吉林市中小河流水文監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與建設(shè)

劉富?！“A國　張猛　戴術(shù)霞

摘 要：隨著社會(huì)的發(fā)展進(jìn)步，人類活動(dòng)對自然環(huán)境的影響越來越大，自然災(zāi)害對社會(huì)經(jīng)濟(jì)生活的破壞力也越來越強(qiáng)。加強(qiáng)自然災(zāi)害特別是城市的洪澇災(zāi)害的預(yù)防與治理成為城市水資源管理的重要內(nèi)容。本文以我國吉林市的中小河流水文監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和建設(shè)為例，詳細(xì)闡述了水文監(jiān)測系統(tǒng)的原理、功能以及各相關(guān)子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建設(shè)，為兄弟城市類似系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與建設(shè)提供借鑒、參考。

關(guān)鍵詞：城市災(zāi)害預(yù)防 水文監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng) 設(shè)計(jì)與建設(shè)

中圖分類號(hào)：P336 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2012）10（c）-0009-01

1 吉林市中小河流水文監(jiān)測預(yù)警工作的現(xiàn)狀

吉林市原水文站網(wǎng)存在諸多不足：一是水文觀測站點(diǎn)覆蓋面不足，郊區(qū)部分小河流幾乎沒有觀測站點(diǎn)；二是已有的水文監(jiān)測站點(diǎn)密度較低，滿足不了城市防洪對中小河流水文信息的采集要求；三是水文監(jiān)測信息的處理、輸送技術(shù)水平落后，適應(yīng)不了城市水資源管理的要求。再加上近幾年極端氣候的增多，氣象預(yù)報(bào)技術(shù)的制約，使得中小河流水文的監(jiān)測工作成為城市預(yù)防洪水或山洪的一塊短板，給城市的防災(zāi)、減災(zāi)工作造成不便。為扭轉(zhuǎn)這一被動(dòng)局面，吉林市有關(guān)部門加大投入，緊密配合，設(shè)計(jì)和建設(shè)了一套適合城市災(zāi)害防治的水文監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，該系統(tǒng)能有效完善吉林市中小河流的水文監(jiān)測預(yù)警體系，提高中小河流水文信息的采集、傳輸、處理水平和洪水預(yù)警預(yù)報(bào)能力為原則，增建18處水文站，17處水位站，120處雨量站。本次建設(shè)工程均嚴(yán)格依照《水文基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)及技術(shù)裝備標(biāo)準(zhǔn)》（修編）進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2 中小河流水文監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)原則

針對前面的幾點(diǎn)不足，以完善現(xiàn)有水文監(jiān)測預(yù)警體系，提升水文監(jiān)測信息的處理技術(shù)，有效增強(qiáng)洪澇災(zāi)害的預(yù)報(bào)能力為總體設(shè)計(jì)原則。

2.2 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

土建工程建設(shè)和技術(shù)裝備的采購與配置以《水文基礎(chǔ)設(shè)施及技術(shù)裝備標(biāo)準(zhǔn)》（修編）為標(biāo)準(zhǔn)，綜合資金、環(huán)境等條件，盡量提升站點(diǎn)的自動(dòng)化、智能化水平。

3 中小河流水文監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的建設(shè)

在國家的“十二五”規(guī)劃和水利部的“總體規(guī)劃”中，對中小河流水文監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的建設(shè)都做了詳細(xì)而又科學(xué)的部署。整個(gè)系統(tǒng)的建設(shè)不但包括水文站、雨量站、水位站的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，還包括災(zāi)情預(yù)測、應(yīng)急處理、洪水預(yù)報(bào)以及水情服務(wù)等技術(shù)的更新?lián)Q代，實(shí)現(xiàn)水文信息采集的自動(dòng)化、輸送和存儲(chǔ)的數(shù)字化、災(zāi)害預(yù)報(bào)智能化以及水情監(jiān)測的可視化，需要綜合應(yīng)用多種技術(shù)手段，例如流域蒸散發(fā)估算技術(shù)、數(shù)字高程模型生成數(shù)字流域技術(shù)等，建立適合本城市的中小河流山洪預(yù)警預(yù)報(bào)原型系統(tǒng)，并規(guī)范其結(jié)構(gòu)、功能、接口、數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)更大范圍的聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測。北京“7·21”洪水災(zāi)害事件的發(fā)生，說明我國城市中小河流水文監(jiān)測預(yù)警以及災(zāi)害預(yù)報(bào)、處理系統(tǒng)還存在嚴(yán)重不足，需要加大加快水文監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的建設(shè)，將洪水災(zāi)害造成的損失降至最低。下面以吉林市中小河流水文監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的分系統(tǒng)為例，闡述吉林市該系統(tǒng)的組成和基本運(yùn)作原理。

4 中小河流水文監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的主要分系統(tǒng)

