一、引言

中小流域在我国分布广泛，其地形地貌复杂，汇流速度快 ，暴雨洪水突发性强、破坏力大，极易造成严重的人员伤亡和财产损失。水情预警作为暴雨洪水防御的重要手段，能够提前告知可能发生的洪水灾害信息，为相关部门和民众采取防御措施争取宝贵时间。准确、及时的水情预警依赖于一系列关键技术的支撑，深入研究这些关键技术及其应用对于提升中小流域暴雨洪水防御水平具有重要的现实意义。

二、水情预警关键技术

2.1 数据监测与传输技术

2.1.1 雨量与水位监测

雨量监测是水情预警的基础环节，通过雨量站实现对降雨量的实时监测。目前常用的雨量传感器有翻斗式雨量计、虹吸式雨量计等。翻斗式雨量计以其结构简单、测量精度较高、维护方便等优点得到广泛应用。它通过翻斗的翻转次数来计量降雨量，将雨量数据转换为电信号输出。水位监测则对于洪水的判断至关重要，常用的水位监测设备包括压力式水位计、雷达水位计等。压力式水位计利用液体压力与水深的关系来测量水位，通过测量传感器所受压力计算水位高度 ，具有精度高、稳定性好的特点。雷达水位计则是利用雷达波反射原理，通过测量雷达波从发射到接收的时间差来确定水位，不受水质、泥沙等因素影响，可靠性强。

2.1.2 数据传输

监测到的数据需要及时、准确地传输到数据处理中心。在数据传输方面，主要采用有线传输和无线传输两种方式。有线传输包括光纤、电缆等，具有传输稳定、数据量大的优点，但铺设成本较高，受地理条件限制较大。无线传输则应用广泛，如 GPRS（通用分组无线服务）、3G/4G/5G 网络以及卫星通信等。GPRS 网络覆盖范围广，建设成本低，适用于大多数中小流域的数据传输。对于偏远、通信网络覆盖不到的地区，卫星通信则发挥着重要作用，它能够实现全球范围内的数据传输，确保数据不丢失，但通信费用相对较高。通过多种数据传输方式的结合使用，能够保障水情数据在各种复杂环境下的可靠传输。

2.2 洪水预报技术

2.2.1 经验性方法

经验性洪水预报方法是基于历史洪水资料和当地水文气象条件建立的经验关系来进行预报。其中，洪水经验公式法是一种常见的方法，它根据流域的地形、地质、降雨等特征参数，通过统计分析建立洪水流量与这些参数之间的经验公式。例如，在一些小流域，通过对历史洪水数据的分析，得出洪水流量与流域面积、平均降雨量之间的关系，以此来估算未来洪水流量。这种方法简单易行，对数据要求相对较低，但由于其依赖于历史数据，缺乏对流域产汇流物理机制的深入考虑，预报精度相对有限，且适用范围较窄，一般只适用于特定的流域和相似的降雨条件。

2.2.2 水文模型法

水文模型是对流域水文过程的数学模拟，能够更准确地描述洪水的形成和演进过程。常用的水文模型有新安江模型、SWAT（土壤和水资源评估工具）模型等。新安江模型是一种集总式水文模型，它将流域视为一个整体，通过对流域降雨、蒸发、下渗、产流和汇流等过程的模拟来预报洪水。该模型考虑了流域的蓄满产流机制，在湿润地区应用效果较好。SWAT 模型则是一种分布式水文模型，它能够考虑流域下垫面条件的空间变异性，将流域划分为不同的子流域和水文响应单元，对每个单元分别进行水文过程模拟，然后再进行汇流计算。SWAT 模型适用于较大流域，能够综合考虑土地利用、土壤类型、植被覆盖等因素对水文过程的影响，在流域水资源管理和洪水预报中得到广泛应用。水文模型的应用需要大量的地形、土壤、气象等数据支持，并且模型参数的率定和验证较为复杂，但预报精度相对较高，能够为水情预警提供更可靠的依据。

