穆棱市山洪災害監測預警系統設計

汪吉萍，安云凱

(1.黑龍江省防汛抗旱保障中心，哈爾濱150001;2.蘿北縣水務局，黑龍江蘿北154200)

穆棱市位于黑龍江省東南部，屬小興安嶺完達山余脈，地貌以中、低山和丘陵為主，是黑龍江省東部地帶老爺嶺和太平嶺山脈的分布區，平均海拔高度600 m。市域內河網密布，水資源豐富，共有大小河流1 323條。穆棱市多年平均降水量為530 mm，降水以7、8、9這3個月為主，占年降水量的75%。特殊的地理氣候特點使穆棱市洪水頻繁發生，特別是山洪災害多次發生。建國以來，穆棱市發生山洪災害100余次，累計造成直接經濟損失2億元。

為減少山洪災害造成的損失，在穆棱市易受山洪威脅范圍內開展以建設監測預警系統、完善防御預案、強化群測群防體系、宣傳防御知識、提高全民防災避災意識等非工程措施為主的山洪災害防治建設，有效防御山洪災害，改變穆棱市山洪災害日趨嚴重的局面，最大程度保護預警范圍內6個鄉鎮、42個村屯、16萬人民群眾生命安全和財產損失，同時為全國山洪災害防治規劃項目的全面實施積累經驗。

1 系統設計原則

1)以人為本，以保障人民群眾生命安全為首要目標。

2)因地制宜、突出重點。

3)經濟實用、穩定可靠、容易實施、便于操作和推廣。

4)遵循相關規程、規范。

5)充分利用現有氣象、水文及地質災害監測預警網，系統建設要與相關行業的規劃、建設相協調。

2 系統構成

穆棱市山洪災害監測預警系統主要包括水雨情監測系統和預警系統。

2.1 水雨情監測系統組成

水雨情監測系統主要包括水雨情監測站網布設、信息采集、信息傳輸通信組網、設備設施配置等。山洪災害預警系統建設采用基于平臺的山洪災害防御預警系統和山洪災害群測群防預警系統兩種模式相結合的方式。系統組成見圖1。

圖1 山洪災害監測預警信息系統結構圖

2.1.1 站網布設

穆棱市行政區劃面積6 673 km2，山洪災害防治區總面積1 356 km2，根據《全國山洪災害防治試點縣實施方案編制大綱》要求，山洪災害嚴重的區域按照20～100 km2/站的密度布設雨量站;特別嚴重的按20～30 km2/站的密度布設雨量站。在穆棱全市布設雨量、水位監測站點總計97個(包括原有10個氣象雨量站和12個水文雨量站)，其中自動遙測雨量站20個，自動遙測水位站3個，人工雨量站41個，人工水位站2個，簡易雨量站28個，簡易水位站3個，并建設指揮中心1座、中繼站2座。

2.1.2 通信組網設計

穆棱市監測預警通信根據本市現有的通信條件和運行情況，人工監測站采用語音報汛進行數據傳輸，實現報汛信息的自動接收、處理和入庫。自動監測站的數據傳輸通信，采用超短波為主信道，GPRS/GSM為備用信道的通信方式組網。

2.1.3 中繼站布設

在馬橋河大崗和代馬溝大崗設立2個中繼站，設備配置主要有遙測終端、通信終端、電源系統、避雷設備等。

2.1.4 其它自動測報系統信息的入網

穆棱市所轄區域內有牡丹江市水文自動測報系統、穆棱市氣象雨量自動測報系統。其中牡丹江市水文自動測報站12座、穆棱市氣象雨量自動測報站10座，它們的數據接收機作為局域網絡的一臺客戶終端，實時接收測站數據并寫入數據文件，編寫轉換程序定時將該數據文件的數據讀取并寫入穆棱市防汛指揮中心的自動測報數據庫中。

2.2 預警系統組成

根據穆棱市山洪災害防御工作的特點和山洪災害預警決策的需求，穆棱市預警系統由山洪災害防御信息匯集與預警平臺兩部分組成。縣級建設山洪防御指揮中心，搭建山洪災害防御信息匯集與預警平臺，為收集山洪災害防治區水雨情數據信息以及其它部門的相關信息、信息查詢、山洪預報決策、預警等服務。

信息匯集方式為自動遙測監測站以超短波為主信道、GPRS為備用信道，人工監測站采用PSTN進行通信組網。預警方式采用中心站自動發布短信預警、超短波預警和電話通知、電視臺發布通知、警報器報警、鑼鼓報警等方式，應急情況縣、鄉采用衛星電話通信和預警。建立穆棱市山洪災害防治指揮中心1個，中繼站2座，購置超短波通信10套，對講機50部，銅鑼100面，衛星電話11部，發電機1臺。

圖2 山洪預警系統流程圖

3 系統設備設施配置

3.1 監測設備設施配置

1)簡易雨量站安裝簡易雨量監測設施，簡易水位站設置簡易的水尺樁，落實監測負責人，對雨量、水位觀測方法和山洪避險措施進行培訓，當實測雨量或水位達到臨界值時，負責人負責通知附近的居民作好防洪準備或撤離險區。

