王新濤，陳 超

（新疆維吾爾自治區(qū)水利廳防汛抗旱服務(wù)中心，830099，烏魯木齊）

一、新疆山洪災(zāi)害特點(diǎn)

新疆地處亞歐大陸腹地，具有“三山夾兩盆”（阿勒泰山、天山、昆侖山和準(zhǔn)噶爾盆地、塔里木盆地）的獨(dú)特地貌，人類生活區(qū)域多位于三山河流出山口的洪積扇、 沖洪積平原區(qū)。而出山口附近正是暴雨山洪、 泥石流、滑坡多發(fā)區(qū)域，由降雨引發(fā)的山洪及其誘發(fā)的泥石流、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害呈廣發(fā)和頻發(fā)態(tài)勢，尤其隨著氣候變化和人類活動影響，極端水文事件增加，山洪災(zāi)害愈加嚴(yán)重，成為制約區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的重要因素之一。

新疆山丘區(qū)以變質(zhì)巖、 石灰?guī)r、花崗巖等組成的山體為主體，易沖蝕，是滑坡、崩塌和泥石流等災(zāi)害的孕育環(huán)境。 新疆的暴雨既受天氣系統(tǒng)影響，也受地形影響，暴雨中心活動規(guī)律具有獨(dú)特性，加上氣候變化引起能夠致災(zāi)的強(qiáng)暴雨天氣明顯增多，在遭受強(qiáng)度大的暴雨時，暴雨形成的山洪災(zāi)害具有歷時短、流動快、迅猛強(qiáng)烈的特點(diǎn)，導(dǎo)致難以預(yù)測、預(yù)報和防治。

新疆地域遼闊、南北疆氣候差異大，境內(nèi)河流眾多、冰川資源豐富，復(fù)雜的氣候、地形、水文特征造成洪水類型多樣，主要有暴雨洪水、季節(jié)積雪融水洪水、高山冰雪融水洪水、雨雪混合型洪水等。 暴雨洪水季節(jié)分布特征明顯，最早出現(xiàn)在4月，最遲出現(xiàn)在11月； 季節(jié)積雪融水洪水主要發(fā)生在北疆阿爾泰山和準(zhǔn)噶爾盆地以西山地的河流，一般發(fā)生在春季和夏初期間；高山冰雪融水洪水發(fā)源于高山區(qū)，分為冰川潰決型洪水和冰川融水型洪水；雨雪混合型洪水多發(fā)生在河源位于雪線以上河流或者位于高山的中小河流上，洪水峰高量大。

二、新疆山洪災(zāi)害防治工作進(jìn)展

1.山洪災(zāi)害防治項目建設(shè)情況

2010年以來，水利部在29 個?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）和新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)的305 個地（市）、2076 個縣（市、區(qū)、旗、團(tuán)場等）持續(xù)開展山洪災(zāi)害防治工作，分階段編制了全國山洪災(zāi)害防治項目實施方案，各階段側(cè)重點(diǎn)不同，結(jié)合新疆工作實際進(jìn)行闡述。

