鄭州防洪減災(zāi)水文信息預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

陸桂明，程傳格，任中偉

(華北水利水電學(xué)院，河南鄭州450011)

河南地處黃河、淮河、長江、海河4大流域區(qū)，山巒溝壑犬牙交錯(cuò)，河流眾多，又受到季風(fēng)影響和河南地形所限，洪澇易于形成而不易排泄.而且，小城鎮(zhèn)建設(shè)規(guī)劃不完善，缺乏防御洪澇災(zāi)害的措施，防洪工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)低［1］.預(yù)報(bào)、預(yù)警、通信等非工程措施的技術(shù)保障能力落后，長期形成的組織動(dòng)員體系與工程措施、非工程措施的管理體系不能有效匹配等也促使了河南歷史上洪澇災(zāi)害頻發(fā).融合多樣化的信息采集、通信傳輸、預(yù)警預(yù)報(bào)、科學(xué)調(diào)度資源，建立嚴(yán)密、高效、適應(yīng)信息化要求的組織動(dòng)員機(jī)制，是減輕或避免洪澇災(zāi)害損失、促進(jìn)社會(huì)穩(wěn)定和進(jìn)步的有效途徑.

1 鄭州防洪態(tài)勢(shì)

鄭州市地跨黃河、淮河 2大流域，總面積7 446.2 km2.黃河流域包括鞏義市、上街區(qū)全部，滎陽市、邙山區(qū)一部分及中牟縣、新密市、登封市一少部分，面積1 830 km2，占全市總面積的24.6%;淮河流域包括新鄭市、中原區(qū)、二七區(qū)、管城區(qū)、金水區(qū)全部，新密市、登封市、滎陽市、中牟縣和邙山區(qū)的大部，面積5 616.2 km2，占全市總面積的75.4%.全市有大小河流124條，流域面積較大的河流有29條，其中黃河流域6條，淮河流域23條.過境河道有黃河、伊洛河，多年平均過境水量444.1億m3(黃河花園口站)，其中伊洛河過境水量31.4億m3(黑石關(guān)站)［2］.由于鄭州市歷史上和建國后，在不同時(shí)期曾發(fā)生了多起洪澇災(zāi)害，給人民生命財(cái)產(chǎn)造成了巨大損失，防洪減災(zāi)形勢(shì)不容樂觀.

2 綜合通信系統(tǒng)模型

為了有效地采集防洪減災(zāi)信息，發(fā)布和傳輸預(yù)警命令、搶險(xiǎn)指揮和災(zāi)情現(xiàn)場(chǎng)等信息，建立安全的通信系統(tǒng)十分必要.防洪減災(zāi)通信系統(tǒng)的總體要求是覆蓋面廣、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、暢通率高、系統(tǒng)穩(wěn)定可靠.

根據(jù)鄭州市洪澇災(zāi)害的防御特點(diǎn)和洪澇災(zāi)害預(yù)警決策的需求，設(shè)計(jì)運(yùn)用氣象預(yù)報(bào)、水文監(jiān)測(cè)、地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)、城市防洪監(jiān)測(cè)、黃河河務(wù)調(diào)度、防空警報(bào)、移動(dòng)通信、廣播電視等部門的通信傳輸系統(tǒng)組成綜合通信網(wǎng)絡(luò)，充分發(fā)揮行業(yè)專網(wǎng)的作用，進(jìn)行優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)和資源共享.建立的鄭州防洪減災(zāi)預(yù)警綜合通信系統(tǒng)模型如圖1所示.

洪澇災(zāi)害通信系統(tǒng)將為監(jiān)測(cè)人員與各級(jí)專業(yè)部門之間、各級(jí)專業(yè)部門與各級(jí)防汛指揮部之間的信息傳輸、信息交換、指揮調(diào)度、指令的下達(dá)、災(zāi)情信息的上傳、災(zāi)情會(huì)商、洪澇預(yù)警信號(hào)傳輸和信息反饋提供通信保障.通過洪澇災(zāi)害通信系統(tǒng)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)洪澇災(zāi)害防御區(qū)氣象、水文、泥石流、滑坡等監(jiān)測(cè)信息以及洪澇警報(bào)的實(shí)時(shí)傳輸，確保信息及時(shí)上報(bào)和防災(zāi)避災(zāi)指令的迅速下達(dá)以及山洪警報(bào)及時(shí)發(fā)布等.

