山洪雨量站（共3篇）
山洪雨量站 篇1
引言
目前, 雨量站网布设的主要目的是为防汛收集雨量的资料。雨量站作为自动气象站的一个补充, 具有价格便宜、建设简单的特点。由于降雨地区分布不均匀, 雨量站的布设太过稀疏的话将得不到部分山洪灾害的气象数据信息, 不能够为公众提供山洪灾害预报预警及时准确的数据信息, 而雨量站布设太过密布又会使资金投资大大加大。山区多易发生山体滑坡, 而目前在山区布设的自动气象站相对稀少, 不能满足当前预报员对山洪灾害预报预警防治的需求。为了能够满足山洪灾害防治的需求, 整个地市在雨量站布设上应该进行加密, 尤其是在山区的地方。本文就如何合理布设山洪灾害防治区的雨量站网提出了一些原则与方法。
1 雨量站站点选取原则
应该在现有的气象自动站基础上进行布设自动雨量站, 为避免重复投资, 还应把水利局的雨量站纳入全盘考虑。对于雨量站和暴雨监测站站点的选取, 应遵循如下原则:
选址时应选择能达到观测环境控制标准的场地, 尽可能满足四周障碍物的距离与障碍物高度比≥3倍的条件, 成排障碍物的距离高度比均≥8倍的条件, 在较大范围内空旷平坦, 保持气流畅通, 并充分考虑地形抬升等局地因素的作用。
应具有一定的地域代表性, 以满足雨量探测需要为原则, 尽量安置在能长久保持、固定的场地, 避免频繁迁移。
站点选择上应考虑非泄洪区和非泥石流地区, 坡地、山区可考虑建于迎风坡, 必要时方可建于背风坡。尽可能多建于河流水系的上游集水区。充分考虑交通和维修保障的便利性, 同时满足自动观测数据实时传输所需要的 (GPRS、CDMA、ADSL或专线等方式) 通信条件。
根据工业农业生产的需要, 急待开发和正在开发的地区, 农业重点产粮区要密些。生活条件较发达的地区可密些, 人烟稀少, 交通不变, 生活比较困难的地区, 近期没有开发价值的地区可稀些。
一级重点防治区站间距5km、二级重点防治区站间距达到10km、一般防治区站间距15km、防治区周边100km主要交通干线站间距15km。
所选站点地表可为草地、裸地、硬化地、沙地等 (其中, 裸地是指不长草的自然地面, 如干土地、沙漠、岩石等;硬化地是指用水泥、柏油、三合土、砖块等材质硬化后的地面) 。
所选站点的通信方式为GPRS/CDMA (请检测无线信号) , 如无通信条件, 应考虑北斗通信并注明站点选取原因。
可以选择太阳能供电或常规供电, 但供电情况应良好, 不会因供电原因造成设备不能正常工作。
出于维护保障的需要, 站点到乡镇的交通情况应良好, 便于维护保障。
根据上述的原则, 综合考虑通信条件、信息收集、管理维护和电力供应等方面环境条件, 实事求是地进行布设。
2 雨量站的布设方法
自动雨量站可对降水进行实时监测, 通过通信网络完成实时雨量信息的传送。自动雨量站作为自动气象站的一个补充, 它具有价格便宜、建设简单的特点, 主要用于山洪灾害预警预报。在山洪灾害重点防治区, 自动雨量观测站间距设计为10~20km, 一般防治区按间距20~40km的标准布设雨量站网。
由上游小面积开始往下游布站, 大面积套小面积, 相对下游大面积站, 其中集水面积内包括上游水文站, 布设数就应只考虑2站之间的区域面积, 其布设数等于下游站面积减去上游集水面积内水文站的面积, 除以下游站的布设密度而得。这样, 布设的雨量站数目, 既满足了大面积水文站的需要, 同时也兼顾了小面积站要求雨量站密度大的特点。
3 总结
山洪灾害防治主要围绕监测、预警和响应3个环节。按照“以防为主, 防治结合”“全面规划、统筹兼顾、标本兼治、综合治理”“突出重点、兼顾一般”的原则, 拟通过在全区范围建立山洪灾害雨量站, 有效防御山洪灾害, 改变福州市各地山区山洪灾害日趋严重的局面, 减少人员伤亡和财产损失, 尤其是有效避免群死群伤事件, 促进全区经济社会稳定发展。
摘要：针对福州市山洪灾害的防治需求, 对山洪灾害防治区雨量站网布设的技术原则和技术指标进行了探讨, 可以为合理的布设雨量气象站网提高效益。
关键词：山洪灾害,防治,雨量站,布设
山洪雨量站 篇2
