4.3 山洪灾害监测站网布设方法

山洪灾害监测站网布设的目的是，收集与山洪灾害相关的雨水情资料，分析、研究山洪发生的特点和规律，用于灾害的预警预报、治理等，满足山洪灾害防治的要求，并可兼顾山丘区的水资源开发利用。

站网布设应满足山洪灾害防治的需要；符合《水文站网规划技术导则》（SL34-92）的要求；与各省、自治区、直辖市已有水文站网规划相协调。

4.3.1 资料收集与调查

在开展山洪灾害监测站网布设之前，必须首先对区域内的水文、气象、地质、社会经济、人口分布等情况进行全面调查和了解，要充分地掌握当地山洪暴发的现状与频率信息，要掌握当地的社会经济发展现状以及历史上洪水暴发的状况，并收集区域内1/5地形图、水文气象地质特征、历次山洪灾害相应的水文气象资料、现有水文气象站网情况、已有的最新暴雨等值线图等资料。

4.3.2 资料分析

分析暴雨、洪水特性。站网布设时要考虑能否控制各种类型的暴雨、多个暴雨中心和移动路径，以及主要产流区的分布等。

分析区域自然地理特征，确定暴雨中心。降雨是激发山洪发生的主要因素，其产生的主要天气系统有：台风、热带云团、锋面、低涡、切变线以及低空暖湿急流等，多为中小尺度系统；山地对降水的增幅作用很大，有时候一次暴雨过程在山丘区造成的降水量可以是平原地区的十几倍，甚至更大些，而在背风坡降水量明显减少。因此，山地迎风坡不仅暴雨频繁增加，而且往往是暴雨中心的所在地点。在许多高山地区，暴雨中心一般并不位于高山的山脊或近山脊处，而是在半山坡，这是由于地形对降水的增幅作用与大气中水气随高度迅速减少这一对矛盾相互作用的结果。如果山体高度在凝结高度以上，雨量在山坡上的分布极不均匀，其原因除降雨强度随高度变化外，还与中小尺度暴雨中心的移动路径有关，它往往又是造成面积为200km2以下单沟山洪灾害的主要原因。在站网布设时要考虑不同下垫面条件、不同小流域的暴雨分布以及高程对雨量分布的影响。

分析地形地貌、地质条件。流域地貌为山势陡峻的山丘区，山丘坡度为25°～50°易发生山坡岩块塌滑失稳，一遇暴雨洪水，极易形成山洪或泥石流。站网布设要满足群测群防的需要，为组织当地群众避灾转移提供依据。

分析山洪灾害的严重程度。山洪灾害频发、人口稠密、流域内经济较为发达的山洪灾害防治区，有必要加大水文站网密度。

分析现有站网情况。了解并掌握当地现有的站点位置与数量，根据山洪灾害防治对监测站网的需求进行分析之后，选择合适的站点位置纳入本站网，在最大程度上避免因重复建站而导致的资源浪费。如现有站网密度不能满足需求的，应增设监测站。

分析区域内交通、通信条件。站网布设时要考虑通信、交通条件和设备安全保障条件等，便于建设和运行管理。

4.3.3 站网布设

通过对山洪灾害防治区域历史灾害、社会经济调查，在充分利用现有监测站点的基础上，合理布设监测站网。

4.3.3.1 雨量站网布设

降雨量是洪水形成和流域侵蚀的主要因素，是山洪灾害预报预警的主要水文要素。雨量监测站网布设应结合小流域自然地理和暴雨洪水特性，考虑流域地貌特征、地形高差、气候特征等因素以及山洪灾害预测预报的需要，控制各种类型的暴雨、暴雨中心和移动路径，主要产流区，并应照顾到不同小流域的暴雨分布，以及不同高程对雨量分布的影响，分析降雨与山洪灾害之间的转化规律，为山洪灾害防御提供依据。

山洪灾害多发生在200km2以下的小流域内，基本没有国家的气象站和水文站。降雨过程的随机性和不均匀性，给雨量站网布设带来许多困难，目前还没有一种完全通用或固定模式的布设方法。雨量站网密度分析方法有相关系数法、抽站法、等值线法、流域水文模型法和经验公式法，根据现有资料条件选择适宜的方法分析论证：有足够稠密站网试验资料的地区，可用抽站法进行分析；在具有一般站网密度的地区，可用平均相关系数法、等值线法、流域水文模型法等进行分析；在无站网地区，可用规范、经验公式法进行分析。

确定雨量站网密度，其分析方法有：

（1）根据《水文站网规划技术导则》（SL34-92）分析确定

《水文站网规划技术导则》（SL34-92）中，雨量站网论证部分5.1.4条规定，在不具备分析条件的地区，可结合设站目的、地区特点，按“面积与雨量站数目查算表”选定布站数目。湿润区取下限附近数，干旱区取上限附近数，或参照邻近地区已成系统站网密度及运行情况酌情采用。

（2）采用经验公式分析确定

江西省经验公式。该公式可用于地势较低的长江下游华东地区。

N= 0.137F0.257H0.133T-0.169E-0.858

式中，N——需要布设的雨量站数，个；

F——流域面积，km2；

H——流域平均高程，m；

T——降雨时段，h；

E——指定允许面雨量相对误差（以小数计）。

具体应用时，T可取流域汇流历时。面雨量误差E一般取±10%～±20%为宜，经济发达地区取±10%，欠发达地区取±20%。

河南省经验公式。该公式可用于深山、丘陵地区。

N= 1.82F0.54E-0.82

式中符号定义同江西省经验公式。

（3）抽站法

抽站法是用足够稠密雨量站网地区的全部雨量资料，计算出面平均雨量，作为近似真值，与不同抽样容量的面平均雨量相比较，计算抽样误差，探讨布站密度与抽样误差之间的关系，求出满足精度要求的布站数量。面雨量计算一般可用算术平均或加权平均，有条件时也可采用等值线法。