2010—2012年，新疆開展了縣級山洪災(zāi)害防治非工程措施項目建設(shè)，新建雨量、 水位自動監(jiān)測站點(diǎn)1038個；建設(shè)安裝具有自動報警功能的簡易雨量站1226 個、 簡易水位站425處；安裝無線預(yù)警廣播系統(tǒng)2221 套；購置分發(fā)簡易報警設(shè)備2004 套（面）、手搖警報器1950 臺；開發(fā)建設(shè)73 個縣級監(jiān)測預(yù)警平臺、14 個地州平臺及1 個自治區(qū)平臺，完成了縣級平臺、地州平臺與自治區(qū)平臺的廣域網(wǎng)和視頻會議系統(tǒng)建設(shè)。 2013—2015年，完成了14 個地州73 個縣的山洪災(zāi)害調(diào)查評價，省級山洪災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警平臺的補(bǔ)充完善，塔里木河流域管理局山洪災(zāi)害監(jiān)測管理系統(tǒng)，14 個地州山洪災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警平臺的補(bǔ)充完善，73 個縣級山洪災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警平臺的軟件升級及平臺補(bǔ)充完善、預(yù)警系統(tǒng)補(bǔ)充完善、 監(jiān)測系統(tǒng)補(bǔ)充完善，73個縣的群測群防體系補(bǔ)充完善和5條重點(diǎn)山洪溝的治理。 2016—2020年，開展了22 個縣山洪災(zāi)害調(diào)查評價成果檢驗、率定和復(fù)核，非工程措施補(bǔ)充與完善，群測群防體系補(bǔ)充建設(shè)，10 條重點(diǎn)山洪溝防洪治理工程，山洪災(zāi)害調(diào)查評價數(shù)據(jù)集成、挖掘分析和拓展應(yīng)用。2021年，開展了動態(tài)預(yù)警指標(biāo)分析、山洪災(zāi)害城集鎮(zhèn)調(diào)查評價、山洪災(zāi)害非工程措施運(yùn)行維護(hù)和重點(diǎn)山洪溝防洪治理等工作。

2.典型案例及建設(shè)成效

（1）典型案例

2013年6月17日，新疆烏什縣突降暴雨引發(fā)山洪，洪水造成烏什縣8 鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）58 個村受災(zāi)，各鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）、村立即啟動山洪災(zāi)害防御預(yù)案，迅速組織危險區(qū)農(nóng)牧民群眾進(jìn)行轉(zhuǎn)移；7月9日18 時，溫泉縣安格里格鄉(xiāng)托斯呼溝突降暴雨，40 分鐘內(nèi)降雨20 mm，縣級山洪災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)布Ⅲ級預(yù)警信息，立即啟動山洪災(zāi)害防御應(yīng)急預(yù)案，由于預(yù)警及時，人員組織到位，本次洪水未造成人員財產(chǎn)損失；8月14日，溫泉縣大庫斯臺降雨量達(dá)26.5 mm，監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)向發(fā)生暴雨山洪的哈鎮(zhèn)及相關(guān)村隊防汛責(zé)任人發(fā)布預(yù)警信息，避免了人員傷亡。

2015年6月23日，和靜縣監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)巴倫臺雨量站降雨強(qiáng)度大，及時啟動防汛搶險應(yīng)急預(yù)案；6月26—27日，和碩縣降雨及融雪導(dǎo)致全縣5 個鄉(xiāng)鎮(zhèn)不同程度發(fā)生洪災(zāi)，水利部門利用山洪災(zāi)害預(yù)警平臺及時發(fā)布預(yù)警，組織1050 名受洪水威脅群眾撤離，應(yīng)急加固山洪溝險工險段堤防800 m，減免財產(chǎn)損失675 萬元；7月2—3日，若羌縣若羌河最大洪峰流量達(dá)到312 m3/s，瓦石峽河最大洪峰量達(dá)281 m3/s，通過系統(tǒng)預(yù)警，減免財產(chǎn)損失283.6 萬元。

2016年6月19日，富蘊(yùn)縣突降暴雨，且暴雨持續(xù)時間較長，監(jiān)測系統(tǒng)及時發(fā)出預(yù)警信息，及時啟動山洪災(zāi)害防御預(yù)案，縣級水利部門利用山洪災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警設(shè)施，對全縣所有鄉(xiāng)鎮(zhèn)、村組發(fā)布預(yù)警信號，減免財產(chǎn)損失107.5 萬元，撤離群眾200 余人；6月28日，溫泉縣托乎爾雨量站1 小時內(nèi)降雨42 mm，形成15 m3/s 洪峰流量，監(jiān)測人員第一時間向水利部門報告，鎮(zhèn)政府啟動防洪應(yīng)急預(yù)案，由于人員轉(zhuǎn)移及時，本次洪水未造成人員傷亡；7月28日，托里縣突降暴雨，喀普其克渠最大流量達(dá)到120 m3/s，縣級監(jiān)測預(yù)警平臺共發(fā)出預(yù)警200 余次，及時啟動防汛抗洪預(yù)案，將信息發(fā)布至各鄉(xiāng)鎮(zhèn)、村，利用預(yù)警設(shè)備向受威脅區(qū)群眾發(fā)出預(yù)警信號，組織受洪水威脅群眾1000 余人及時撤離。

