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意大利:基于先进科技的山洪预警系统

皮埃蒙特(Piedmont)是意大利的第二大行政区,其境内的波河(Po River)是意大利最长的河流,该河发源于阿尔卑斯山,波河的上游连接着许多支流,这些支流位于山谷,河流的降雨径流响应速度非常快,波河的中游宽阔,河水流速缓慢,因此洪水传播时间相对较长。

  波河流域管理委员会(PRMC)是一个政府内部部门,该部门为皮埃蒙特地区的山洪和泥石流灾害制定了可操作的早期预警系统。结合流域内的地形和土地使用类别,波河流域管理委员会(PRMC)制定了流域洪水风险图,其目的是要确定流域中哪些地区属于更容易遭受洪水、山洪和泥石流的破坏,从而使每一个地区都与一个风险类别和级别相关联。例如,他们将波河的洪水风险分为三个级别的区域,分别为A区、B区和C区,C区位于河流的最外侧,其洪水发生的频率为500年一遇。B区位于C区的内部,但仍然属于河流的外侧,其洪水发生的概率为200年一遇,B区还包括一些水库和堤防。A区则包括河流主河道和容易发生小洪水的地区,在A区不允许有居住人类的建筑存在。在B区,人类的活动受到了一定的限制,只能根据区域规划的目标进行活动。C区有河堤的保护,是可以居住的。但是,波河的流域洪水风险也只是侧重于使用非工程措施来保证人们的防洪安全,例如,制定区域代码、预案准备和预警系统等。

    从公元1800年以来的历史记录表明,波河流域几乎一两年就要发生一次洪水,这些洪水可能是山洪,也可能是地势低洼地带的河流漫岸洪水,且洪水多发生于春季或者秋季。

  意大利政府于1978年在皮埃蒙特地区成立了自然灾害情报室(SSRN),其主要任务是预测该地区的洪水灾害。在自然灾害情报室(SSRN),来自水文、地质、气象和冰雪研究领域的专家们通力合作,以预测可能存在的区域洪水威胁,并采取相应的防御措施。自然灾害情报室(SSRN)每天向有关部门发送报告,报告所观察到的气象情况和预测可能存在的灾害,尤其是降水方面的预报。这些信息分发给那些具有防洪任务的部门,如果有洪水威胁则向公众进行预警。

  社区则需要参与以下行动:制定区域洪水应急预案;研究区域洪水和山坡地形的动态变化,这些区域研究能够提高对危险洪水的预报和响应能力;在洪水发生时使用志愿者执行应急预案,并且与当地有关部门时刻保持联系。

  意大利皮埃蒙特的洪水早期预警包括调查、警告、报警和紧急抢险4个阶段,当条件具备时,各阶段的内容被顺利执行,执行预警的条件包括主河流洪水水位、山洪和山区流域水范围内发生的山体滑坡和泥石流。预报人员为每种风险进行编号,例如,1代表无风险,2代表低风险,3代表高风险。洪水管理官员根据该地区历史上发生洪水的数量来决定洪水风险的等级。

  在预警的执行过程中,国家气象水文部门(NMHS)和区域预报中心连续监控洪水发生的可能性。当他们发布警告信息时,信息只通知到当地的一些洪水防御相关部门,警告信息并不传达给广大市民。一旦洪水已经发生,或者判断有即将发生的危险,立刻向市民广播警告。由于本系统的中级警告由地方当局掌控,只有当洪水危险确定要发生的时候才向公众发布,这样做的目的是最大限度地减少向社会公众提供虚假警报的几率。

  皮埃蒙特的洪水警报系统,适用于下列情况:洪泛区的面积大于400平方千米;或者局部小面积洪水,但是降雨属于短历时、高强度降雨(有效降雨面积小于400平方千米);强降雪造成的道路封锁或者其他交通困难。

    意大利的皮埃蒙特洪水早期预警系统将所控制的流域划分为很多子流域,每个子流域有相似的地理条件、降雨模式和洪水特征。该洪水早期预警系统还综合考虑了应急管理和行政区域划分等方面的问题,因此,该洪水预警系统是一个基于环境和人文因素的产物。

  皮埃蒙特自然灾害情报室(SSRN)主要有两个职能:(1)水文与气候调查:专家们所撑握的技术要确保洪水预警系统能够正常运行,并且持续地报送数据。(2)对于局地的水文气象事件,气象学家、水文学家、地理学者和冰雪科学家分别作出预测,专家们相互交换警报信息,以改进预报和警报的水准。

自然灾害情报室(SSRN)主要运用以下信息系统:水文气象自动观测网、气象雷达系统、自动高空声波测验系统(每日两次)、局地和全范围的气象预报的数字模拟系统,以及河流干流的洪水预报数字模拟系统等。

自然灾害情报室(SSRN)每天产生预见期为48小时的定量降水预报(QPF),并且对所管辖的11个区域的气温进行预报,这有利于水文学家和气象学家共同预估未来可能发生的天气情况。预报专家采用两种手段来评估未来48小时可能的气象风险等级:第一种方法涉及将48小时的定量降水预报(QPF)与事先定义好的降雨事件进行比较,事先定义好的降雨事件由数学模型对过去的降雨事件进行模拟得到,第二种方法就是采用实时数据进行数字模拟得到。

  预报模型采用的定量的降水预报能够与水文模型相连接,产生洪水的早期预警。由于定量降水预报(QPF)包含着显著的不确定性,因此,气象学家也只是在预见期为12天的范围内定性地使用这种预报方式。这种预报系统经常会产生虚假的警报,但是,由于大多数的警报事件只通报给当地的有关部门,因此,公众很少收到这些警报,这样就避免了不必要的社会恐慌。

  预报模型的管理模块采用水动模型和实时的水文气象观测数据,该系统能够产生预见期为612小时的符合经验的洪峰预报和传播时间预报,因此可以广泛使用,应急管理官员发现这种实时的数据非常有用。

  实时模型是由一个决策支持系统来完成,该系统产生一个实时的预报结果,实时系统将先进的数据库系统与丹麦水文模型MIKE11完美地结合在一起,再结合其他的水动模型共同组成了实时的洪水预报系统(DHI, 2006)。所有的模型都打包于ArcView GIS环境,使抽象的数据与具体的地图相结合,这种组合对于实时的径流预报和洪水预警非常有用。在设定了计划任务以后,决策支持系统能够自动运行,并且技术人员还能够随时进行修改和控制。决策支持系统能够产生很多信息,包括ArcView图形的自动显示,以及预报结果的实时更新。系统也产生水位和径流的观测和预报结果。最后,专家组对每个警报区域制定预报文本公告,并且标注灾害的风险类别,分为ABC三类,分别对应着123级的风险水平。当洪水造成破坏和降雨造成泥石流,或者发生山体滑坡的时候,会自动触发洪水数据写入数据库的事件,这样就可以检验预报系统的水位和降雨与实际发生的水位和降雨是否符合,以利于预报系统的实时纠正。

  意大利最近发展和使用的分布式水文模型结果表明,即使有着明显的径流预报误差,很多洪水预报系统在级别预报方面还是取得了很多经验性的成功的。

  有专家指出,意大利皮埃蒙特的洪水早期预警系统也能应运于其他国家多山地区的山洪预警。然而,该系统的精确性取决于观测数据的准确度、信息系统的容量和通讯系统的稳定性,并且其背后还有着看不见的不同部门的协调与合作。

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