4.1 水文數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

其功能主要是實(shí)現(xiàn)流量、水位、雨量等數(shù)據(jù)的采集。在選購采集系統(tǒng)的硬件裝備時(shí)要充分考慮勞動(dòng)強(qiáng)度、檢測時(shí)長、采集速度和站點(diǎn)的特性，該市中小河流水文監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)這些要素，流量數(shù)據(jù)的采集采用的是走航式聲學(xué)多普勒流速剖面儀，走航式聲學(xué)多普勒流速剖面儀通過借助橋梁或纜道上繩子牽引，能直接顯示河流斷面的流量。水位數(shù)據(jù)采集選用雷達(dá)水位計(jì)，雷達(dá)水位計(jì)是通過發(fā)射電磁波對目標(biāo)進(jìn)行照射并接收其回波，由此獲得水位水流至電磁波發(fā)射點(diǎn)的距離、距離變化、方位、高度等信息，它具有抗干擾、無人值守、成本低、壽命長等優(yōu)點(diǎn)。在安裝雷達(dá)水位計(jì)時(shí)要充分考慮安裝所處地段的施工條件以及方便設(shè)備的檢修、保養(yǎng)，做好防雷防盜防損壞措施。雨量數(shù)據(jù)采集建設(shè)方式根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況采用一體化桿式雨量裝置、雨量觀測場等方式。觀測場地面積設(shè)雨量觀測儀器和普通蒸發(fā)觀測儀器時(shí)為6 m×6 m。觀測場地應(yīng)平整，場地四周設(shè)置柵欄防護(hù)，場內(nèi)鋪設(shè)觀測人行小路。柵欄高度一般為1.2～1.5 m，桿式雨量器（計(jì)），可在其半徑為1.0 m的范圍內(nèi)設(shè)置柵欄防護(hù)。柵欄條的疏密以不阻滯空氣流通又能削弱通過觀測場的風(fēng)力、不產(chǎn)生雪堆為準(zhǔn)。

4.2 水雨情自動(dòng)監(jiān)測預(yù)報(bào)系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要包括兩部分，一是和聯(lián)網(wǎng)的中心站，二是由雨量計(jì)、水位計(jì)等傳感器和通信設(shè)備、工控設(shè)備等組成的遙測站。選用先進(jìn)傳感技術(shù)的傳感器以及規(guī)劃合理科學(xué)的通信方式，為中心站傳送準(zhǔn)確、及時(shí)以及科學(xué)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，中心站通過接受、處理、分析這些數(shù)據(jù)，采用智能化方式對整個(gè)城市的水雨情進(jìn)行綜合分析，為城市管理決策提供依據(jù)。采用先進(jìn)的通信方式能保障遙測站數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確傳送。該市采用GSM系統(tǒng)的點(diǎn)對點(diǎn)短消息平臺(tái)組網(wǎng)，其特點(diǎn)是通過短消息中心（服務(wù)器）完成信息的存儲(chǔ)和傳送。同時(shí)附屬配備了PSTN系統(tǒng)，利用電路交換來實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳送。

4.3 供電、防雷等后勤支持、保障系統(tǒng)

中小河流水文監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)不但要求監(jiān)測預(yù)警設(shè)備的先進(jìn)，還要求能長期、無故障運(yùn)行，這就需要對系統(tǒng)的供電、防雷等輔助系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)合理的規(guī)劃和建設(shè)。系統(tǒng)中心站采用UPS電源，可以防止因突然斷電造成處理數(shù)據(jù)的丟失；遙測站需要因地制宜，積極采用太陽能光電技術(shù)，保障遙測站的設(shè)備連續(xù)、環(huán)保運(yùn)行需求。因?yàn)檫b測站一般在室外，并且裝有精密儀器儀表，在建設(shè)時(shí)必須充分考慮防雷要求。現(xiàn)代防雷技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，防雷方式多種多樣，可以根據(jù)遙測站的特點(diǎn)選用合適的防雷設(shè)備、方式。在進(jìn)行河流監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)時(shí)，除了供電、防雷設(shè)施外，還要對重點(diǎn)設(shè)備采取一定的保護(hù)措施，例如在雨量觀測場（站）的建設(shè)時(shí)，在場地四周需要設(shè)置圍欄，在內(nèi)部合理規(guī)劃人行觀測小道，設(shè)置圍欄時(shí)要注意欄與欄之間的空隙間隔，不能造成空氣阻塞以避免大風(fēng)力對圍欄的破壞。

5 結(jié)語

水文監(jiān)測預(yù)警是城市防御洪澇災(zāi)害的重要組成部分，但我國大部分城市水文站點(diǎn)偏少，設(shè)備陳舊，技術(shù)落后，不能滿足城市防洪、水資源管理、水生態(tài)和環(huán)境保護(hù)等對水文信息的迫切需求，給城市管理決策帶來挑戰(zhàn)。吉林市通過梳理舊有的中小河流水文監(jiān)測站點(diǎn)，充實(shí)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)體系，提升系統(tǒng)的技術(shù)水平，切實(shí)提升了中小河流水文信息的采集、傳輸、處理以及預(yù)警、預(yù)報(bào)能力，使得水雨情信息能及時(shí)、快速的傳達(dá)到中心站，為城市管理者防御可能的洪澇災(zāi)害采取應(yīng)急措施提供了科學(xué)決策依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1] 房國良，耿延博.遼寧省山洪災(zāi)害水文監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)規(guī)劃[J].中國水利，2009.

[2] 葉秋紅，李琳琳，方同秀.水文數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].水利科技與經(jīng)濟(jì)，2006.

[3] 董秀強(qiáng)，魏慶杰.水文數(shù)據(jù)采集和成果輸出數(shù)字化的設(shè)計(jì)[J].水利水文自動(dòng)化，2008.