2018年汛期，巴州北部和南部山區(qū)持續(xù)降雨，局部出現(xiàn)暴雨，陽霞河、策大雅河、 庫努爾河等河流突發(fā)洪水，輪臺、且末、和靜、和碩等縣的部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)遭受不同程度洪水災(zāi)害，防汛、 氣象等部門發(fā)揮已建10 個預(yù)警平臺、79 個水雨情站、16 個圖像站、132 個廣播站的預(yù)警預(yù)報作用，無人員傷亡。

2020年7月22日，托里縣南部山區(qū)累計降水量43.6 mm，引發(fā)山洪，最大洪峰流量達(dá)100 m3/s，洪水沖出堤防造成縣城喀甫其克路、喀拉蓋巴斯陶路、 文化街等主要街道進(jìn)水，導(dǎo)致托里鎮(zhèn)部分居民住房和沿街商鋪進(jìn)水，部分路面、交通設(shè)施損壞，防洪堤受損，因山洪災(zāi)害防治非工程措施發(fā)揮效益，無人員傷亡情況。

（2）建設(shè)成效

通過近幾年的山洪災(zāi)害防治項目建設(shè)，新疆已基本建立了覆蓋山洪災(zāi)害防治區(qū)的監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)和群測群防體系，有效解決了當(dāng)前山洪災(zāi)害防御中存在的突出問題，主要包括以下幾個方面：

①通過監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)，實現(xiàn)降雨和河道洪水水位實時監(jiān)控，及時發(fā)布預(yù)警信息，為防汛抗洪工作提供決策依據(jù)。

②通過預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)，在山洪災(zāi)害防治區(qū)內(nèi)各重點(diǎn)鄉(xiāng)、村都配備了簡易觀測和預(yù)警設(shè)備設(shè)施，擴(kuò)大了預(yù)警覆蓋面，提高了預(yù)警發(fā)布能力，實現(xiàn)防治區(qū)所有集中居民區(qū)都有相應(yīng)的設(shè)施設(shè)備。 近幾年，各地及時發(fā)布洪水預(yù)警信息12070 條，轉(zhuǎn)移疏散危險區(qū)群眾95200 人次。

③通過三級監(jiān)測預(yù)警平臺建設(shè)，實現(xiàn)了縣、鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）、村根據(jù)暴雨、洪水等實時監(jiān)測信息發(fā)布預(yù)警，最大限度地發(fā)揮山洪災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)效益和效能，并在省級平臺實現(xiàn)與氣象水文信息的共享。

④通過全疆水利信息網(wǎng)和異地視頻會議系統(tǒng)建設(shè)，為全疆水利信息化、防汛會商、召開各類視頻會議奠定了良好基礎(chǔ)。

⑤通過群測群防體系建設(shè)，制定和完善縣、鄉(xiāng)、村三級山洪災(zāi)害防御預(yù)案，持續(xù)開展宣傳、培訓(xùn)、演練，增強(qiáng)了群眾主動防災(zāi)避險意識。

⑥通過開展山洪災(zāi)害調(diào)查評價工作，基本摸清了73 個縣山洪災(zāi)害防治區(qū)基本情況、 小流域基本特征、水文、社會經(jīng)濟(jì)狀況等情況，分析評估了沿河村落、集鎮(zhèn)和城鎮(zhèn)的現(xiàn)狀防洪能力，制定了相應(yīng)的預(yù)警指標(biāo)，為及時發(fā)布預(yù)警和防御災(zāi)害提供了決策依據(jù)。

