，统计03～14时期间各分区面雨量实况与预报值。限于篇幅，以实况相对较强的黄盖湖区及源潭河上游区为例，通过黄盖湖区1h面雨量实况与其后1～5h的预报雨量分别滑动累加，6h最大累计雨量64.1mm，低于其对应的6h面临界雨量阈值，以此类推，黄盖湖区2～5h实况分别与预报值滑动累加，均显示未达到各对应时段的分区临界雨量阈值。源潭河上游区同理，临湘其余分区在该次降雨过程中均未达到相应的预警条件，预警平台没有提示发出山洪灾害预警信息，这与临湘地区未发生山洪灾害的实际情况相符合。

以上所举实施例为本发明的较佳实施方式，仅用来方便说明本发明，并非对本发明作任何形式上的限制，任何所属技术领域中具有通常知识者，若在不脱离本发明所提技术特征的范围内，利用本发明所揭示技术内容所作出局部更动或修饰的等效实施例，并且未脱离本发明的技术特征内容，均仍属于本发明技术特征的范围内。

Claims (5)

1.一种基于融合定量降雨预报算法的山洪预警平台，其特征在于，所述山洪预警平台包括：

关注区背景模块，用于了解关注区背景信息；

实时信息模块，用于查询各个雨量监测站的雨情信息，各个河道监测站的水情信息，查询卫星云图、雷达信息及天气状况的气象信息；

气象预报模块，所述气象预报模块包括数值模式预报和雷达估测两部分；

***配置模块，设置***的基本配置、管理用户、密码修改及权限和查看***日志；

预警分级子***，结合山洪预警实际工作特点，充分考虑现有的降雨预报的技术条件或现状，进行预警分类；

预警发布模块，用于查询未结束的预警信息、校核已生成但未发布的预警信息，确认发布对象后发布预警信息、查询预警信息的反馈信息及响应情况、预警联系人管理。

2.根据权利要求1所述的一种基于融合定量降雨预报算法的山洪预警平台，其特征在于：所述预警发布模块包括预警列表子模块、预警信息发布子模块、预警反馈子模块，以及预警联系人通讯录管理子模块。

3.一种基于融合定量降雨预报算法的山洪预警平台的预警方法，其特征在于，所述预警方法包括如下步骤：

1)考虑数值模式预报未来一天定量降雨的预报信息，特别是预报未来一天可能发生强降雨过程，其中若数值模式预报该分区24小时降雨预报值超出24小时临界雨量阈值或24小时内出现1至6小时不同历时雨量超过相对应时段临界雨量阈值，预警平台内部发出关注提示信息，并提醒专业技术人员需要关注并加强实时监测和预测分析；

2)预警区域已开始了降雨，并且已经监测出明显的“雨峰”现象，在此条件下，若已出现的实况降雨值，与未来2至5小时内某个时段降雨预报信息的滑动累计值，超过相应时段临界雨量阈值，则应该准备转移山洪预警；

3)在已发生降雨期间，基于所获取的逐小时实测雨量的统计信息，分别与相应时段的临界雨量阈值比较。

4.根据权利要求3所述的一种基于融合定量降雨预报算法的山洪预警平台的预警方法，其特征在于：所述步骤3)中，若出现不足1小时的实测雨量累计值已超过对应的1小时临界雨量阈值，或出现1至5小时内不同历时的实测雨量值，再考虑未来1小时的降雨预报值，超过相对应时段的临界雨量阈值，则确定为立即转移预警。

5.根据权利要求3所述的一种基于融合定量降雨预报算法的山洪预警平台的预警方法，其特征在于：所述步骤3)中，基于前期影响降雨量，按动态临界雨量法计算逐时动态临界雨量，其对应的实测1h以内的降雨量与基于雷达估测的0-1h降雨预测值的累加值，与动态拟定的1小时临界雨量进行比较，若超过所计算的动态临界雨量值，则此种情况下确定为立即转移预警。