1 常见问题分析及排除方法
1.1 中心站没有数据返回
如果所有数据都没有返回值则首先看通讯是否正常, 如果通讯正常则进行下一步分析。检查中心站软件的宏配置和各参数配置是否正常, 数据是否正常入数据库, 中心站软件是否正常工作启动 (静态IP地址捆绑、端口映射、虚拟网配置等) ;检查设备机箱电源输出是否为13.5 V左右和采集器供电线路是否连接正常;检查天线和SIM卡是否正常安装, SIM卡是否欠费等情况;检查网络信号强度, 如果太弱导致无线数据传输误码率增加从而不能登录GPRS数据网络, 个别情况下通信部门的无线数据通讯网关也可能出现暂时故障;如果上述情况都未检查出问题, 则有可能是设备自身出了故障, 此时该考虑更换主板[1,2]。
1.2 数据白天正常, 夜间不正常
电池电量不足 (长时间阴天或者其他原因导致) , 白天太阳能给电池充电后可以正常工作, 但由于太阳能电池板未能给蓄电池补充足够电量, 使其在夜间未能达到工作电压, 而无法正常工作, 此时该考虑更换电池。
1.3 系统无电压
打开机箱如果采集器电源指示灯不亮, 首先检测太阳能蓄电池是否有电压, 如果正常则用万用表检测防雷板是否有电压, 如果没有则可能保险管已经烧坏, 拆下保险管检查保险丝是否完好。检测采集器所有线路是否正常, 采集器供电端子等是否连接牢靠。如一切正常则有可能采集器系统内部出现问题, 需要返厂维修或者更换采集器[3]。
1.4 雨量传感器故障排除
一段时间内自动站测量的雨量数据和人工测量的雨量数据之差值较大, 则可能为雨量传感器故障。检查是否为电缆或采集器故障。雨量传感的精度变差, 误差超过4%是常有的, 但台站可校正其准确度。
1.5 无线通讯故障排除
开机后网络指示灯 (红色) 一直周期 (1 s) 闪烁, 按如下步骤进行故障检测: (1) 检查天线连接。检查天线装配是否合理, 同时查看无线信号强弱。如果没有专用设备, 可以用将自动站的SIM安装在手机里, 查看是否能够上网或收发彩信。 (2) 设备各指示灯状态正常, 但中心站收不到该站点数据, 可以通过自动站维护软件进行调试。
1.6 参数丢失故障排除
开机后没有连续2声蜂鸣器鸣响, 而是间隔2~3 s的单音 (数量大约60 s) 后, 才出现连续2声蜂鸣器鸣响, 说明设备参数已丢失, 需要重新设置所有参数。
设备各指示灯状态正常, 但中心收不到该站点数据, 可能是设备参数丢失, 可通过自动站设备测试程序重新设置参数。
1.7 数据跳变问题排除
如果软件显示上的数据某些时候数据会出现跳变, 有可能是设备周围的电磁干扰引起的, 检查机箱和各传感器的屏蔽线是否接好, 使用万用表的蜂鸣档一端连接屏蔽线一端连接机箱外壳, 如果发生蜂鸣声则此传感器的屏蔽线已连接好。如屏蔽线没问题请联致电服务电话400-818-6116。
2 日常维护方法及应注意事项
一是检查SIM卡是否有费, 要及时充值。二是断开通讯电缆, 松开外壳螺钉, 将外壳取下;观察外壳是否有泥沙, 如有, 用清水冲洗干净。三是观察漏斗处是否有泥沙阻塞, 如有, 用针状物通顺, 但不能损坏过水通道, 然后用清水冲洗干净。四是将翻斗用清水轻轻刷洗干净, 并将清洗后的翻斗背面用干净的布或面巾纸檫干净, 然后看雨量传感器的计数翻斗是否转动灵活。五是上述工作完毕, 将外壳与底盘固定;用清水轻轻倒入筒壳中, 听内部有无翻斗声, 如有则正常, 如没有则未安装好, 需重复上述步骤。六是检查出水口是否被泥沙、小虫、蜘蛛网等堵塞, 疏通出水口。七是将电缆接好, 信号线与传感器和采集器的接头是否松动, 松动了要拧紧[4]。
3 结语
加强对山洪雨量站设备的日常维护, 能有效降低山洪雨量站的故障发生率;多归纳总结山洪雨量站故障的排除方法, 即使在设备出现故障时, 也能做到心中有数, 运用正确的故障排除方法逐步排查, 及时排除设备故障, 有效地降低山洪雨量站故障率。
参考文献
[1]王继凤, 乌兰图雅, 程伟, 等.自动站记录与人工观测雨量测量误差原因分析[J].现代农业科技, 2011 (2) :29, 31.