⑦通過開展山洪災(zāi)害預(yù)警指標(biāo)復(fù)核率定工作，進(jìn)一步提高了重點(diǎn)區(qū)域的監(jiān)測預(yù)警技術(shù)水平與保障能力，不斷提高及修正預(yù)警指標(biāo)精度，逐步實現(xiàn)山洪災(zāi)害防治總體目標(biāo)。

⑧2014—2015年，對全疆開展的73 個山洪災(zāi)害防治縣山洪危險區(qū)洪澇基礎(chǔ)數(shù)據(jù)調(diào)查評價成果（小流域基礎(chǔ)信息、山洪危險區(qū)沿河村落基本情況，包括社會經(jīng)濟(jì)、人口、房屋財產(chǎn)、歷史洪水） 和各類自動監(jiān)測站信息、預(yù)警指標(biāo)復(fù)核等數(shù)據(jù)集成在自治區(qū)級平臺上，通過“一級部署、多級運(yùn)用”模式為縣市防洪服務(wù)，通過數(shù)據(jù)分析為山洪災(zāi)害防御提供決策依據(jù)。

⑨通過開展山洪溝工程治理，有效保護(hù)了河道兩岸群眾生命財產(chǎn)和重要基礎(chǔ)設(shè)施安全，治理效益顯著。

3.存在的問題

新疆山區(qū)洪水災(zāi)害類型多樣，致災(zāi)機(jī)理復(fù)雜，山洪災(zāi)害防治難度大，經(jīng)過2010年以來十多年山洪災(zāi)害防治項目的實施，取得一定成效，但仍存在一定問題：

①新疆地域遼闊，受山洪災(zāi)害威脅的村落和居民居住地較為分散，造成山洪災(zāi)害調(diào)查評價工作開展難度大，影響山洪災(zāi)害預(yù)警指標(biāo)計算精度。 同時，山區(qū)洪水類型多樣，現(xiàn)有的山洪災(zāi)害調(diào)查評價技術(shù)方法多針對小流域暴雨洪水計算制定，難以滿足新疆其他類型山洪災(zāi)害風(fēng)險評估和預(yù)警指標(biāo)計算。

②當(dāng)前新疆自動雨量站、自動水文站和簡易雨量、水文站站點(diǎn)數(shù)量不夠，導(dǎo)致監(jiān)測到的水文氣象數(shù)據(jù)缺乏，既影響水文計算模型參數(shù)率定，也影響基于實測數(shù)據(jù)的山洪災(zāi)害預(yù)警信息發(fā)布。

③新疆冰川、 積雪廣泛分布，在其融水補(bǔ)給河川徑流的同時，也常伴有冰川洪水、融雪洪水、冰湖突發(fā)洪水、冰川泥石流、冰雪崩和風(fēng)吹雪等冰雪災(zāi)害發(fā)生，冰雪災(zāi)害破壞力強(qiáng)，對山洪災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警站點(diǎn)建設(shè)造成極大威脅，站點(diǎn)易損毀、維護(hù)難度大，對監(jiān)測預(yù)警體系造成影響。

三、新疆山洪災(zāi)害防治工作展望

1.新疆山洪類型劃分和致災(zāi)機(jī)理研究

山區(qū)洪水的成洪條件存在差異，洪水事件可能來自不同洪源，尤其是在新疆，每年形成春汛和夏汛洪水。新疆山洪類型按成因分類主要有暴雨洪水、季節(jié)積雪融水洪水、高山冰雪融水洪水（潰決性山洪）、雨雪混合型洪水等，為科學(xué)合理、有針對性地防御帶有地區(qū)特點(diǎn)的山洪災(zāi)害，需采取一定的方法科學(xué)劃分山洪類型。