抽站法概念清楚、直观、简单、易操作，但该法要求有足够密的雨量站网和观测资料。

（4）等值线法

等值线图是用来描述一场暴雨空间分布特性和反映暴雨定量依据的一种较好的方法，等值线的正确绘制，取决于雨量站的数量和空间分布，定量上可满足面雨量的计算。这种方法特别适用于现有站网密度较稀的地区，根据不同成因暴雨等值线的分布规律、调整和补充遥测雨量站，通常能得到满意的结果。

利用周边地区的雨量资料，使等值线走向更合理。通过对暴雨等值线的分析，了解现有站网存在的问题，使增站和抽站更直观、合理。

（5）相关法

在雨量站网论证时，采用相关法主要是对相邻站点的取舍进行分析。经常采用建立单站与多站，相邻站间的多种暴雨时段量的经验相关，分析点群的综合关系或相关系数，若两站之间相关系数大，可以取其中一站。

在选定区域的雨量站网密度确定之后，可开展雨量站布设，需重点考虑如下方面：

1）由于大流域的雨量均化作用，分区计算后流域累计雨量站增多，对于山洪灾害的预测预报，小流域计算要求的雨量站数量明显增加。所以，应该将区域划分为若干条完整的流域面积不超过200 km2的小流域，再根据小流域的地形地貌确定雨量站的数量。

2）根据小流域内自然地形特征、水文气象条件，在山洪灾害频发及人口密度大的村组、山洪灾害易发区的暴雨中心、山地迎风坡，按照20～30km2/站的密度布设自动雨量站，掌握面上降水分布和多发暴雨区位置，不遗漏经常出现极大值的地点。

3）山区降雨受地形的抬升作用明显，最大降雨量一般出现在相对高程的2/3处，在布设雨量站时充分考虑山地地形因素对降水的影响，应能控制时段雨量等值线的转折变化，需在不同的高程布设自动雨量站。

4）为扩大雨水情信息的监测覆盖面，在山洪灾害防治区内的村、组设立简易监测站，若自然村间相隔很近，根据实际情况可考虑共用简易雨量站。

5）设站的位置要尽量避开多雷区，要充分考虑当地交通与通信的实际条件，便于建设和运行管理。

6）要将区域内现有的站点纳入全国山洪灾害防治监测站网，充分利用现有资源，避免重复建设。

4.3.3.2 水位、水文站布设

水位、水文站的布设目的，一是及时掌握水情的变化，二是利用实时的水位信息，开展山洪灾害预测预报。

水文（位）站主要布设在有山溪洪水灾害的山洪沟流域内。站网布设以水位站为主，水文站为辅。水位、水文站的布设应在充分了解、熟悉掌握区域内历史暴雨、洪水发生情况，主要产洪区，暴雨洪水特性以及山洪灾害预测预报要求等基础上进行。重点考虑如下方面：

（1）区域内小河流数量众多，不可能每条河流上都布设水位站，重点考虑面积超过100 km2的山洪灾害严重的流域，且河流沿岸为市、区县、乡镇政府所在地或人口密集区、重要工矿企业的，布设自动水位站。在站址选择时，需要将水位站的影响区域、预警范围与时效、控制范围以及交通、通信条件考虑进去，其位置应设在人口居住区、学校、河道出口以及工业企业所在地的上游区域。

对重要的水位站，可进行临时流量测验，对水位流量关系进行分析拟定，并考虑利用历史洪水调查资料对延长的高水水位流量关系进行验证，对冲淤变化较大的山洪沟，在发生山溪洪水，断面产生较大变化后，对水位流量关系进行重新分析拟定与验证。

（2）在流域面积100km2以下且沿岸有人口较为集中的居民区或有较重要工矿企业、较重要的基础设施的山洪灾害严重的河流或小水库、塘坝设置简易水位站。在岸边修建简易的水尺桩，水尺桩可设计为木桩式或石柱型；对于无条件建桩的观测站，选择离河边较近的固定建筑物或岩石上标注水位预警刻度；水位刻度应方便观测员观测，根据当地实际情况，以现场标注致灾的临界水位值的方法，作为不同级别预警的标准。

（3）在局地暴雨造成洪水峰高量大、突发性强、山洪灾害频发的山洪沟且具有布设水文站条件时可考虑布设水文站，流量测验断面应满足设站目的，保证测验资料的精度，符合观测方便和测验资料计算整理简便的要求。水文站在观测一段时间，积累一定的资料，暴雨洪水规律、产汇流参数、水位流量关系确定后，流量可实现间测或停测，水位流量关系发生较大变化时恢复观测。

（4）水位、水文站布设考虑的因素不但与流域特性、洪水特性和防灾要求有直接关系，而且还与设站条件诸如通讯、交通和管理等有关。山洪灾害监测站网的布设和实施是一个渐进的过程，在投入实际运行后，通过资料的不断积累，根据山洪灾害预测预报的检验情况，需对监测站网予以补充和完善，逐步调整趋向科学合理和最优。