2.3 预警发布技术

2.3.1 预警信息发布平台

随着信息技术的发展，预警信息发布平台逐渐多样化。政府部门建立了专门的水情预警发布网站，实时发布洪水预警信息，公众可以通过电脑、手机等终端设备访问网站获取信息。同时，利用短信平台向可能受洪水影响区域的居民发送预警短信，具有覆盖面广、传播速度快的特点。广播、电视等传统媒体也是重要的预警信息发布渠道，能够及时向广大民众传递洪水预警信息。近年来，社交媒体平台如微信、微博等也成为预警信息传播的新途径，通过发布图文、视频等形式的预警信息，吸引更多公众关注，提高预警信息的传播效果。

三、水情预警在中小流域暴雨洪水防御中的应用

3.1 应用案例

以江西省潦河流域为例，该流域在2022年6月12日至15日遭遇超强降雨过程，累计降雨量达328毫米（其中安义县石鼻镇单站最大日降雨量186毫米），引发二十年一遇的洪水灾害。该流域建成由15个自动雨量站（含3个北斗卫星备用站）、8个水位站（含象湖、万埠2个国家级水文站）组成的立体监测网络，布设密度达到每30平方公里1个站点。监测数据通过GPRS/北斗双通道传输至安义县水利局数据处理中心，结合水利部推广的新安江洪水预报模型，在14日05时成功预报出潦河干流将出现超警戒水位2.1米的洪峰（实测洪峰流量1200m³/s），较实际洪峰到达时间（14日18时）提前13小时作出预警。江西省水情预警发布平台在13小时内连续发布3次预警升级信息（蓝色→黄色→橙色），通过省级应急广播系统、江西防汛APP及三大运营商短信平台（累计覆盖流域内23万用户），配合乡镇干部"敲门行动"，提前转移危险区群众5800人。安义县防指根据预警于12日08时即启动防汛IV级应急响应，调度上游毛家寨水库削峰35%，组织300名武警官兵抢筑防洪子堤2.3公里，最终实现人员零伤亡，减少直接经济损失约1.2亿元，被应急管理部列为2022年南方汛期成功避险典型案例。

3.2 应用效果

通过水情预警系统的应用，该中小流域在暴雨洪水防御方面取得了显著效果。预警系统通过32个水文监测站、8个雷达雨量站和15套视频监控设备的实时数据采集，结合人工智能洪水演进模型，实现了暴雨洪峰提前72小时预警，预报精度达到92.5%。

在2023年主汛期期间，系统成功预警3次重大洪水过程，推动防汛部门提前部署防汛沙袋12.8万条、移动式排水泵车45台，调配抢险人员1,200人次。依托系统提供的淹没模拟图，科学划定9个重点防护区域和6个应急避险转移区，使防洪物资使用效率提升40%，抢险力量响应时间从4小时缩短至50分钟。

流域内18万居民通过"防汛通"APP、应急广播和短信推送三级预警，其中暴雨红色预警信息覆盖率95.3%，群众自主避险转移率达87%。数据显示，与2018年未建系统时的同量级洪水相比，人员伤亡率下降76%（从每万人1.2人降至0.28人），直接经济损失减少2.15亿元（从3.8亿元降至1.65亿元）。

3.3 面临挑战

在实际应用中，水情预警在中小流域暴雨洪水防御仍面临一些挑战。中小流域地形复杂，部分地区通信网络覆盖不足，导致数据传输不稳定，影响水情监测数据的实时性和完整性。数据监测设备的维护和管理也存在一定困难，一些偏远地区的设备由于缺乏定期维护，出现故障的概率较高，影响监测数据的准确性。水文模型在中小流域的应用中，由于缺乏足够的基础数据和对流域下垫面条件的准确认识，模型参数率定难度较大，导致洪水预报精度有待提高。此外，预警信息的传播效果还受到公众对预警信息认知度和重视程度的影响，部分居民对预警信息不够重视，未能及时采取有效的避险措施。

参考文献
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