基于比較水文學(xué)的概念，在區(qū)域應(yīng)用洪水時間尺度研究氣象條件和流域下墊面狀況的相互作用，并認(rèn)為洪水時間尺度同時受到氣象條件和流域洪水過程的控制。 此外，還需要探討影響洪峰-洪量關(guān)系的因素，如果洪峰和洪量之間存在弱相關(guān)性，則表明不同洪水形成機(jī)制的存在。如圖1所示，當(dāng)尖瘦型的洪水過程線和矮胖型的洪水過程線混合在一起時，洪峰-洪量關(guān)系并不一致，并且洪水形成機(jī)制對應(yīng)于洪峰-洪量回歸曲線的斜率。 對于尖瘦型的洪水過程線，可以得到相對較小的值 （更平緩的斜率），而對于矮胖型的洪水過程線，則可以得到相對較大的值 （更陡的斜率）。 可通過估算洪峰和洪量的線性回歸模型，應(yīng)用洪水時間尺度來劃分新疆洪水形成機(jī)制。

圖1 融雪型和暴雨型的山洪洪水過程線（a）和相應(yīng)的洪峰-洪量關(guān)系（b）

部分流域，尤其流域面積較小的山洪溝，存在多種洪水形成機(jī)制，在進(jìn)行洪水模擬和致災(zāi)機(jī)理研究過程中，應(yīng)首先劃分山洪類型，并明晰影響因素和表征指標(biāo)，從而選用具有合適物理機(jī)制的水文學(xué)和水力學(xué)模型對山洪過程進(jìn)行模擬。

2.復(fù)雜山區(qū)山洪災(zāi)害監(jiān)測技術(shù)

受新疆復(fù)雜山區(qū)環(huán)境，水文、冰雪、風(fēng)沙事件頻發(fā)，下墊面條件改變等因素的影響，當(dāng)前山洪災(zāi)害防御對監(jiān)測儀器提出了更高要求，亟須探索采用微納感知、微機(jī)電系統(tǒng)和自組網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建山洪災(zāi)害立體多要素監(jiān)測和信息傳輸模式。

在后續(xù)山洪災(zāi)害防治工作中，選擇烏魯木齊市烏魯木齊縣甘溝鄉(xiāng)西白楊溝低山丘陵小流域為示范區(qū)，安裝新研發(fā)的降雨-土壤水分監(jiān)測儀和徑流監(jiān)測儀（見圖2）。 山洪災(zāi)害監(jiān)測要素主要包括降雨、 徑流和土壤要素，分別對應(yīng)山洪驅(qū)動因子、產(chǎn)匯流過程和下墊面特征。 研發(fā)具有低功耗、小型化、無線傳輸數(shù)據(jù)特性，具備“三防”功能（防塵、防水、防腐蝕）的監(jiān)測裝置，該設(shè)備主要由降雨、徑流流速、水位、含沙量、土壤水分測定組件以及處理平臺和發(fā)射/接收等部分組成，并最大限度適應(yīng)山區(qū)復(fù)雜環(huán)境條件。 降雨監(jiān)測采用壓電式傳感器數(shù)組方法，實現(xiàn)雨量及過程監(jiān)測。 土壤水分監(jiān)測通過測量土壤的介電常數(shù)隨水分含量變化，計算土壤含水量，并利用頻域反射法實現(xiàn)土壤水分動態(tài)變化的測量與反演。

圖2 降雨-土壤水分監(jiān)測儀（a）與徑流監(jiān)測儀兩視圖（b）

針對新疆山區(qū)山洪要素信息傳輸主要依靠公網(wǎng)的缺陷，研發(fā)了以自組網(wǎng)為主、合理利用公網(wǎng)進(jìn)行信息傳輸?shù)募夹g(shù)，確保信息傳輸暢通。 針對山丘區(qū)地形復(fù)雜、信息傳輸阻擋限制因素多的特點(diǎn)，研發(fā)了以“節(jié)點(diǎn)”為主體的“網(wǎng)絡(luò)化”自組網(wǎng)技術(shù)體系。

