山洪災(zāi)害防治監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)在牡丹江市山洪災(zāi)害防治中的應(yīng)用

王 釗，劉 萍

(牡丹江水文局，黑龍江 牡丹江 157000)

牡丹江市位于黑龍江省的東南部，處于中溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，處于西風(fēng)環(huán)流控制下，季風(fēng)顯著，四季分明。夏季在副熱帶太平洋高壓控制下，受東南季風(fēng)影響，氣溫和降水量為全年最高。降水強(qiáng)度7—8月最大，此間多大雨、暴雨或雷陣雨。牡丹江市四周環(huán)山，中部低平，地勢(shì)由東南和西北向中部?jī)A斜，形成盆地。市內(nèi)有大小河流52條，由于夏季暴雨頻繁，地質(zhì)地貌復(fù)雜，加上人類活動(dòng)的影響，導(dǎo)致山洪災(zāi)害發(fā)生頻繁，1999—2010年，共發(fā)生14次山洪災(zāi)害，幾乎年年都在發(fā)生。

危險(xiǎn)區(qū)是指受山洪災(zāi)害威脅的區(qū)域，一旦發(fā)生山洪、泥石流、滑坡，將直接造成區(qū)內(nèi)人員傷亡以及房屋、設(shè)施的破壞。危險(xiǎn)區(qū)一般處于河谷、溝口、河灘、陡坡下、低洼處和不穩(wěn)定的山體下。通過(guò)普查，牡丹江市在被劃為危險(xiǎn)區(qū)的地區(qū)建設(shè)雨水情監(jiān)測(cè)站網(wǎng)，架構(gòu)集網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫(kù)、地理信息技術(shù)于一體的山洪災(zāi)害防治監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，有效地減少了危險(xiǎn)區(qū)內(nèi)人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。

1 基本概念

山洪災(zāi)害防治監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)具備宏觀掌握境內(nèi)雨水情時(shí)空變化的趨勢(shì)，有效防御山洪災(zāi)害，改變山洪災(zāi)害日趨嚴(yán)重的局面，減少人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，達(dá)到轄區(qū)安全保障能力的目標(biāo)。此系統(tǒng)由預(yù)警中心平臺(tái)和監(jiān)測(cè)預(yù)警站網(wǎng)兩部分組成。預(yù)警中心平臺(tái)是山洪災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息處理和服務(wù)的核心，為系統(tǒng)數(shù)據(jù)接收、處理、加工與信息查詢、預(yù)報(bào)決策、預(yù)警與信息發(fā)布、信息交換等服務(wù)提供硬軟件平臺(tái);監(jiān)測(cè)預(yù)警站網(wǎng)包括雨量站、水位站和獨(dú)立預(yù)警站。雨量站監(jiān)測(cè)雨量信息，水位站監(jiān)測(cè)雨量和水位信息。水雨情監(jiān)測(cè)站包括簡(jiǎn)易站和自動(dòng)站。簡(jiǎn)易站采用有雨定時(shí)監(jiān)測(cè)，大到暴雨或水位上漲加密監(jiān)測(cè)的工作形式，及時(shí)上報(bào)和通知下游相關(guān)村組。為擴(kuò)大水雨情信息監(jiān)測(cè)的覆蓋面，充分發(fā)揮村組自防自救的作用，因地制宜地配置簡(jiǎn)易的雨量、水位監(jiān)測(cè)設(shè)施，由鎮(zhèn)、村、組采用直觀、可行的監(jiān)測(cè)方法進(jìn)行水雨情信息的監(jiān)測(cè)。利用本區(qū)域適用的預(yù)警方式進(jìn)行信息發(fā)布，達(dá)到群測(cè)群防的目的。自動(dòng)監(jiān)測(cè)站采用增量隨機(jī)自報(bào)、定時(shí)自報(bào)、事件加報(bào)、召測(cè)兼容和自動(dòng)預(yù)警的工作體制;采用有人看管，無(wú)人值守的管理模式，配置相應(yīng)的雨量、水位傳感器，以及遙測(cè)終端、通信終端以及預(yù)警設(shè)備，使用公網(wǎng)組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)雨水情信息的自動(dòng)采集、傳輸和預(yù)警。獨(dú)立預(yù)警站就是不需要進(jìn)行水雨情監(jiān)測(cè)，只需要通過(guò)上游自動(dòng)監(jiān)測(cè)站監(jiān)測(cè)情況來(lái)對(duì)本站進(jìn)行預(yù)警即可，這樣能夠避免不必要的浪費(fèi)。