綜合通信系統(tǒng)運(yùn)用了計(jì)算機(jī)通信信息網(wǎng)絡(luò)、廣播電視信息網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)、短波和超短波通信網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)、視頻會(huì)商與監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)和視頻監(jiān)控系統(tǒng).

圖1 鄭州防洪減災(zāi)預(yù)警綜合通信系統(tǒng)模型

3 水文信息預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)

水文信息預(yù)警系統(tǒng)作為鄭州防洪減災(zāi)預(yù)警綜合通信系統(tǒng)的一個(gè)組成部分，在防洪減災(zāi)工作中起著重要作用.在縣級(jí)以上防汛指揮部門特別是山洪災(zāi)害嚴(yán)重的區(qū)域應(yīng)建立該系統(tǒng)，以獲取實(shí)時(shí)水雨情信息，及時(shí)發(fā)布山洪災(zāi)害預(yù)報(bào)警報(bào)，為防洪、抗旱和水利工程的施工、運(yùn)用、管理等提供科學(xué)依據(jù).

3.1 關(guān)鍵技術(shù)

該系統(tǒng)前臺(tái)開發(fā)工具采用可視化編程工具Delphi 7.0［3］，后臺(tái)數(shù)據(jù)庫采用微軟的 SQL Server 2005數(shù)據(jù)庫［4］.系統(tǒng)包括管理程序和后臺(tái)程序.通過使用Delphi提供的標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件、第三方構(gòu)件、修改構(gòu)件和Windows API函數(shù)調(diào)用編寫了管理軟件程序.在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上，采用了ADO Connection，ADO DataSet和DataSource等數(shù)據(jù)連接控件對(duì)后臺(tái)數(shù)據(jù)進(jìn)行連接［5］.通過自定義函數(shù)的建立實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)窗口和數(shù)據(jù)表的合理結(jié)合.

3.2 總體設(shè)計(jì)

水文信息預(yù)警系統(tǒng)包括水文信息匯集、信息查詢、預(yù)報(bào)預(yù)警和短信管理幾個(gè)模塊.系統(tǒng)根據(jù)檢測(cè)站采集的水文信息數(shù)據(jù)，在充分研究過去水文演變規(guī)律的基礎(chǔ)上，編制預(yù)報(bào)方案，對(duì)未來的水文現(xiàn)象做短期的定量預(yù)報(bào)并提供防御方案.同時(shí)根據(jù)預(yù)警信息危急程度及洪水可能危害范圍的不同，通過短信管理平臺(tái)將預(yù)警信息及時(shí)、準(zhǔn)確地傳送到洪水可能危及的區(qū)域，使接收預(yù)警區(qū)域的工作人員根據(jù)洪水災(zāi)害防御預(yù)案，及時(shí)采取預(yù)防措施，最大限度地減少人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失［6］.水文信息預(yù)警系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖2所示.

圖2 水文信息預(yù)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了水文信息的基本管理功能，包括水文信息的錄入、查詢、修改、刪除;其次，實(shí)現(xiàn)水文信息的預(yù)報(bào)和預(yù)警，包括預(yù)警閾值的設(shè)定和制訂相應(yīng)的防御方案;與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合，點(diǎn)擊即可進(jìn)入相應(yīng)的網(wǎng)站.系統(tǒng)還實(shí)現(xiàn)了短信息管理，結(jié)合相應(yīng)的硬件設(shè)備，即可實(shí)現(xiàn)短信息的實(shí)時(shí)發(fā)送，更好地發(fā)揮系統(tǒng)的預(yù)警作用.

該系統(tǒng)包括8個(gè)子系統(tǒng):系統(tǒng)管理、基礎(chǔ)信息管理、水情信息查詢、雨情與氣象信息查詢、水文信息預(yù)報(bào)、預(yù)警狀態(tài)查詢、曲線圖制作和短信管理.分別介紹如下.

1)系統(tǒng)管理.其功能主要有管理員設(shè)置、更改密碼、重新登陸、數(shù)據(jù)備份、數(shù)據(jù)還原等.