2)人工監測雨量站配置雨量觀測設備和程控電話，在中心站配置語音卡，實現人工監測雨量站的數據自動傳輸的功能。

3)人工監測水位站配置水位觀測水尺，采用人工觀測水位，通過電話語音報汛系統將數據傳輸至數據接收處理平臺，也可通過移動電話以話傳的方式進行傳輸。

4)自動監測雨量站配置翻斗式雨量傳感器、通信終端、電源系統以及避雷系統，實現雨情信息的自動采集和自動傳輸。供電采用太陽能浮充蓄電池方式供電。

5)自動監測水位站配置翻斗式雨量傳感器、水位傳感器、通信終端、太陽能浮充蓄電池電源系統、避雷設備和人工置數器。

3.2 預警系統及設備配置

1)遙測站本地廣播。當遙測站的小時雨量超過設定的小時報警雨量，遙測站具有本地報警聲音，本地防汛值班人員可以使用語音廣播人工廣播報警通知。

2)監控中心自動發布短信。監控中心軟件設計了短信平臺，當信息采集軟件接收到各站的雨量時，自動計算小時雨量和日雨量，當小時雨量超過用戶設定的小時報警雨量時，計算機自動控制短信平臺發送短信報警信息給預先設定的手機用戶。

3)監控中心人工發布短信。監控中心軟件短信平臺設計了人工交互界面，系統管理人員可以在計算機上輸入需要發送的信息，以批量或個體的方式發送到集體人員、各級人員或每名人員。

4)電話通知。監控中心可利用電信部門的公用電話直接指揮、通知各級防汛責任人。

5)電視臺發布通知。遇到特殊雨水情時，可通過電視臺發布報警通知，市廣播電視局中斷其它所有電視節目，所有頻道不間斷地播放市防汛指揮部命令，及時向群眾發布預警通知。

6)超短波電臺和對講機通知。在市、鄉(鎮)配置超短波電臺，防汛重點村屯配置對講機。當市、鄉(鎮)之間可采用超短波電臺發布預警通知，鄉(鎮)和村屯之間可采用超短波電臺與對講機發布預警通知。

7)衛星電話通知。在市(縣)級與鄉鎮配置衛星電話，當其它通信方式均無法運行時，市(縣)級與鄉鎮可采用衛星電話發布預警通知。

8)手搖警報器通知。城區和鄉鎮進行人員轉移時可采用手搖警報器發布轉移通知。

9)銅鑼通知。銅鑼具有聲音傳遞遠、操做簡單、保管方便、價格便宜等特點和優點，易受山洪威脅的村屯采用銅鑼發布人員轉移通知。

4 系統功能

穆棱市山洪災害監測預警系統自動監控中心將自動接收雨水情信息和氣象信息，通過實時處理進入數據庫。系統根據事先設定的雨量值和水位值，自動發生本地聲光報警，提醒防汛值班人員密切監控。同時，系統將每小時進行一次自動定時預報，當預報的洪峰流量和水位超過臨界值時，系統自動發生本地聲光報警。也可以進行人工實時預報，加入未來可能的降雨量，使預報值更加精確。防汛人員根據雨水情及時會商，通過系統操作將會商指令通過GSM手機短信發送到穆棱市指揮部有關領導和可能發生山洪災害區域鄉、村指揮機構責任人進行報警通知;或通過電話進行報警通知;或通過廣播電臺和電視臺發布報警通知。預警程序市、鄉(鎮)、村、組、戶5級層層通知到各級防汛責任人和每戶每人，及時組織群眾脫險轉移，避免人員傷亡。

5 系統特點

1)準確性。雨水情信息通過自動和人工采集，通過利用超短波為主信道，GPRS或GSM為備用信道，輔以電話人工通信，準確、可靠、及時采集實時降雨工情信息。

2)及時性。系統能根據采集的實時雨水情信息進行分析，判別出是否需要發警報，需要發哪一級警報，警報要發送給哪些區域的哪些人，大大提高了報警發布的及時性、準確性和針對性，為群眾安全轉移爭取了時間。

3)可靠性。系統設備均采用市場上主流、成熟的專業設備，室外設備還具有防雨、防雷等功能，使系統能在惡劣的環境下運行穩定、可靠。

4)經濟性。系統總體方案簡單實用有效，與工程規模相適應，選用的設備具有較高的性能價格比，使整個系統的投資及運行成本較低，經濟性好。

5)兼容性。該系統的兼容性強、用途廣泛，增加部分軟硬件開發就能促進單位的實現辦公自動化、信息化建設和異地防汛視頻會商功能。

6 結語

山洪災害監測預警系統建設就是運用水文、氣象自動(人工)測報、預報和計算機網絡、計算機輔助決策、數據庫管理、遙測遙感、現代通信等成熟技術，建立一套基于地理信息系統的平臺，以縣級中小流域為預警單元，對山洪災害重點防御區實現提前有效的預報預警，最大程度減少和避免山洪地質災害導致的人員傷亡和財產損失。穆棱市山洪災害監測預警系統的設計實施，是對防御山洪災害做了積極有益地探索，為今后我省山洪災害防御工作提供了可以借鑒的寶貴經驗。

［1］穆棱市防汛抗旱指揮部辦公室.黑龍江省穆棱市山洪災害防御試點縣實施方案［R］.穆棱:穆棱市防汛抗旱指揮部辦公室，2009.

［2］胡維忠，葉秋萍，等.構建科學的山洪災害監測預警系統［J］.中國水利，2007(14):34－37.