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第10章 防“洪”于未然(1)

我们知道洪灾是由于江、河、湖、库水位猛涨,堤坝漫溢或溃决,使客水入境而造成的灾害。洪灾除对农业造成重大灾害外,还会造成工业甚至生命财产的损失,是威胁人类生存的十大自然灾害之一,所以对洪水灾害的防患就显得非常重要了。

洪涝灾害的监测

水文要素是洪涝灾害监测信息的重要组成部分。水文要素是表现某一地点或区域在某一时间水文情况的主要物理量,包括降水、蒸发和径流以及水位、流速、流量、水温、含沙量、冰凌和水质等,通常由水文站网通过水文测验加以测定。

与洪涝灾害关系密切的水文要素主要有降水、水位、流量、淹没面积、淹没历时和土壤含水量等。

1.降水量观测

降水量可用雨量器或雨量计直接观测,也可以通过测雨雷达和利用卫星云图间接测算。

(1)直接观测方法:即在某一测点水平安装一个具有一定承雨口径的雨量器或雨量计,直接计量降水的时间和数量,并以此代表其控制范围内的降水量,它是使用最为广泛的降水量观测方法。目前,使用最多的为翻斗式雨量计(2)间接测算途径:通过测雨雷达和利用卫星云图来测算一定区域内的降水量。雷达发出的电磁波穿过云雨将衰减,根据接收到的回波强度,反算降雨的强度,因此可用地面实测降雨资料率定雷达测雨公式来测定降水,雷达测雨的有效 半径一般为200~300千米,距离越远,误差越大。

2.水位观测

我国最早的水位观测可追溯到公元前251年的战国时期。秦李冰在岷江上修建了都江堰引水灌溉工程,立三石人于三水中测量水面高低,为了满足引水,要求“竭不至足,盛不没肩”,说明当时不但已建立起观测水位的明确概念,而且还清楚地意识到水位与流量的关系。

水位观测是观测水流情况的基本水文测验项目,其观测时间、每日观测次数,以能掌握一日内水位的变化过程和满足水文情报预报的需要为准,平水时每日观测1次或2次,洪水时期、防凌时期及冰雪融化期,应增加观测次数,以测取完整的水位变化过程。水位变化频繁,人工观测有困难时,一般用自记水位计,以保证水位记录的完整性。有时在水位观测时,同时测记河床变化、流势、流向、引水、冰情、波浪、水生植物、风向、风力、水面起伏度、水温及对河流、湖泊、水库发生影响的其他现象。

通常水位观测设备有水尺及自记水位计两类。采用基面有两种,一种为绝对基面,一般以国家规定 的统一水准基面为标准;另一种为假定基面,即对尚未接测至绝对基面的观测点,采用低于河床最低处作为标准。用水尺直接观测时,一般水尺读数加已知水尺零点高程即得水位。

水尺设置通常应布设在河道顺直、断面比较规则、水流稳定,无分流、斜流、乱石阻塞的地点;并尽量避开不便观测及有大量工业废水和城市污水排入的地点,使观测到的水位资料具有代表性和准确性;为了使水位流量关系稳定,观测水位还应避开水流受变动回水影响及水量变化较大的地点(如大量引水、大坝等)。

自记水位计是能自动记录水位变化过程的仪器,有的还能将所观测的数据以数字的方式远传到室内,使水位观测自动化和远传化。常用的水位计有浮子式、压力式、气泡式、超声波式等类型。

(1)浮子式水位计:利用浮子跟踪水位升降,以机械方式直接传动记录。用浮子式水位计需有测井设备(包括进水管),适合岸坡稳定、河床冲淤不大的低含沙河段。浮子式水位计在我国应用较广。

(2)压力式水位计:根据压力与水深成正比关系的静水压力原理,运用压敏元件作传感器的水位计。

当传感器固定在水下某一测点时,该测点以上水柱压力高度加上该点高程,即可间接地测出水位。该仪器适用于不便建测井的地区。

(3)气泡式水位计:将一根上端装有压力传感器和气源的管子插入水中,以恒定流向管子里通入少量空气或惰性气体,压力传感器即可测出管内气体压力,此值与管子末端以上水头成正比,通过记录系统转换成水位。该仪器的压力传感器不直接与水体接触,可不建测井,特别适用于水体污染严重和腐蚀性强的工业废水等场合。国外应用气 泡式水位计较普遍。

(4)超声波式水位计:应用声波反射的原理来测量水位,即声波在介质中以一定速度传播,当遇到不同密度的介质分界面时,声波立即发生反射。

水位计的记录方式有:图形曲线,数据显示或打印,磁带,固态储存等,有的配备了编码器等装置,将记录转化成数据通过有线、无线电或卫星等进行远距离传输存储到数据库中。

我国在20世纪60年代初提出水位自记化要求,至80年代初已有半数以上测站使用自记水位计。上世纪末本世纪初开始建设的国家防汛抗旱指挥系统工程,建设和改造的测站已全部达到了自动传感(通过编码器等直接转换为数字信号),长期固态介质存储,自动传输的设计目标,大大提高了水位观测的自动化程度、精度和可靠性。

怎样测验洪水的流量

天然河道的流量测量常用垂线划分过流断面,测出垂线上的流速和过流断面面积后计算流量。实验室的流量可用直接的体积法或重量法测量,也可用间接的各种流量计。

测流量方法很多,按其工作原理大致分为1.流速面积法:有流速仪法、比降面积法、积宽法、浮标法。

2.水力学法:包括量水建筑物和水工建筑物测流。3.化学法,又称溶液法、稀释法、混合法。4.物理法:

有超声波法、电磁法和光学法。5.直接法:有容积法和重量法,适用于流量极小的沟涧。

江河、渠道实地流量测验有流速面积法、建筑物法、稀释法等多类方法,可因地因时制宜和经济合理地选择使用。

1.流速面积法:通过河流横断面上单元面积的流量是该面积与流速的乘积,即分别测量各个部分的流速和面积即可求得流量,其测量包括横断面测量和流速测量两个部分。这是使用最为广泛的测流方法。

水流流速的测量,有流速仪法、浮标法、超声波法、电磁法、比降法等几种方法。

流速仪法:这是国内外施测流速最广泛和最基本的方法,也是评定各种测流方法精度的衡量标准。

一般是用测船或缆道悬吊流速仪沿断面的不同垂线直接读取流速仪在不同测深点的流速。

浮标法:当使用流速仪测流有困难时,就可使用浮标测流。先在测流河段设置上、中、下三个断面,从上游断面均匀投放浮标,测定浮标流经上下断面的运行历时和经过中断面的位置(定起点距),上下断面间距除以历时即求得浮标流速,再乘以系数,可求得垂线平均流速。

涨落急剧的中小河流测量浮标可用水面浮标,小流速情况可用浮杆、双浮标等。

超声波法:在两岸设置发射和接收超声波的装置,其位置的连线斜向水流。超声波斜向上游与斜向下游的传播时间之差与流速成函数关系,据此测量流速。适用于测量频繁但气泡、水草、泥沙影响不大的地方。

电磁法:在河底设置线圈通以电流造成磁场,水流切割磁力线,产生与流速成正比的电动势,据此测量流速。适用于测量频繁的小河或渠道。

比降法:用实测的水面比降, 连同断面资料和本站的或借用的糙率资料,用水力学公式计算流速和流量,其精度较差,只在不能使用其他方法时使用,或者作为一种辅助性方法。

用上述方法测得部分面积和部分平均流速,部分面积与部分流速之积作为部分流量,部分流量的总和即为断面流量。

稀释法:即在河段上游投入示踪剂,至下游被河水混匀后总量不变,而其稀释倍数与流量成比例,按示踪剂的量与下游检测的示踪剂浓度资料计算流量。适用于水流紊乱的河段。

2.建筑物法:当通过跨河建筑物的流量与上游水头、上下游水位差等存在函数关系时,可在断面上设置标准形式的量水建筑物,观测水位,用水力学公式推算流量。

洪水淹没面积监测

传统的洪灾淹没面积一般是以县为单位在灾后进行统计的。自从美国于1972年发射了第一颗陆地资源卫星后,利用遥感探测技术实施地面目标的监测成为可能。20世纪90年代以来,遥感空间分辨率已提高到了米级、亚米级的水平,2004年我国新一代资源卫星空间分辨率已达到约5米。

洪涝灾害淹没面积可从洪灾发生时的遥感影像中,提取洪水水体与基础背景数据库中的本底水体叠加进行监测评估。

暴雨预警信号及防御指南

暴雨预警信号分四级,分别以蓝色、黄色、橙色、红色表示。

1.暴雨蓝色预警信号

标准:12小时内降雨量将达50毫米以上,或者已达50毫米以上且降雨可能持续。

防御指南:(1)政府及相关部门按照职责做好防暴雨准备工作;(2)学校、幼儿园采取适当措施,保证学生和幼儿安全;(3)驾驶人员应当注意道路积水和交通阻塞,确保安全;(4)检查城市、农田、鱼塘排水系统,做好排涝准备。

2.暴雨黄色预警信号

标准:6小时内降雨量将达50毫米以上,或者已达50毫米以上且降雨可能持续。防御指南:(1)政府及相关部门按照职责做好防暴雨工作;(2)交通管理部门应当根据路况在强降雨路段采取交通管制措施,在积水路段实行交通引导;(3)切断低洼地带有危险的室外电源,暂停在空旷地方的户外作业,转移危险地带人员和危房居民到安全场所避雨;(4)检查城市、农田、鱼塘排水系统,采取必要的排涝措施。

3.暴雨橙色预警信号

标准:3小时内降雨量将达50毫米以上,或者已达50毫米以上且 降雨可能持续。防御指南:(1)政府及相关部门按照职责做好防暴雨应急工作;(2)切断有危险的室外电源,暂停户外作业;(3)处于危险地带的单位应当停课、停业,采取专门措施保护已到校学生、幼儿和其他上班人员的安全;(4)做好城市、农田的排涝,注意防范可能引发的山洪、滑坡、泥石流等灾害。

4.暴雨红色预警信号

标准:3小时内降雨量将达100毫米以上,或者已达100毫米以上且降雨可能持续。

防御指南:(1)政府及相关部门按照职责做好防暴雨应急和抢险工作;(2)停止集会、停课、停业(除特殊行业外);(3)做好山洪、滑坡、泥石流等灾害的防御和抢险工作。

充分重视气象预报

在雨季,要时常注意收听收看天气预报。当有暴雨或大暴雨的连续播报时,地处河谷低洼地带、沿江沿湖地区的人们,就要提高警惕,随时关注洪水警报预告水面可能上涨到的高度和可能影响的区域。所以,常常关注警报内容,对于防范洪水是一剂必不可少的“预防针”。

如果洪水警报已经预告了洪水来临的信息,一定不要惊慌失措,要镇定下来,思索怎么让这一剂“预防针”起到更好的效用。

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