自組網(wǎng)技術(shù)需具備低功耗、高性能、快速組網(wǎng)、復(fù)雜環(huán)境下實時高效穩(wěn)定傳輸?shù)葍?yōu)勢。 自組網(wǎng)技術(shù)核心為無線MESH 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，采用強(qiáng)傳輸繞射能力的UHF 頻段和COFDM、DSSS等多種傳輸體制，并同時能夠?qū)崿F(xiàn)多種傳輸模式智能切換，以便在有條件地區(qū)能夠與公網(wǎng)連接和切換。 研究構(gòu)建的山洪災(zāi)害監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸模式，面向降雨、徑流、土壤水分監(jiān)測技術(shù)和數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨?，運(yùn)用陣列復(fù)合傳感器設(shè)計、多源異構(gòu)信息融合處理、自組網(wǎng)等關(guān)鍵技術(shù)，結(jié)合微納感知傳感器（雨量、土壤含水量、水位、流速、泥沙）監(jiān)測手段，通過自組網(wǎng)、公網(wǎng)（智慧切換）傳輸技術(shù)，構(gòu)建全新的山區(qū)小流域山洪災(zāi)害監(jiān)測技術(shù)體系，解決了無衛(wèi)星信號塔、無公網(wǎng)或公網(wǎng)中斷條件下信息無法實時穩(wěn)定傳輸?shù)碾y題。

3.新疆山洪災(zāi)害預(yù)警服務(wù)能力提升

中小河流山洪災(zāi)害預(yù)警一直是山洪災(zāi)害防御的薄弱環(huán)節(jié)，新疆山洪多是由局地強(qiáng)降雨形成，多數(shù)山洪從短時強(qiáng)降雨發(fā)生到山洪形成一般不超過30 分鐘，導(dǎo)致預(yù)見期過短和防御時間不足。 因此，加強(qiáng)山洪災(zāi)害風(fēng)險預(yù)警能力服務(wù)和預(yù)警信息社會化發(fā)布工作，拓展預(yù)警信息發(fā)布渠道和覆蓋面，推動多平臺合作、多渠道發(fā)布預(yù)警信息，對增強(qiáng)新疆基層山洪災(zāi)害防御意識和提升防災(zāi)減災(zāi)救災(zāi)能力具有重要意義。

后續(xù)新疆山洪災(zāi)害預(yù)警服務(wù)能力提升工作主要包括：收集并調(diào)查補(bǔ)充新疆AAA 級及以上旅游風(fēng)景區(qū)基礎(chǔ)資料，開展基于高精度遙感解譯、精細(xì)降雨預(yù)報及大數(shù)據(jù)分析的山洪災(zāi)害精細(xì)化風(fēng)險預(yù)警分析，對AAA級及以上旅游風(fēng)景區(qū)山洪災(zāi)害進(jìn)行精細(xì)化預(yù)警，生成預(yù)警信息；開展基于網(wǎng)絡(luò)、電視傳媒等渠道的新疆山洪災(zāi)害氣象預(yù)警社會化發(fā)布機(jī)制構(gòu)建工作；對應(yīng)山洪災(zāi)害預(yù)測預(yù)警預(yù)報準(zhǔn)確度和預(yù)見期提升的需求，在前期開展的降水預(yù)報研發(fā)成果基礎(chǔ)上，開展分鐘級精細(xì)化降水預(yù)報產(chǎn)品研發(fā)，采用特定數(shù)據(jù)解碼與傳輸方式，完成面向社會公眾的精細(xì)化風(fēng)險預(yù)警服務(wù)機(jī)制構(gòu)建； 聯(lián)合氣象部門與運(yùn)營商，研發(fā)精準(zhǔn)靶向預(yù)警信息處理與發(fā)布機(jī)制，構(gòu)建預(yù)警信息精準(zhǔn)靶向發(fā)布系統(tǒng)模塊，逐步實現(xiàn)利用電子圍欄技術(shù)，向移動、聯(lián)通、電信三網(wǎng)用戶發(fā)布預(yù)警信息的功能。