論瀾滄江洪水預(yù)警系統(tǒng)的建立

龔振文

摘 要: 介紹了3S技術(shù)在防洪各工作環(huán)節(jié)中發(fā)揮的作用;3S技術(shù)是瀾滄江防洪數(shù)據(jù)采集的有效手段,基于3S的防洪決策會商,集洪水預(yù)測、汛情監(jiān)視、防汛會商、搶險救災(zāi)等于一體,能使防汛部門在較短時間內(nèi),全面了解和掌握瀾滄江防汛的實際問題,為防汛方案制定和防汛指揮提供了有力的決策依據(jù)。

關(guān)鍵詞: 3S;瀾滄江防洪;決策會商

中圖分類號: TP27

1 引言

瀾滄江洪水主要由暴雨形成,上游河段融雪也有一定影響,年最大洪水出現(xiàn)在6～10月,其中7～8月出現(xiàn)次數(shù)最多,洪水歷時較長,一般15～20天。瀾滄江流域的洪澇災(zāi)害,主要發(fā)生在中下游的云南地區(qū),根據(jù)50～80年代近30年的資料統(tǒng)計,洪澇災(zāi)害平均3～5年出現(xiàn)一次。全流域洪水以1905年、1924年及1966年洪水最大。1905年瀾滄江下游和鄰近的金沙江中下游和長江上游發(fā)生大水災(zāi),瀾滄江下游允景洪調(diào)查洪峰流量達17100m3/s,下游受災(zāi)嚴重。1924年瀾滄江、金沙江和雅礱江發(fā)生大洪水,瀾滄江下游允景洪站調(diào)查洪峰15000m3/s,云南36個州縣受災(zāi)嚴重,金沙江下游淹死人畜數(shù)千。

2 建立瀾滄江洪水預(yù)警系統(tǒng)

將信息技術(shù)和計算機技術(shù)應(yīng)用到流域管理和水資源管理,通俗地講,就是把瀾滄江裝進計算機,即數(shù)字水利。數(shù)字水利的重要組成部分為:(1)條件:先進的數(shù)據(jù)采集和傳輸系統(tǒng),關(guān)系型數(shù)據(jù)庫;(2)關(guān)鍵:掌握現(xiàn)代化數(shù)值技術(shù)的人(特別是具有水利、環(huán)境綜合知識背景的專門人材)是實現(xiàn)數(shù)字水利的根本保證;(3)核心:一系列的管理軟件和數(shù)值模擬,決策的程序包(數(shù)學(xué)模型)。由系統(tǒng)對流域洪水頻率的評估,了解防洪建筑物的現(xiàn)狀,進行一系列預(yù)案分析,洪水風(fēng)險和損失分析,制定合理的規(guī)劃與措施,建立包括洪水預(yù)報在內(nèi)的決策支持系統(tǒng)。

3 3S在防洪決策會商中的應(yīng)用

將3S技術(shù)應(yīng)用于防洪救災(zāi)的各階段,能夠?qū)崿F(xiàn)瀾滄江防洪的數(shù)字化,構(gòu)筑確保瀾滄江安瀾的現(xiàn)代化屏障,是“數(shù)字瀾滄江”建設(shè)的首要任務(wù)。從抗洪救災(zāi)的整個流程來看,3S在防洪決策會商中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在數(shù)據(jù)準備、汛前預(yù)測、汛期搶險和汛后評估四個環(huán)節(jié)。

其中,瀾滄江基礎(chǔ)地理信息服務(wù)提供“原型瀾滄江”的真實數(shù)據(jù),為“數(shù)字瀾滄江”建設(shè)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù);瀾滄江數(shù)字模擬將瀾滄江裝進計算機,形象、立體、直觀地展示瀾滄江流域地形地貌、工程體系,有利于提高防洪決策的科學(xué)化、快速化水平;汛前預(yù)測、汛情監(jiān)測幫助預(yù)測和監(jiān)測洪水;遠程防汛會商、搶險救災(zāi)方案制定實現(xiàn)異地專家的遠程討論協(xié)商,從而制定及時、有效的防災(zāi)措施;防洪搶險是根據(jù)救災(zāi)方案,迅速反應(yīng)應(yīng)對洪災(zāi);汛后評估是災(zāi)后工作,為救災(zāi)物資投放和災(zāi)區(qū)重建提供輔助決策。

3.1 瀾滄江基礎(chǔ)地理信息服務(wù)

瀾滄江基礎(chǔ)地理信息是觀察、了解、認識瀾滄江自然現(xiàn)象及規(guī)律的基礎(chǔ),是瀾滄江治理開發(fā)各項工作(包括防洪減災(zāi)、水量調(diào)度、水環(huán)境監(jiān)測、水資源開發(fā)利用、水土保持、水利工程規(guī)劃等)必不可少的數(shù)據(jù)支持。隨著“數(shù)字瀾滄江”工程及瀾滄江信息化的深入開展,相關(guān)業(yè)務(wù)部門及應(yīng)用系統(tǒng)對地理信息的依賴愈加明顯,對現(xiàn)勢性、動態(tài)性及空間精度也提出更高的要求。