2)基礎(chǔ)信息管理.可實(shí)現(xiàn)縣鄉(xiāng)基本情況、歷史山洪情況、檢測(cè)站點(diǎn)、小流域、工程信息、河道防洪指標(biāo)、庫站防洪指標(biāo)、汛限水位等基礎(chǔ)信息的管理.

3)水情信息查詢.該子系統(tǒng)可查詢河道水情、水庫水情、堰閘水情，可進(jìn)行降水量統(tǒng)計(jì)，計(jì)算河道、水庫及堰閘水情多日均值等.可對(duì)測(cè)站及信息進(jìn)行添加、修改和刪除，還可對(duì)信息進(jìn)行保存.數(shù)據(jù)可與后臺(tái)數(shù)據(jù)庫保持同步.

4)雨情與氣象信息查詢.其功能主要包括雨情日?qǐng)?bào)表、暴雨加報(bào)表、特殊水情表、氣象信息的查詢.

5)水文信息預(yù)報(bào).該子系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)降水量預(yù)報(bào)、河道水情預(yù)報(bào)、水庫水情預(yù)報(bào)、閘門水情預(yù)報(bào)和閘門啟閉情況預(yù)報(bào).

6)預(yù)警狀態(tài)查詢.進(jìn)行預(yù)警閾值設(shè)置，如圖3所示;防御方案制訂，如圖4所示;實(shí)現(xiàn)預(yù)警人員信息管理;可制作庫湖汛限位表、洪水傳播時(shí)間表、典型洪水水位流量關(guān)系表、綜合水位流量關(guān)系表、庫(湖)容曲線表、水位(流量)頻率分析成果表、洪水頻率分析參數(shù)表、多年平均蓄水量表、庫(湖)蓄水量多年同期均值表、旬月降水量多年平均值表、斷面測(cè)驗(yàn)成果表.

圖3 預(yù)警閾值設(shè)置

圖4 防御方案

預(yù)警閾值設(shè)置主要為用戶提供發(fā)布預(yù)警級(jí)別的依據(jù)，用戶可以選擇不同的河流，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)顯示每個(gè)河流對(duì)應(yīng)的警戒水位，然后選擇不同的預(yù)警級(jí)別(包括4個(gè)級(jí)別)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)顯示對(duì)應(yīng)級(jí)別發(fā)出藍(lán)色、黃色、橙色和紅色預(yù)警的水位條件.防御方案主要為用戶提供對(duì)應(yīng)不同級(jí)別的預(yù)警應(yīng)該采取的相應(yīng)防御措施.

7)曲線圖制作(查詢).該子系統(tǒng)可制作(查詢)河道水情曲線圖、水庫水情曲線圖、堰閘水情曲線圖、降水量統(tǒng)計(jì)曲線圖、河道水情多日均值曲線圖、水庫水情多日均值曲線圖、河道防洪指標(biāo)曲線圖和庫站防洪指標(biāo)曲線圖等.某測(cè)站的河道防洪指標(biāo)曲線如圖5所示，可記錄、顯示各測(cè)站的基本情況，包括警戒水位、保證水位、實(shí)測(cè)水位和預(yù)測(cè)水位.提供查詢功能，輸入測(cè)站編碼即可查詢.

8)短信管理平臺(tái).功能有系統(tǒng)設(shè)置、平臺(tái)管理.包括聯(lián)系人、收件箱、發(fā)件箱、草稿箱、廢信箱、常用短語等.可實(shí)現(xiàn)聯(lián)系人和短語的添加、修改等，該平臺(tái)界面如圖6所示.

4 結(jié)語

鄭州防洪減災(zāi)預(yù)警通信模型和水文信息預(yù)警系統(tǒng)適用于鄭州范圍內(nèi)突發(fā)性洪澇災(zāi)害的信息采集、通信傳輸、預(yù)警防御、群防群治、應(yīng)急處置、災(zāi)后重建、指揮調(diào)度等，構(gòu)建了防洪減災(zāi)的科技新模式，為預(yù)防、預(yù)警洪澇災(zāi)害的發(fā)生提供了科學(xué)依據(jù).

圖5 河道防洪指標(biāo)曲線圖

圖6 短信管理平臺(tái)

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