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雷达测雨及其在水文水资源中的应用研究

冯国玲

黑龙江省大庆市肇源县水资源节约保护中心

摘要: 基于水资源保护中心需要监测用水安全的问题,而自然降雨问题是最容易引发洪涝灾害的。因此,在水文水资源的质量、安全监管工作中,应当科学选择出合适的测雨技术,预估降雨量和降雨时间,及时采取防范措施,降低自然灾害造成的不良影响。本文主要介绍的是雷达测雨技术,这项技术在国内外都有着广泛的应用前景,主要是依靠雷达的电磁波感应原理,估测降雨情况。可以看出,实际的雷达测雨技术具有及时性的特点,准确率比较高,需要管理人员将这项技术合理应用于测雨工作环节中。
关键词: 雷达;测雨;水文预报
DOI:10.12721/ccn.2021.157104
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日常的水文水资源管理工作主要包括:对河水水流量、流速,水质的监控管理。同时,基于节约用水的工作理念,还应当进行用水量的管控工作。此外,要重点关注河流的水位线涨落情况,避免发生洪涝灾害和水资源短缺问题。这要求工作人员着重分析出哪些因素会对河流水位线的变化产生影响,找到管理工作的侧重点。

1.简述雷达测雨技术的基本原理和发展现状

从洪水和干旱问题两个方面来看,主要是由于连续降雨或者气候干旱引发的。所以,在日常的水文水资源管理工作中,还应当着重展开测雨工作,关注天气变化情况。现阶段,应用效果较好的方式是:雷达测雨技术。

1.1原理

应用雷达装置预测是否会降雨,预估降水量,主要的原理是:发出电磁波,当电磁波碰到降水或一些云目标时,一部分的电磁波就会发生反射,雷达接收到这些反射的电磁波时,就会对信号波进行处理,确定降水和云存在的位置,做出水文预报。雷达能够计算电磁波发射时间和脉冲接受信号之间的时间差,根据电磁波传输的速度,计算出云雨区和雷达之间的距离。雷达还可以通过转动来获得雷达和目标物之间的方位角和仰角,确定目标物的空间位置。因此,雷达除了能对降水和灾害天气进行预测外,还能对降水情况进行定量测试。这使得该项技术成为了目前水域洪水预警管控工作的关键技术方法,应用价值良好。

1.2现状

利用雷达进行水文预报的研究,最早始于20世纪40年代,但是具体应用则是从20世纪90年代开始的,随着计算机技术和信息技术的发展,雷达处理接收降水回波的效率大大提升,雷达测雨技术也为降水时空分布提供了新的信息来源。目前,美国、英国及日本已将雷达测量水文应用到实践中,我国近年来也加紧了雷达气象事业的发展,开发出了相应的产品。

在水文预报过程中,降水量是十分重要的变量。雷达反演降水技术的不断发展,为降雨量的测试指明了新的研究方向。目前,国内外利用雨量计测量数据估计降水,主要应用的是:平均校准法(系数法)、最优插值校准法等。另外,如何将雷达探测信息和雨量计实测信息结合起来,成为各国主要的研究方向。

2.雷达降雨估测方法及测雨思路

在对降雨时间、降雨量进行合理预估时,要综合对比各种技术的应用优势,选择出准确率最高,估测速度相对较快的方法。

2.1常见估测方法

天气雷达问世以来,估测降水一直是其主要目标。根据不同的研究目的和方向.雷达估测降水方法大致可分为两类:一是直接利用Z—R关系确定降水强度,估计降水分布;二是基于雨量计在点上的精确测量,联合雷达估测降水强度。这些不同算法具有不同特点,适合于不同天气系统和地域。主要包括:Z—R关系法、平均校准法、卡尔曼滤波校准法、最优插值法、卡尔曼滤波、变分校准法和最优插值联合校准法等。

2.2测雨工作思路

雷达估测降雨量在某一时段上的均值误差,作为一个指标可以较好地反映其应用于降水径流模拟时的精度:总雨量和强降水的估测精度,是雷达估测面雨量能否用于径流模拟的关键。将雷达测雨技术、BP神经网络技术引入流域洪水预报中,并建立基于分布式水文模型的洪水预报模型,将该实时预报模型应用于具体的流域水位线变化预警管理工作中。从预报结果来看,该实时预报模型很好地解决了雷达遥感数据与水文模型的耦合,为在流域洪水预报中采用雷达测雨提供了先行的研究基础。

流域面上的降雨分布是不均匀的,比较雨量计和雷达两种方式估测的降雨场分布,后者更接近于实际情况。从实时洪水预报的角度出发,选择进行校准雷达降雨的雨量站个数,与水情部门采用的报汛站的个数接近。由于雷达估测的降雨数据为分布式的降雨数据,需要采用分布式的水文模型,进行洪水预报。要及时建立适合于研究流域的集“天气预报一水文预报”于一体的实时联机预报模型。这需要完善计算机基础设施建设,才能保障新时期测雨工作的稳步开展。

3.雷达测雨在水文水资源中的应用优势

与其他测雨方式相比,雷达测雨技术有着良好的应用优势,操作方法简单,而且能够进行风险预估工作,保障水域周围居民的生活及工作安全。

3.1精准度

通过使用雷达装置展开对降雨情况的测量工作,可以有效提高工作精准度。可以实现实时分时段预估降雨概率的目标,能够针对降雨或者干旱气候,及时采取防范对策,避免影响农业、林业灌溉工作的稳步开展。比如,通过测雨工作发现即将出现强降雨天气时,可以及时疏通排水渠道,有序展开挡水和排水工作。

3.2风险预估

雷雨天气一般会伴随大风、冰雹等异常气象灾害,通过雷达测雨工作,不仅可以监测降雨等级,还可以预估天气变化情况,包括风力大小、风向等等。这对于降低自然灾害造成的经济损失和安全风险问题,有着良好的管控作用。所以,目前各个地区都在积极完善雷达测雨的功能,完善基础设施,以提高测雨工作水平,最终全面、有序的完成对水环境的安全管控工作。

结语:应用雷达测雨技术时,需要先了解雷达装置的功能,了解该技术的基本原理。并重点结合国内外的技术研究现状,对比各种常见降雨估测方法的应用优势。可以考虑应用信息技术构建水文模型,分析降雨量在同一区域内的分布情况。雨云会随着风力不断运动,所以,应展开动态化的雷达测雨工作。这需要完善基础设施建设,确保管理人员具备对技术的操作能力,合理规范技术的操作流程。在预估降雨量,预估水位线变化情况的同时,有序做好风险预估工作。

参考文献:

[1]张宇.雷达在水文预报应用中的研究进展[J].黑龙江科学,2016,7(24):16-17.

[2]姜立新.水文水资源管理在水利工程中的应用研究[J].水电水利,2021,5(1):88-89.