3S技術(shù)是目前對瀾滄江基礎(chǔ)地理信息獲取、存儲管理、更新、分析和應(yīng)用的三大支撐技術(shù),為瀾滄江的防洪決策提供了基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)支持。其中,RS憑借其多分辨率、多時相、多傳感器的特性,為瀾滄江基礎(chǔ)地理信息的快速采集和更新提供了新方法、新手段;GPS以其高精度、快速、實時定位的特性,廣泛應(yīng)用于瀾滄江遙感影像的地面控制點測量;GIS為瀾滄江基礎(chǔ)地理信息的存儲、管理、分析、應(yīng)用提供了有效工具。

瀾滄江數(shù)字模擬指根據(jù)采集到的“原型瀾滄江”數(shù)據(jù),在計算機中建立現(xiàn)實瀾滄江的虛擬對照體,將瀾滄江的流域概貌、工程信息等以數(shù)字的形式展示給用戶。利用這條虛擬的河流,我們能夠更加方便的模擬、分析、研究瀾滄江的自然現(xiàn)象,探索其內(nèi)在規(guī)律,為瀾滄江的治理、開發(fā)和管理提供更方便、準確、快捷的決策支持,這是采集瀾滄江基礎(chǔ)地理信息的目的之一,也是“數(shù)字瀾滄江”工程這一高瞻遠矚的治河理念的具體體現(xiàn)。

綜合利用3S、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫等高新技術(shù),建立三維數(shù)字瀾滄江,以圖、文、表等多種方式動態(tài)形象地展示流域場景,實現(xiàn)在三維環(huán)境下的洪水災(zāi)情信息顯示、查詢,在瀾滄江的防汛指揮、工情險情會商中作用巨大。它不僅能實現(xiàn)防洪決策的科學(xué)化、快速化,將瀾滄江防洪推向更高、更新臺階;而且,還能服務(wù)于氣象水文、水土保持、水量調(diào)度、水資源保護等領(lǐng)域,為瀾滄江的治理規(guī)劃提供基礎(chǔ)的數(shù)字化平臺。

3.2 汛前預(yù)測

汛前預(yù)測包括根據(jù)歷史數(shù)據(jù)和實時水雨情的預(yù)測及基于真實地形的洪水演進模擬預(yù)測。

(1)根據(jù)歷史數(shù)據(jù)和實時水雨情的預(yù)測。

利用RS技術(shù),對易發(fā)生險情區(qū)域的實時水雨情進行監(jiān)測,獲得這些區(qū)域的動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)。利用GIS和數(shù)據(jù)庫管理技術(shù),將險情區(qū)域的歷史數(shù)據(jù)(包括洪峰流量、水利工程信息、蓄滯洪區(qū)、洪水淹沒信息、水雨情信息)和實時的水雨情等專題信息采集、入庫,進行有效的存儲管理,建立區(qū)域歷史及現(xiàn)狀專題信息數(shù)據(jù)庫。根據(jù)GIS的查詢統(tǒng)計功能,推算出瀾滄江各險情區(qū)域水雨情信息與發(fā)生洪災(zāi)可能的經(jīng)濟損失;可能的受災(zāi)人口(涉及社會因素);遷安能力(人數(shù)、道路、車輛調(diào)度);重點保護區(qū)(交通大動脈、重要工業(yè)基地、軍事要地); 搶險物資儲運,提前做好防汛救災(zāi)準備。

(2)基于真實地形的洪水演進模擬預(yù)測。

基于真實地形的洪水演進模擬即在三維環(huán)境下真實、形象地表現(xiàn)出水流演進過程和河道泥沙沖淤變化情況。利用GIS強大的模型計算和空間分析功能,將二維水沙數(shù)學(xué)模型計算結(jié)果與瀾滄江下游河道工程聯(lián)系在一起,可以為瀾滄江下游防汛提供有效的支持。每年汛前利用RS和GPS等先進的測繪技術(shù),對瀾滄江下游河道進行測量,根據(jù)測量結(jié)果修正數(shù)字虛擬平臺的數(shù)字高程模型,然后在該虛擬三維平臺上對不同級別、成因和工程條件下的洪水過程進行模擬演進。依據(jù)洪水演進結(jié)果,制訂不同級別洪水條件下下游灘區(qū)人員撤退方案或其它有效的避險措施;對可能出現(xiàn)險情的工程,確定需要在多長時間內(nèi)做好物料、人員、機械設(shè)備等搶險準備工作。

