暴雨山洪监测技术研究进展与发展趋势

山区局地降雨是诱发暴雨山洪的最主要因素,加强山区小流域雨量监测,分析致灾临界雨量指标值并及时发布有效预警信息,是降低山洪灾害损失的有效非工程手段。目前针对暴雨山洪灾害研究主要集中在短时临近预报预警领域,对山洪监测技术适用性研究不足,山洪暴发的时空尺度具有特异性,传统监测站网无法满足山区暴雨高强度短历时的监测需求,当前构建跨尺度山洪监测体系仍具有一定难度。针对山洪监测技术中雨量监测研究现状,评述了国内外雨量计、测雨雷达、卫星遥感、微波链路测雨及降雨融合技术研究进展。暴雨山洪监测技术虽然在不断发展,但单一监测传输手段及信息源将无法满足复杂山区环境的山洪监测要求,通过构建山洪立体监测技术体系,可为山洪过程模拟、洪灾风险评估及山洪预报预警提供实时雨量监测数据和技术支撑。

暴雨型山洪灾害链监测预警研究与展望

暴雨型山洪及其链生过程是山区常见的致灾隐患,因其点多面广、成因复杂,加之相关过程常表现显著的突发性、局地性与隐蔽性等特点,增加了灾害早期识别与监测预警的难度。目前,山洪灾害链转化机理与监测预警研究是防灾减灾领域具有综合交叉特色的国际前沿与热点问题。为此,通过梳理暴雨型山洪灾害链国内外研究现状与趋势,分析了相关研究中亟需突破的关键科学与技术问题,并针对性提出了研究方向和研究展望。其中亟待突破的关键科学与技术问题有:如何揭示暴雨-洪水-滑坡(崩塌)-泥石流的同源链生转化机理,如何建立灾害链精准监测与稳定传输技术,如何构建灾害链预警指标体系与动态预警平台。建议研究方向为:暴雨型山洪灾害链致灾因子辨识研究,暴雨型山洪灾害链关键要素监测预警技术研发,山区小流域山洪灾害链监测预警平台研发,暴雨型山洪灾害链监测预警技术集成与示范。研究展望包括:突出多科学交叉、多手段融合,以“致灾因子辨识-关键技术研发-软件平台构建-集成应用示范”为研究主线,最终在灾害链驱动演化机理、精准监测与动态预警技术等方面取得突破和创新,预期成果可为提升山洪灾害链防御能力、推动生态可持续和流域高质量发展提供科技支撑。

山洪灾害监测预警技术研究及发展趋势综述

山区城市化进程加快、生态环境恶化、极端水文事件增加造成山洪灾害日益严重,已成为制约山丘区社会经济发展的重要因素。针对当前山洪灾害监测预警技术研究现状,综述了山区暴雨洪水过程模拟、山洪灾害监测预警技术研发和防灾减灾模式构建的最近进展。在综述国内外研究现状的基础上,提出了山洪灾害监测预警技术研究的发展趋势,包括从机理研究、技术研发、模式构建和应用示范等方面开展监测预警关键技术攻关;充分发挥物联网技术在山洪灾害防治领域的作用;采用"自然-社会"二元山洪灾害防治范式。研究成果可为山洪灾害防治体系升级改造提供科技支撑。

山洪灾害监测预警关键技术与集成示范研究构想和成果展望

中国山洪灾害点多面广,发生频繁,但因山洪灾害问题的多样性和复杂性,目前在主要关键技术领域的研究仍处于起步和技术探索阶段,不能适应当前防御山洪灾害的实际需要。如何精准预报局地强降雨,研发山洪监测技术体系,提炼山洪灾害动态多预警指标,实现从注重灾后救助向灾前预防转变。如何研发因地制宜的山洪灾害预报模型,搭建风险评估平台,构建山洪灾害防御模式,提高山洪灾害预警和风险防范能力,是当前山洪灾害研究的前沿和热点问题,也是目前国家大力实施山洪灾害防治县级非工程措施项目建设必须要面对的现实问题。围绕上述问题,凝练如下3个关键研究目标:1)理清山洪灾害动力过程,建立山区局地暴雨预报模型和山洪动态模拟模型;2)研发构建山洪多要素立体监测技术与体系,实现山洪灾害预警与风险评估信息的实时动态传输与发布,解决山洪洪峰流量预报精度不高、预警期和应急抢险处置时效短等问题;3)构建多层次、多目标的山洪灾害动态预警与风险评估平台,提炼山洪灾害防灾减灾模式,并示范推广。通过研究实现以下创新:1)从揭示诱发山洪的中小尺度天气系统形成机理入手,研发山区短时临近暴雨预报技术,提高山区致灾洪水暴雨预报精度,有效延长山洪灾害预警期。2)通过研究多源遥感、雷达、微纳感知、智能识别等山区雨洪监测数据采集技术与适应、实用稳定的传统技术集成与融合,构建空天地一体化山洪多要素立体监测技术体系,实现技术创新,延长山洪预警期。3)通过解析山区暴雨洪水-灾变响应过程,阐明暴雨山洪形成过程及致灾动力机制,构建基于降雨预测和土壤含水量动态监测的山洪过程动态模拟模型,提高山洪灾害预警准确性与可靠性。4)以山区洪水的运移过程为切入点,建立山洪灾害多指标预警模型,研发山洪灾害实时动态分级预警技术,有效延长灾害预警期,提高应急抢险应对处置时效。基于以上内容,为目前实施的山洪灾害防治县级非工程措施改造升级完善布局建设,提升国家防灾减灾救灾能力,保障山丘区人民生命财产安全和社会经济可持续发展提供科技支撑。