2 布設(shè)原則

主要包括2部分:

2.1 雨量站布設(shè)原則

依據(jù)山洪災(zāi)害易發(fā)程度降雨分區(qū)，原則上按照20～100 km2/站的密度布設(shè)自動(dòng)雨量監(jiān)測(cè)站;在高易發(fā)降雨區(qū)、人口密度較大的山洪災(zāi)害頻發(fā)區(qū)適當(dāng)加密站點(diǎn);布設(shè)自動(dòng)雨量監(jiān)測(cè)站點(diǎn)時(shí)優(yōu)先考慮山區(qū)的中小流域，站點(diǎn)應(yīng)盡量安裝在流域中心、暴雨中心等有代表性的地段，要注意避開雷區(qū);山區(qū)降雨受地形的抬升作用，布設(shè)自動(dòng)雨量站時(shí)充分考慮地形因素的作用;站網(wǎng)布設(shè)時(shí)充分考慮通信、交通等日后運(yùn)行維護(hù)管理?xiàng)l件，通信條件好的地方建設(shè)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站，通信差的偏遠(yuǎn)自然村建設(shè)簡(jiǎn)易監(jiān)測(cè)站;在山洪災(zāi)害防治區(qū)內(nèi)的行政村、自然村、零散人員居住點(diǎn)布設(shè)簡(jiǎn)易雨量站，在自動(dòng)雨量未覆蓋的區(qū)域，按照村(組)布設(shè)簡(jiǎn)易雨量站。

2.2 水位站布設(shè)原則

山洪災(zāi)害嚴(yán)重的流域，且河流沿岸為各級(jí)政府所在地或人口密集區(qū)、重要工礦企業(yè)和基礎(chǔ)設(shè)施的，面積超過(guò)100 km2的布設(shè)自動(dòng)水位監(jiān)測(cè)站，低于100 km2布設(shè)簡(jiǎn)易水位站;流域面積50～100 km2的山洪災(zāi)害嚴(yán)重的小流域，河流沿岸有人口較為集中的居民區(qū)或有較重要工礦企業(yè)、較重要的基礎(chǔ)設(shè)施，在山洪易發(fā)溪河上游控制段布設(shè)簡(jiǎn)易水位監(jiān)測(cè)站;大中小(1)水庫(kù)根據(jù)需要布設(shè)自動(dòng)水位站，水庫(kù)下游河流兩岸有居民集中居住的沒(méi)有水位監(jiān)測(cè)設(shè)施的水庫(kù)布設(shè)水位監(jiān)測(cè)設(shè)施。小(2)型水庫(kù)設(shè)立簡(jiǎn)易監(jiān)測(cè)水位站;水位站布設(shè)地點(diǎn)要考慮預(yù)警時(shí)效、影響區(qū)域、控制范圍等因素綜合確定，盡量在山洪溝河道出口、水庫(kù)壩前和人口居住區(qū)、工礦企業(yè)、學(xué)校等防護(hù)目標(biāo)上游布設(shè)。站網(wǎng)布設(shè)時(shí)應(yīng)考慮通信、交通等日后運(yùn)行管理維護(hù)條件。