[2]陈燕芬, 唐建华, 周小贞.一次草温异常记录的判断和处理[J].农村经济与科技, 2012, 23 (1) :76-78.
[3]牛二伟.自动遥测雨量站故障分析处理方法[J].山西水土保持科技, 2012 (4) :47-48.
山洪雨量站 篇3
山洪灾害形成机理与降雨、植被、土壤、地质、地貌等密切相关, 其中降雨是诱发山洪灾害的直接外动力因素[2]。当一个小流域某时段内降雨量达到或超过某一量级和强度时, 形成的洪水流量刚好为河道的安全泄洪能力, 大于这一降雨量可能引发山洪灾害, 此时的降雨量称为临界雨量, 一般用1小时或几小时降雨量表示[3]。实际应用中, 临界雨量一般分为警戒雨量和转移雨量两大指标[4], 警戒雨量即准备转移的指标, 雨量达到或接近该指标后, 应提高警惕, 随时监控, 做好转移准备;转移雨量即立刻转移的指标, 达到该指标后, 应结合监测情况, 当发生山洪的可能性较大时, 立刻组织人员转移。临界雨量是目前山洪灾害预警预报的关键指标, 很多学者建议采用多种方法综合分析确定临界雨量值[5,6,7,8]。本文在介绍推求山洪灾害临界雨量方法的基础上, 根据广东省清远市连州瑶安小流域山洪灾害及资料情况, 主要采用区域临界雨量法和水位反推法确定该流域临界雨量值。
1 推求临界雨量的方法
近年来, 国内外学者在临界雨量方面做了很多有益探索, 陈桂亚等[9]用统计归纳法确定临界雨量, 宋翔等[10]考虑山东省某典型区内河流堤防的防洪标准, 结合灾害雨量和长系列降水资料, 统计归纳临界雨量;段生荣[11]以黄河流域某支流为例, 对比分析了灾害实例调查法、灾害降雨同频率法、产流分析法等各种方法的优缺点;叶勇等[12]利用水位反推法计算浙江省某小流域的临界雨量, 刘志雨等[13]基于分布式流域水文模型考虑前期土壤饱和度, 提出以动态临界雨量为指标的山洪预警预报方法;江锦红等[14]以前期降雨量、降雨强度双指标作为山洪灾害预警指标, 探讨暴雨临界曲线作为山洪预警标准的合理性;樊建勇等[15]建立了临界雨量与小流域面积、主沟长度、主沟比降等参数的统计模型;在国外, 具有代表性的方法是FFG (Flash Flood Guidance) [16], 即山洪指导。
上述方法归纳起来主要分为经验方法和理论方法两大类[8]。经验方法无明显的物理机理和推导过程, 对资料要求不高, 主要根据事件相关性、地理条件相似性等原则确定山洪灾害临界雨量指标, 主要包括统计归纳法、灾害实例调查法、内插法、比拟法、灾害与降雨同频率法, 其中后4种方法主要在无资料或资料较为缺乏的地区使用;统计归纳法通过对不同雨量站历次灾害资料进行统计分析, 计算得到临界雨量, 该法按范围不同又可分为单站临界雨量法、区域临界雨量法等。理论方法以山洪灾害形成的水文学、水力学过程为基础[7], 具有较强的物理机制和推导过程, 主要包括水位反推法、土壤饱和度- 降雨量关系法、暴雨临界曲线法等。其中土壤饱和度-降雨量关系法对资料要求较高, 包括水文、降雨、土壤饱和度等, 而土壤饱和度往往不易获得;暴雨临界曲线法只能根据前期累计雨量和前1小时雨量进行预警, 缺乏不同时段的概念;水位反推法以洪水与暴雨同频率为基础, 结合历次灾害水位及防洪工程情况计算分析临界雨量, 在实际应用中有一定的参考价值。鉴于此, 本文主要基于统计归纳法和水位反推法, 综合分析确定临界雨量。
1.1 统计归纳法
1.1.1 单站临界雨量法
通过分析区域内各站的临界雨量初值, 确定区域临界雨量, 这种方法称为单站临界雨量法[3], 所需资料为降雨资料及山洪灾害调查资料。采用滑动平均法得到单个站点与历次山洪灾害所对应的各时段最大雨量, 在该站各个时段的统计雨量中, 取其最小值作为该站各时段的临界雨量初值, 计算公式如下:
式中:Rti临界为历时为t的第i个雨量站的临界雨量初值, mm;Rtij为历时为t的第i个雨量站第j次山洪灾害的最大雨量, mm;S为区域内雨量站个数;N为区域内发生山洪灾害的次数。
由于区域内不同站点同一时段的临界雨量不尽相同, 因此将各站同一时段的临界雨量进行统计分析, 得到其平均值、最小值和最大值:
式中:t为区域内大范围的平均临界雨量, mm, 当面降雨量超过R珚t, 区域内有可能发生山洪灾害;Rtmin、Rtmax分别为区域内各单站临界雨量的最小值、最大值, mm;Rtmin可视为区域内发生山洪灾害的必要条件, 区域内至少有一个站点雨量超过Rtmin时, 区域内才可能发生山洪灾害;Rtmax可视为区域内发生山洪灾害的充分条件, 当区域内每个站点雨量都超过Rtmax, 区域内将有大范围的山洪灾害发生。
在上述分析的基础上确定区域临界雨量, 区域临界雨量的范围一般在Rtmin~t之间, 在该范围内, 区域中达到临界雨量的站点相对较多, 只要降雨量在该变幅中, 就可能发生山洪灾害。本法适用于雨量站密度较大的区域, 若区域内雨量站相对较少, 可采用区域临界雨量法进行分析[3]。
1.1.2区域临界雨量法
与上法类似, 本法也需收集降雨资料及山洪灾害调查资料。采用滑动平均法得到区域内与历次山洪灾害对应的各时段最大面均雨量, 面均雨量可由算术平均法、泰森多边形法、雨量等值法等计算而得。在每个时段的统计中, 取其最小值作为该区域各时段的临界雨量初值, 计算公式如下:
式中:t临界为区域临界雨量初值, mm;R珚tj为历时为t的第j次山洪灾害的最大面平均雨量, mm;N为区域内发生山洪灾害的次数。
在各个时段的统计中, 计算历次山洪灾害最大面均雨量的平均值:
式中:为区域平均临界雨量, mm。
区域临界雨量的范围一般在之间, 在该范围内有一定数量的灾害场次, 只要降雨量在该范围内, 就可能发生山洪灾害。
1.2 水位反推法
水位反推法假设洪水与暴雨同频率, 主要思路和方法如下。
(1) 根据流域内河道堤防具体情况、历史洪水灾害发生位置等选取控制断面, 分析确定历史最高水位、警戒水位 (威胁堤防安全, 准备转移的水位) 、危险水位 (堤防可能随时发生险情, 需立即转移的水位) , 根据水位流量关系, 计算各控制水位对应的流量Qwarn、Qdanger。
(2) 进行洪水计算, 确定各暴雨频率P下降雨形成的断面洪水过程线, 并绘制各频率洪水洪峰流量与暴雨频率的关系曲线图Qmax, p~P。
(3) 从Qmax, p~P关系曲线上查得与Qwarn、Qdanger对应的频率值Pwarn、Pdanger。
(4) 根据Pwarn、Pdanger, 由频率计算得到各时段 (1、3、6、12、24h) 警戒雨量、危险雨量。
1.3 临界雨量指标确定方法
临界雨量分为警戒雨量和转移雨量两个指标, 从安全的角度讲, 发布的信号越早越好, 但若发布了转移信号, 灾害未发生则易造成混乱, 因此, 合理确定临界雨量指标, 掌握好发布信息时机是山洪灾害预报成败的关键。
统计归纳法基于历史上发生的灾害资料分析计算临界雨量, 临界雨量值受前期雨量影响较大, 一般来说, 前期雨量较大的情况下, 当天发生灾害达到的临界雨量值往往较小, 反之较大。水位反推法以防洪工程为基础, 仅考虑对区域造成威胁的当场雨量大小, 缺乏前期雨量概念。因此, 需将统计归纳法和水位反推法结合起来, 综合分析确定临界雨量指标, 具体为:将基于灾害统计归纳的临界雨量范围的下限值与水位反推法确定的警戒雨量值取平均值, 作为该区域山洪灾害的预警指标;将基于灾害统计归纳的临界雨量范围的上限值与水位反推法确定的危险雨量值取平均值, 作为该区域山洪灾害的转移指标。
2 临界雨量分析计算实例
2.1 研究区概况