金沙江下游地区山洪灾害防治非工程措施适宜性评价

金沙江下游山洪灾害频发,其非工程措施适宜性评价对山洪灾害防治具有显著意义。通过研究金沙江下游典型区水文、气象和山洪灾害防治非工程措施资料,结合实地河道断面测量,对当前金沙江下游山洪灾害非工程措施适宜性进行了评价。

尼泊尔Ms8.1级地震触发定日县次生地质灾害规律及防治建议研究

尼泊尔Ms8.1级地震触发西藏定日县次生灾害较严重,主要为泥石流、崩塌和不稳定斜坡。统计分析地震触发的次生地质灾害数量在各乡(镇)分布差异较大,且此次地震触发的次生地质灾害主要是中小型灾害,灾害类型主要为泥石流。基于次生地质灾害分布特征,将定日县灾害防治划分为重点防治区、次重点防治区和一般防治区。结合不同分区的灾害分布特点,提出了针对性的次生地质灾害防治措施,研究成果将有助于相关主管部门合理、高效、快捷的实现灾后重建及防灾减灾人力、物力和财力的合理使用。

澜湄国家山洪灾害防治技术培训的探索与实践

近年来中国在山洪灾害防治领域取得了长足进步,湄公河流域国家因与中国有相似的山洪灾害防治需求,多次表示期望与中国合作。向湄公河国家管理与技术人员提供培训从而输出中国丰富的经验与科技成果,对实现澜湄国家互利共赢与区域和谐发展具有重要意义。通过分析和总结中国科技部主办的发展中国家培训班项目“澜湄国家山洪灾害防治技术国际培训班”的策划、执行和反馈,找出存在的不足并提出相应建议,为未来开展类似的培训工作提供借鉴经验。

大空间尺度山洪灾害危险评估的比较研究

首先以长江流域为例,将历史灾情作为基础验证资料,分析比较了不同评估模型的输出结果,以此探讨大尺度山洪灾害危险评估模型的构建方法与优选方案,后将成果推广至全国尺度,结果显示:1暴雨和地形类指标图层的乘积叠加成果可以较好地反映区域山洪的危险分布特征,其他要素指标的引入,若它们对山洪发育的影响在时空上存在不确定性,或是与前两类主因子存在明显的交互作用,则可能使结果产生偏差;2我国国土面积中约62%的地区山洪危险度较低,高危险区主要分布在我国东南片的台湾中央山脉、武夷山脉、南岭、江南丘陵等中低起伏地区,以及西南片的盆周山地、滇东横断山脉、青藏高原东南等高起伏山地,其中以西南诸省最为严重。

山洪灾害防御研究进展

从防治理念、预报预警和风险评估三个方面,对当今国内外山洪灾害防御研究工作进行梳理,总结和比较了国内外山洪防御研究现状与差异,以期为明晰我国现阶段山洪防御水平、找准未来工作重点提供参考。认为与先进国家相比,我国山洪防治理念对保险和土地利用管理措施关注不够,需在充实"非工程措施"内涵的基础上,对相关工作进行深入探索和实践;我国山洪预报预警的准确率与先进国家尚存一定差距,落后的山区局地降雨监测预报支持系统和高度概化的预报预警模型是其中的重要原因;要素风险评估技术在国内外山洪风险格局分析中得到了普遍应用,不再是山洪防御工作的瓶颈,而物理机制更强的过程风险评估的发展尚不能满足现实需求,是今后研究中需要着力加强的部分。

全坡面水土流失时空分异规律及观测技术研究进展

全坡面是介于传统坡面和流域尺度之间,进行水土流失多尺度观测与转换的基本单元。在分析水土流失基本单元的基础上,界定了全坡面的范围,确定全坡面是位于分水岭之间从坡顶到坡脚表现为单一坡面的独立集水单元。坡长、坡度、坡位和土地利用分布格局等空间异质性是区别于传统研究坡面,影响全坡面水土流失空间分异规律的关键因素。径流、泥沙、碳、氮、磷等水土流失通量物质,是全坡面侵蚀规律研究的关键要素。全坡面关键要素迁移转化是一个复杂的物理化学过程,而目前的观测技术难以对各要素进行高效的识别、提取与定量分析,亟需建立全坡面观测技术体系。通过对全坡面水土流失时空分异规律及观测技术的研究,可为构建水土流失多尺度嵌套观测体系,模拟预测不同尺度下侵蚀产流产沙过程提供重要参考和依据。

