张平仓：“十三五”国家重点研发计划项目山洪灾害监测预警关键技术与集成示范

项目名称： 山洪灾害监测预警关键技术与集成示范

所属专项： 重大自然灾害监测预警与防范

项目负责人： 张平仓

执行期限： 2018年1月-2021年6月

项目参加 单位： 长江水利委员会长江科学院、国家气象中心、中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所、武汉大学、北京师范大学、四川大学、西北大学、中国地质环境监测院、长江水利委员会水文局、长江勘测规划设计研究有限责任公司

我国山洪灾害点多面广，致灾因素复杂，是防治任务最为艰巨的灾害之一。经过近20年建设初步形成了以“监测预警”和“群测群防”为核心的具有中国特色的山洪灾害防治体系。但由于对诱发山洪灾害的山区孕灾环境认识有限，同时，对暴雨山洪的形成机理及致灾机制研究不足，构建的监测预警体系不尽完善，导致山洪预报、预警精度不高、准确性、时效性差等问题突出。为此，设立了“山洪灾害监测预警关键技术与集成示范”项目，对相关问题开展研究。

项目针对山洪灾害防治对提高预报、预警精度，延长预警期和应急抢险应对处置时效的需求，历经3年半研究，揭示了山洪灾害频繁发育区域山洪致灾暴雨发生机理，构建了山洪致灾强降水短时临近预报系统；研建了湿润山区小流域暴雨壤中流洪水预报模型，提出了山洪灾害分区分级多指标预报预警方法；研发了NG-PS-101型降雨土壤水分微感知计和NG-HF-201型水文多要素微感知仪，建立了山区小流域（约200km2）暴雨洪水监测系统；构建了山洪灾害多目标多指标综合风险评估模型；提出了山区“小流域-乡镇防汛指挥部”防御应急抢险处置模式，建成了5个山洪灾害监测预警示范区和防灾减灾救灾模式。

1. 分析研究了山洪灾害频发地区山洪致灾暴雨时空分布、演变特征，基于多尺度大气环境场数据构建了诱发山洪的强降水天气学物理概念模型，揭示了山区暴雨和洪水的形成机理。诱发山洪的强降水天气学物理概念模型已在预报业务中进行应用，作为重要气候背景为国家级降水预报业务提供了参考，为山区暴雨短时临近预报技术的研发提供理论依据。

黄土高原 短时强降水天气学物理概念模型

秦巴山区 短 时强降水天气学物理概念模型

东南沿海区 短时强降水天气学物理概念模型

华南地区 短时强降水天气学物理概念模型

西南地区 短时强降水天气学物理概念模型

图1 示范区强降水天气学物理概念模型

2. 研究了山区小流域径流形成的非线性机制，发现暴雨壤中流直接决定着湿润山区小流域产流过程，据此构建了基于暴雨壤中流的山区小流域水文模型（SSFM），提高洪峰流量预报精度10%以上。

图2 基于暴雨壤中流的山区小流域水文模型（SSFM）

3. 阐明了山区暴雨与土壤含水量动态变化的水文响应机制，提出了洪水陡涨率的计算方法，揭示了山区小流域暴雨山洪灾害致灾机理，构建山洪灾害分区分级多指标实时预报预警模型，延长山洪预警时效30%以上。

图3  山洪灾害分区分级多指标实时预报预警模型

1. 聚焦山洪灾害频发的5个不同区域示范小流域，构建了山洪灾害多目标多指标综合风险评估模型，准确度达70%以上，开发了山洪灾害易发小流域动态预警与风险评估平台，实现了面向灾害过程的时空信息协同处理山洪动态预警。

图8  平台综合预警过程

三维场景构建

三维模型集成

图9  平台构建

2. 针对山洪灾害点多面广、暴发突然但规模小的特点，总结了当前山洪灾害应急治理“社会”属性及国外经验，梳理了当前我国山洪灾害应急治理现状和问题，剖析了以“应急抢险预防和准备机制”、“应急信息传递机制”和“应急响应机制”为切入点的应急处置影响要素，提出了基于“山区暴雨洪水监测系统”建设的“山区小流域--乡镇应急指挥部”、“关口前移”的防御应急抢险处置模式，缩短应急抢险防灾救灾距离70%以上。

3. 在山洪灾害频发地区建成了5个山洪灾害监测预警示范区，提出了相应的山洪灾害防御模式：黄土高原地区加强淤地坝建设管理与洪水风险防控；秦巴山地区规范人类开发建设活动，加强山洪灾害监测预警能力建设；东南沿海经济发达地区加强台风路径预报和工程措施建设、流域综合治理，建立山洪灾害保险体制和全面社会救治体系；云贵高原喀斯特地区加强小流域产汇流规律研究，开展山洪灾害动态调查评价工作和成果应用；西南地震多发区强调溪河洪水与地质灾害协同管控，建立山洪地质灾害链监测预警体系。

山区暴雨短时临近预报技术已融入国家级定量降水智能网格预报平台，全国10公里山洪致灾雨量阈值也已集成到中央气象台水文气象综合分析和会商支持系统，据此实现了基于网格降水的全国山洪灾害精细化预报，有力地支撑了中国气象局与水利部联合发布全国山洪灾害气象预警。风险评估成果纳入《自然灾害综合风险区划技术规程》《自然灾害综合防治区划技术规程》，为第一次全国自然灾害综合风险普查试点提供重要保障。提交重大信息专报和咨询报告7份，为国家防灾减灾和山洪灾害防御提供决策支持。项目组为老挝、缅甸、越南等6个国家、我国10余省份计千余人次进行山洪灾害防控培训，指导山洪灾害防御工作，4人次获批国家、省部级高层次人次。在本项目基础上，项目承担单位成功获批国家重点研发计划政府间国际科技创新合作重点专项“暴雨型山洪灾害链监测预警关键技术研发与示范”。

图10 基于网格降水预报开展山洪灾害预警

图11 项目首席在澜湄防洪技术交流会做专题报告

图12 澜湄国家山洪灾害防治技术国际培训