瑶安小流域位于广东省清远市连州北部山区, 瑶安墟下游断面以上集水面积274.82km2, 流域比降1.66%, 干流全长36.85km, 境内以中低山、丘陵为主, 地势北高南低, 区内主要有三条支流, 自西向东分别为长合水、小滚水、带田水, 呈扇形分布, 自北向南汇流于瑶安乡墟镇, 瑶安小流域示意图见图1。该区年平均降雨量1 600mm, 年最大洪峰流量主要发生在汛期4-9月。本流域为典型山区河流, 坡降较陡, 局部暴雨强度大, 洪水具有汇流时间短、流速快、冲击力大、破坏性强等特性, 极易造成水土流失, 大量泥沙、卵石被冲入河道, 淤积河道, 抬高河床, 严重威胁到两岸的村庄和农田, 冲毁水利设施和道路工程, 危及人民群众生命财产安全。20世纪60年代以来, 该区发生了几次较大的暴雨洪水灾害, 近年来以2006年“6.18”山洪和2007年“6.7”山洪最为严重。
该流域内只有田心雨量站1958-2011 年长序列雨量资料, 该站位于小滚水上游, 因此选取该站的雨量资料进行临界雨量分析计算。根据雨量资料及灾害调查情况, 采用区域临界雨量法和水位反推法计算山洪灾害临界雨量, 综合分析确定临界雨量指标。
2.2 计算结果
2.2.1 区域临界雨量法
根据区域发生山洪灾害时间, 统计分析该山洪灾害发生时所对应的最大1、3、6、12、24h的降雨量, 根据历次灾害雨量合理确定各时段临界雨量, 结果如表1所示。表1中早期年份没有最大1、3h降雨量资料。
mm
2.2.2 水位反推法
选取瑶安乡墟镇长合水与小滚水汇合处位置作为控制断面, 根据该流域整治工程设计资料, 该断面河底高程为183.0m, 河底宽度为40m, 河道边坡比为1∶2。根据洪水调查资料, 瑶安乡墟镇历史最高洪水位为1994 年 “6.18”的洪灾水位188.9m, 2006年“6.18”洪灾最高水位为187.9m, 2007年“6.7”洪灾最高水位为187.2m。根据《广东省连州市瑶安乡山洪灾害防治预案》, 河道水位接近常遇洪水位时为警戒状态, 河道水位接近历史洪灾最高水位时为危险状态。根据瑶安小流域整治工程设计资料, 该断面20 年一遇洪水位为186.02 m, 取20年一遇洪水深的80%作为警戒水深, 进而可确定警戒水位;从防洪安全角度出发, 取2007年“6.7”洪灾最高水位以下1m作为危险水位, 由此确定控制断面的警戒水位和危险水位分别为185.4和186.2m。通过水力计算, 得到对应的警戒流量和危险流量分别为761.9和1 246.8m3/s。
利用广东省综合单位线法计算得到该流域各设计频率P下的设计洪峰流量Qmax, p, 点绘两者之间的关系 (见图2) 。根据Qwarn、Qdanger, 从图2中查得警戒和危险状态时的频率Pwarn、Pdanger分别为18%、2.7%。由各时段暴雨序列资料, 采用PⅢ频率曲线分析得到相应时段的设计暴雨参数, 结果见表2。由各时段暴雨PⅢ频率曲线, 计算得到各时段对应频率的警戒雨量、危险雨量 (见表2) 。
注:1、3h雨量序列只有2002-2011年资料, 各参数通过查算《广东省水文图集》而得, 其余时段雨量由实测资料分析得到。
2.2.3 临界雨量指标的确定
由表1、表2不难发现, 区域临界雨量法统计出来的各时段临界雨量普遍比水位反推法计算得到的临界雨量小, 这是由于区域临界雨量法是基于历次灾害资料统计归纳的, 当天发生灾害时, 前期往往已有较大降雨, 故发生灾害时所需的临界雨量偏小;水位反推法仅考虑对区域造成威胁的当场雨量大小, 故计算出来的临界雨量偏大。因此, 结合两种方法确定的临界雨量值, 综合分析确定该区域的临界雨量指标, 结果见表3。
3 结语
(1) 临界雨量是小流域山洪灾害预警预报的重要依据之一, 目前确定临界雨量主要有经验方法和理论方法, 建议采用多种方法综合分析确定临界雨量。本文结合瑶安小流域山洪灾害及雨量资料等特点, 分别采用区域临界雨量法、水位反推法, 综合分析确定山洪灾害警戒雨量、危险雨量指标。
mm