工程堆积体产流产沙及水沙效益对植被近地表特征的响应

针对陡坡工程堆积体水土流失严重的问题,通过野外模拟降雨试验开展植被不同近地表特征对堆积体产流产沙和蓄水减沙效益特征影响的定量研究。选择土石混合堆积体(10%砾石质量分数,坡度30°)作为工程侵蚀下垫面的典型代表,并以裸坡(bare slope,BS)为对照,定量分析了植被在3种近地表特征条件下(完整植株(intact grass,IG),不含叶(not leaf,NL),只含根系(only root,OR)对堆积体产流产沙特征和蓄水减沙效益影响。结果表明:1)植被在IG条件下延缓坡面径流发生使其较BS滞后,效益达50.74%~188.98%,但不完整植被(NL、OR)会加速径流发生使其较BS提前2.19%~70.12%;2)植被在NL和OR下的瞬时径流率比IG增大0.20%~185.58%,在降雨强度1.8 mm/min的瞬时径流率甚至比BS高1.20%~169.10%;植被在IG和NL条件下瞬时侵蚀速率比BS减少0.91%~98.71%,但在降雨强度达到1.8 mm/min时OR条件下甚至增大侵蚀使其比BS高6.76%~75.63%;3)随降雨强度增大,植被在NL和OR条件下的减沙效益由95.18%和68.31%分别递减至46.58%和-68.13%,但对IG下的减沙效益影响小(效益差异<2%),平均蓄水效益随降雨强度增大而减小。不同堆积体水沙呈显著线性相关(R^(2)在0.40~0.88),且径流率达到4 L/min会显著改变植被对堆积体坡面防护效益。提出开展堆积体生态修复时选择冠层丰富的植被,同时要避免外部因素对植被造成损害。研究结果对于揭示植被防护扰动边坡侵蚀机制具有重要意义,可为堆积体植被修复提供实践指导。

一种新形势下山洪灾害非工程措施防御模式

基于近年来我国山洪灾害防御情况,结合山洪灾害典型事件案例分析,指出了山洪灾害防御非工程措施目前尚显薄弱的环节,针对“最大限度减少人员伤亡”的山洪灾害防御首要目标,提出建立“小流域-乡(镇)防汛指挥部”的“关口前移”山洪灾害防御模式。该防御模式设立乡(镇)一级的防汛指挥部,依托乡(镇)防汛指挥系统,实现山洪灾害调查评价常态化,加强山洪灾害监测系统和预警平台建设,完善群测群防体系,使山洪灾害防御非工程措施真正成为人民群众生命的“保护伞”。

山洪灾害防治现状、问题与对策

2016年入汛以来,多地发生了强降雨,一些地区发生了山洪泥石流,引起了社会的关注。一、我国山洪灾害为什么多我国的山区和丘陵面积占国土面积的2/3,其中可能发生山洪灾害的面积有463万km2,占国土面积的48%。根据《全国山洪灾害防治规划》初步调查的成果：

基于物联网的山洪灾害监测技术研发初探

山洪灾害监测体系是非工程措施建设的重要组成,是致灾机理研究、风险评估和预警发布的基础。基于物联网技术,研发山洪多要素(降水、流速/水位、土壤含水量)微纳感知传感器和广域覆盖自组网技术,并以丹江口官山河流域为示范,构建山洪灾害监测技术体系。研究旨在构建适用于山区复杂环境的山洪监测体系,提供实时稳定的山洪灾害多要素监测数据,提高应急抢险应对处置时效性和防灾救灾能力。

长江中下游岸线大型临江港区工程水土保持设计探讨

为有效防治长江中下游岸线大型临江港区工程建设可能造成的水土流失,以武汉新港阳逻港区三作业区一期工程为例,分析了设计和施工中面临的平面布置制约因素多、土石方工程量大、生态环境敏感性强、施工组织复杂、水土流失风险高等难点。针对上述问题,提出了从水土保持角度优化工程布局和施工组织设计,制定完善的水土流失防治措施体系,采取蓄、渗、滞、排的雨洪集蓄利用技术等建议。经多年运行,工程经济、社会、生态效益显著,设计思路可为同类工程水土保持设计提供借鉴。