3 系統(tǒng)設(shè)備組成

預(yù)警中心平臺(tái)主要由計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)組成，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)主要為系統(tǒng)數(shù)據(jù)接收、處理、加工與信息查詢、預(yù)報(bào)決策、預(yù)警與信息發(fā)布、信息交換等服務(wù)提供硬軟件平臺(tái)，數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)主要為系統(tǒng)維護(hù)管理、信息查詢與服務(wù)、預(yù)報(bào)決策與預(yù)警提供數(shù)據(jù)信息。

簡(jiǎn)易雨量站的監(jiān)測(cè)設(shè)備為簡(jiǎn)易雨量計(jì)。簡(jiǎn)易水位站在溪河岸邊、水庫(kù)壩前設(shè)立便于監(jiān)測(cè)的直立、斜坡式水尺;對(duì)于無(wú)條件設(shè)立水尺的監(jiān)測(cè)站，可在水流岸邊較近的固定建筑物或巖石上標(biāo)注水位刻度。

自動(dòng)監(jiān)測(cè)站包括監(jiān)測(cè)和預(yù)警兩部分。自動(dòng)監(jiān)測(cè)預(yù)警站由翻斗式雨量計(jì)、超聲波水位計(jì)(雨量站無(wú)此設(shè)備)、置數(shù)器、GPRS通信模塊、RTU、強(qiáng)固機(jī)箱、預(yù)警GPRS通信模塊、太陽(yáng)能電池板及充電控制器、蓄電池(100AH)、桿式一體設(shè)施或廣播桿(自動(dòng)監(jiān)測(cè)雨量站用廣播桿，自動(dòng)監(jiān)測(cè)水位站用桿式一體設(shè)施)、無(wú)線預(yù)警廣播(含高音喇叭)、電話自動(dòng)報(bào)警器、避雷接地系統(tǒng)組成。獨(dú)立預(yù)警站就是不需要進(jìn)行水雨情監(jiān)測(cè)，只需要通過(guò)上游自動(dòng)監(jiān)測(cè)站監(jiān)測(cè)情況來(lái)對(duì)本站進(jìn)行預(yù)警即可，這樣能夠避免不必要的浪費(fèi)，獨(dú)立預(yù)警站由預(yù)警GPRS模塊、40W太陽(yáng)能電池板(含支架、充電控制器)、蓄電池(100AH)、廣播桿、無(wú)線預(yù)警廣播、電話自動(dòng)報(bào)警器、高音喇叭、避雷接地系統(tǒng)組成。

4 監(jiān)測(cè)功能

簡(jiǎn)易雨量站的簡(jiǎn)易雨量計(jì)觀測(cè)方便，又能根據(jù)雨量聲光預(yù)警。下部?jī)?chǔ)水的部分為透明的裝置，在承水器皿外進(jìn)行刻度劃分，便于觀測(cè)員讀數(shù)，根據(jù)區(qū)域內(nèi)雨情的臨界值或降雨強(qiáng)度，設(shè)定預(yù)警標(biāo)志，具有按不同級(jí)別的預(yù)警雨量適時(shí)發(fā)布聲光自動(dòng)預(yù)警。簡(jiǎn)易水位站為便于監(jiān)測(cè)員直觀掌握各級(jí)臨界水位，在水尺上醒目標(biāo)記設(shè)防水位、準(zhǔn)備轉(zhuǎn)移水位、立即轉(zhuǎn)移水位的對(duì)應(yīng)位置，水尺底色設(shè)防水位到準(zhǔn)備轉(zhuǎn)移水位間顏色為藍(lán)色、準(zhǔn)備轉(zhuǎn)移水位到立即轉(zhuǎn)移水位間顏色為橙色，高于立即轉(zhuǎn)移水位部分顏色為紅色。