3.3 汛期搶險

(1) 汛情監(jiān)測。

洪水來臨,可能造成大量地塊被淹,形成交通堵塞、山體滑坡、泥石流等次生災(zāi)害;另外,由于洪水蔓延速度快、淹沒范圍廣,僅憑人力無法對洪水的淹沒范圍和行進情況有個宏觀、直接地了解,但是,RS為解決這個問題提供了極其有效的工具。經(jīng)處理過的遙感影像地形特征明顯、地物特征清晰,可為防汛指揮提供靜態(tài)的背景數(shù)據(jù)和瞬時的動態(tài)數(shù)據(jù)。

另外,GPS與GIS和移動通信技術(shù)集成,可生產(chǎn)出一種手持式防汛巡堤查險報警系統(tǒng),防汛巡查員能夠快速地將發(fā)生險情的地點和險情相關(guān)信息發(fā)送到指揮中心的監(jiān)控系統(tǒng),及時做出反應(yīng)。GPS技術(shù)同樣可用于野外數(shù)據(jù)(如墑情數(shù)據(jù)、水質(zhì)數(shù)據(jù)、大壩變形情況等)的采集;實現(xiàn)監(jiān)測過程自動化,無需專人監(jiān)守,降低了人力、物力、財力消耗,極大提高了生產(chǎn)效率;還可實現(xiàn)全天時、全天候觀測,為防汛指揮提供及時、全面的信息。

(2) 遠程防汛會商。

瀾滄江下游防汛指揮機構(gòu)由各級防汛指揮部構(gòu)成,沿江各縣、鄉(xiāng)成立相應(yīng)的防汛指揮部,負責(zé)所轄河段的防汛工作。隨著汛情的發(fā)展,可能需要在短時間內(nèi)進行會商。在有關(guān)人員難以及時到達會場的情況下,就需要進行異地會商。根據(jù)會商的級別和規(guī)模,會商決策成員可能來自不同的省、市甚至國家,在地域上具有分布性。

(3)搶險救災(zāi)方案的制定。

確定災(zāi)情及發(fā)展趨勢;救災(zāi)物數(shù)量與運輸路線;為后繼洪水調(diào)度方案決策提供依據(jù);遷安人員的安置;災(zāi)后重建的準備。

在三維平臺上,使用成熟的評估模型及己定的參數(shù),對每一個調(diào)度預(yù)案進行空間模擬、計算水流方向、淹沒范圍、各點水深、俺沒歷時等等;再結(jié)合社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)庫,估算保護范圍內(nèi)減少的洪澇災(zāi)害損失和淹沒區(qū)加大的洪澇災(zāi)害,用以評定各預(yù)案的優(yōu)劣,找出最佳預(yù)案,迅速反應(yīng),把災(zāi)害損失降到最小。

(4)防洪搶險。

在洪水威脅地區(qū)迅速組織群眾轉(zhuǎn)移撤退,是防汛決策者的重要職責(zé)。利用GIS的緩沖區(qū)分析功能,確定洪水可能淹沒的區(qū)域,使這些區(qū)域的人員、物資得到及時的轉(zhuǎn)移。利用GIS的網(wǎng)絡(luò)分析和疊加功能來計算道路長度,分析每一路段、橋梁的通行能力,確定最佳路徑,實現(xiàn)搶險隊伍的最佳調(diào)配和防汛物資的快速調(diào)撥。另外,在搶險過程中,工程險情的發(fā)展、搶險人員的分布、搶險物資的變動等情況也需要用GIS管理。

在防汛搶險期間,安裝GPS車輛監(jiān)控系統(tǒng)的運輸車輛或船只可以實時地處于防汛指揮調(diào)度人員的監(jiān)控之下,有利于搶險車輛的隨時調(diào)配。

3.4 汛后評估

災(zāi)后家園重建是災(zāi)后的重要工作,基于遙感影像地圖和大比例尺的地圖數(shù)據(jù),在地圖上選取待規(guī)劃區(qū)域,綜合考慮周圍地形、經(jīng)濟等因素,利用GIS的空間分析技術(shù),對各規(guī)劃區(qū)域進行詳細的評選,確定一個可靠、實用的重建地,及時恢復(fù)災(zāi)區(qū)的規(guī)劃生產(chǎn)。

4 結(jié)語

瀾滄江洪水蔓延區(qū)域廣泛,決策會商涉及人員眾多。如何在短時間內(nèi)把握洪水的瞬時變化及演變趨勢、聚集各級防汛部門快速做出防洪決策,是有效控制洪水的首要問題。3S技術(shù)以幫助獲取原型瀾滄江實時信息,構(gòu)建三維數(shù)字瀾滄江,模擬洪水演進和泥沙沖淤變化趨勢,延長了洪水預(yù)見期;幫助實現(xiàn)各級防洪部門的遠程決策會商,快速制定救災(zāi)方案,有效縮短了抗洪救災(zāi)時間,為防洪部門掌握全局、科學(xué)指揮提供了強有力的工具,為防洪部門掌握全局、科學(xué)指揮提供了強有力的工具,為防洪工作科學(xué)化、信息化、現(xiàn)代化邁出了新的一大步。

參考文獻

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