老挝南乌河流域山洪灾害防御模式研究

老挝南乌河流域近80%的面积为高原高山地区,年降雨量丰富,流域内山洪灾害频发,由于当地山洪灾害防御体系不健全,山洪灾害常造成重大人员伤亡和财产损失,因此构建老挝南乌河流域山洪灾害防御模式十分必要。对老挝南乌河流域山洪灾害易发程度进行了分区并分析了其成因,采用FFPI、CN等图层算法计算得到南乌河流域山洪灾害危险度分布情况,基于水雨情监测设备、山洪灾害预警系统等非工程措施,提出了老挝南乌河流域山洪灾害防御模式。结果表明:南乌河流域山洪灾害中高易发区面积占流域总面积的54.3%,且流域北部的丰沙里省山洪易发情况最为严峻;山洪灾害危险度分布由西北向东南方向逐渐降低。研究成果可为老挝山洪灾害监测预警技术及防治体系构建提供科技支撑。

高原干旱荒漠区工程建设水土流失特征及防治研究--以格尔木~库尔勒电气化铁路青海段供电工程为例

由于输变电工程跨度大,沿线经过不同的侵蚀类型区,受地形、地貌、气候等因素影响,形成的水土流失形式也各不相同,对施工过程造成水土流失防治需要按照不同的分区采取有针对性的防治措施。以格尔木~库尔勒电气化铁路(青海段)供电工程为例,从水土流失防治分区、土壤侵蚀强度、破坏水土保持设施面积、水土流失危害分析和水土流失预测等方面阐述了工程建设造成的水土流失特征。根据预测结果,确定工程建设期(包括施工准备期和施工期)为水土流失重点时段,也是监测的重点时段,塔基及塔基施工区为水土流失的重点部位,为重点防治区域,也是监测的重点区域。根据水土流失防治目标,从预防措施、治理措施和管理措施三方面分析并评价了水土保持措施布设及生态恢复,并对水土保持措施产生的效益进行了预测。结果表明:该工程针对不同防治分区采取的措施类型合理有效,切实对建设期水土流失防治起到良好的效果。可为高原荒漠区同类型的生产建设项目防治水土流失提供借鉴。

双层土质滑坡临界滑动面判识与失稳机理研究

研究层状土质边坡的临界滑动面和失稳机制是岩土工程中经典的研究课题。聚焦引起边坡失稳破坏的不同诱发机制和触发因素,关注边坡的破坏模式和失稳过程,有利于提供更具针对性的加固措施。针对岩土工程中常见的非均质边坡,研发了适合双层土质边坡的有限元程序。研究了土坡在不同几何形态下,稳定性态、临界滑动面位置、失稳模式及破坏机制的演化规律;推导了非均质土坡的安全系数FS与土体特性和几何形态之间的内在函数关系式;提出了双滑面失稳机理与临界强度比的概念,给出了边坡稳定性态与失稳破坏的临界转折点和双滑面失稳的判别准则;揭示了双层不排水边坡的破坏机制,建立了不排水边坡稳定性态和失稳机理的相关设计图表。工程验证表明,计算所得的边坡稳定数及稳定状态与工程实际非常接近,该运算程序能够精准快速地判定潜在临界滑动面,准确评估边坡破坏机制,为双层土质边坡稳定性分析提供了新的思路和途径。

基于层次分析法的天津滨海新区生态风险评估研究

为明确经济高速发展过程中区域生态风险变化以及风险防控方向,以天津市滨海新区为研究对象,结合滨海新区实际,运用层次分析法从自然环境、经济环境、社会环境3个方面选取了23项指标构建区域生态风险评估指标体系和生态风险评估模型,并对研究区2004~2018年生态风险水平进行评估。结果表明:2004~2013年滨海新区生态风险呈现增加趋势,2013年以后整体维持在较高风险等级(Ⅳ级),主要受自然环境和社会环境因素影响,建议在地面硬化率、人口自然增长率、人均年用水量比例等权重占比较大的因素方面采取相应措施来降低生态风险。

基于GIS的全国山洪灾害风险评估

针对我国山洪灾害空间分布特点,基于自然灾害风险理论,确定全国山洪灾害风险评估模型。在大尺度山洪灾害危险评估比较研究的基础上,从可能引起山洪灾害发生的外界触发因子和可能遭受潜在损失的承灾体两个角度出发,选取山洪灾害风险评估指标构建指标体系。采用主成分分析法提取危险性指标主成分,层次分析法确定各指标权重,在GIS技术支持下,制作各因子指标分布图,开展全国山洪灾害危险性及易损性定量分析,完成全国山洪灾害风险定量评估并得到风险分区图。最后将风险评估结果与全国山洪灾害防治类型区进行比较,结果表明,山洪灾害风险分区与防治类型区吻合较好,高风险区基本分布在我国的山洪灾害重点防治区,未来山洪灾害防控重点可从影响山洪灾害风险程度的危险性因子和易损性因子入手。