自動(dòng)雨量站主要負(fù)責(zé)將雨量傳感器采集到的數(shù)據(jù)，根據(jù)設(shè)定的工作體制通過(guò)(GPRS)信道自動(dòng)發(fā)送到預(yù)警中心平臺(tái)。具體功能為:雨量每增加0.5 mm遙測(cè)終端記錄下雨量產(chǎn)生的時(shí)間并存入固態(tài)存儲(chǔ);能按定時(shí)和1 mm增量自報(bào)方式通過(guò)所選用信道發(fā)送數(shù)據(jù);通過(guò)人工置數(shù)器可現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置參數(shù)，讀取數(shù)據(jù);響應(yīng)召測(cè)，接收來(lái)自預(yù)警中心平臺(tái)的召測(cè)指令，根據(jù)指令要求將當(dāng)前值或?qū)⑺写尜A的數(shù)據(jù)通過(guò)GPRS的信道發(fā)送;具有工況報(bào)告功能，可以實(shí)時(shí)地將設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)通過(guò)GPRS信道發(fā)送至中心站，用以判斷整個(gè)設(shè)備的運(yùn)行情況;具有人工置數(shù)功能，可將一些特殊數(shù)據(jù)通過(guò)人工置數(shù)器傳至中心站。自動(dòng)水位站主要負(fù)責(zé)將雨量傳感器和水位傳感器采集到的數(shù)據(jù)，根據(jù)設(shè)定的工作體制通過(guò)(GPRS)信道自動(dòng)發(fā)送到預(yù)警中心平臺(tái)。水位站除具有自動(dòng)監(jiān)測(cè)雨量站的功能還具有水位可定時(shí)或收到召測(cè)命令時(shí)實(shí)時(shí)自動(dòng)采集水位;每日8時(shí)發(fā)送水位，平安報(bào)從每日零時(shí)開始，每6 h發(fā)送一次。

5 預(yù)警功能

簡(jiǎn)易站主要采用手搖報(bào)警器、鑼和手機(jī)短信進(jìn)行預(yù)警;自動(dòng)站當(dāng)監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)達(dá)到預(yù)警值時(shí)，GPRS通信模塊將數(shù)據(jù)傳到預(yù)警中心，預(yù)警中心向GPRS預(yù)警模塊發(fā)出指令，啟動(dòng)電話報(bào)警系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)預(yù)警;上游的監(jiān)測(cè)預(yù)警站監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)達(dá)到下游的獨(dú)立預(yù)警站預(yù)警值時(shí)，預(yù)警中心向下游預(yù)警站GPRS預(yù)警模塊發(fā)出指令，啟動(dòng)電話報(bào)警系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)預(yù)警。

近年來(lái)，山洪災(zāi)害已成為我國(guó)防洪減災(zāi)工作中亟待解決的突出問(wèn)題，加快山洪災(zāi)害防治是關(guān)系經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展全局的一項(xiàng)緊迫任務(wù)。牡丹江市監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的建設(shè)，具備宏觀掌握境內(nèi)雨水情時(shí)空變化的趨勢(shì)，并按照前期分析設(shè)定的成災(zāi)雨量等級(jí)或成災(zāi)水位等級(jí)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)預(yù)警;重點(diǎn)防控流域，有效防御山洪災(zāi)害，改變山洪災(zāi)害日趨嚴(yán)重的局面，減少人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，達(dá)到轄區(qū)安全保障能力的目標(biāo)。

[1] 國(guó)家防汛抗旱辦公室.全國(guó)山洪災(zāi)害防治規(guī)劃編制技術(shù)大綱[R].北京:國(guó)家防汛抗旱辦公室，2003.

[2] 國(guó)家防汛抗旱辦公室.山洪災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案指導(dǎo)書[R].北京:國(guó)家防汛抗旱辦公室，2007.

[3] 南京水利科學(xué)研究院.SL21-2006降雨量觀測(cè)規(guī)范[S].北京:中國(guó)水利水電出版社，2006.

[4] 水利部長(zhǎng)江水利委員會(huì)水文局.GBJ138-90水位觀測(cè)標(biāo)準(zhǔn)[S].北京:中國(guó)計(jì)劃出版社，1991.

[5] 中華人民共和國(guó)水利部.SL61-2003水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2003.