吉林市中小河流水文監測預警系統的設計與建設

劉富裕　包華國　張猛　戴術霞

摘 要：隨著社會的發展進步，人類活動對自然環境的影響越來越大，自然災害對社會經濟生活的破壞力也越來越強。加強自然災害特別是城市的洪澇災害的預防與治理成為城市水資源管理的重要內容。本文以我國吉林市的中小河流水文監測預警系統的設計和建設為例，詳細闡述了水文監測系統的原理、功能以及各相關子系統的設計、建設，為兄弟城市類似系統的設計與建設提供借鑒、參考。

關鍵詞：城市災害預防 水文監測預警系統 設計與建設

中圖分類號：P336 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）10（c）-0009-01

1 吉林市中小河流水文監測預警工作的現狀

吉林市原水文站網存在諸多不足：一是水文觀測站點覆蓋面不足，郊區部分小河流幾乎沒有觀測站點；二是已有的水文監測站點密度較低，滿足不了城市防洪對中小河流水文信息的采集要求；三是水文監測信息的處理、輸送技術水平落后，適應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，氣象預報技術的制約，使得中小河流水文的監測工作成為城市預防洪水或山洪的一塊短板，給城市的防災、減災工作造成不便。為扭轉這一被動局面，吉林市有關部門加大投入，緊密配合，設計和建設了一套適合城市災害防治的水文監測預警系統，該系統能有效完善吉林市中小河流的水文監測預警體系，提高中小河流水文信息的采集、傳輸、處理水平和洪水預警預報能力為原則，增建18處水文站，17處水位站，120處雨量站。本次建設工程均嚴格依照《水文基礎設施建設及技術裝備標準》（修編）進行設計。

2 中小河流水文監測預警系統的設計

2.1 設計原則

針對前面的幾點不足，以完善現有水文監測預警體系，提升水文監測信息的處理技術，有效增強洪澇災害的預報能力為總體設計原則。

2.2 設計標準

土建工程建設和技術裝備的采購與配置以《水文基礎設施及技術裝備標準》（修編）為標準，綜合資金、環境等條件，盡量提升站點的自動化、智能化水平。

3 中小河流水文監測預警系統的建設

在國家的“十二五”規劃和水利部的“總體規劃”中，對中小河流水文監測預警系統的建設都做了詳細而又科學的部署。整個系統的建設不但包括水文站、雨量站、水位站的基礎設施建設，還包括災情預測、應急處理、洪水預報以及水情服務等技術的更新換代，實現水文信息采集的自動化、輸送和存儲的數字化、災害預報智能化以及水情監測的可視化，需要綜合應用多種技術手段，例如流域蒸散發估算技術、數字高程模型生成數字流域技術等，建立適合本城市的中小河流山洪預警預報原型系統，并規范其結構、功能、接口、數據庫，實現更大范圍的聯網監測。北京“7·21”洪水災害事件的發生，說明我國城市中小河流水文監測預警以及災害預報、處理系統還存在嚴重不足，需要加大加快水文監測預警系統的建設，將洪水災害造成的損失降至最低。下面以吉林市中小河流水文監測預警系統的分系統為例，闡述吉林市該系統的組成和基本運作原理。

4 中小河流水文監測預警系統的主要分系統

4.1 水文數據采集系統

其功能主要是實現流量、水位、雨量等數據的采集。在選購采集系統的硬件裝備時要充分考慮勞動強度、檢測時長、采集速度和站點的特性，該市中小河流水文監測預警系統綜合評價這些要素，流量數據的采集采用的是走航式聲學多普勒流速剖面儀，走航式聲學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。水位數據采集選用雷達水位計，雷達水位計是通過發射電磁波對目標進行照射并接收其回波，由此獲得水位水流至電磁波發射點的距離、距離變化、方位、高度等信息，它具有抗干擾、無人值守、成本低、壽命長等優點。在安裝雷達水位計時要充分考慮安裝所處地段的施工條件以及方便設備的檢修、保養，做好防雷防盜防損壞措施。雨量數據采集建設方式根據當地實際情況采用一體化桿式雨量裝置、雨量觀測場等方式。觀測場地面積設雨量觀測儀器和普通蒸發觀測儀器時為6 m×6 m。觀測場地應平整，場地四周設置柵欄防護，場內鋪設觀測人行小路。柵欄高度一般為1.2～1.5 m，桿式雨量器（計），可在其半徑為1.0 m的范圍內設置柵欄防護。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力、不產生雪堆為準。

4.2 水雨情自動監測預報系統

該系統主要包括兩部分，一是和聯網的中心站，二是由雨量計、水位計等傳感器和通信設備、工控設備等組成的遙測站。選用先進傳感技術的傳感器以及規劃合理科學的通信方式，為中心站傳送準確、及時以及科學的基礎數據，中心站通過接受、處理、分析這些數據，采用智能化方式對整個城市的水雨情進行綜合分析，為城市管理決策提供依據。采用先進的通信方式能保障遙測站數據的準確傳送。該市采用GSM系統的點對點短消息平臺組網，其特點是通過短消息中心（服務器）完成信息的存儲和傳送。同時附屬配備了PSTN系統，利用電路交換來實現信號的傳送。

4.3 供電、防雷等后勤支持、保障系統

中小河流水文監測預警系統不但要求監測預警設備的先進，還要求能長期、無故障運行，這就需要對系統的供電、防雷等輔助系統進行科學合理的規劃和建設。系統中心站采用UPS電源，可以防止因突然斷電造成處理數據的丟失；遙測站需要因地制宜，積極采用太陽能光電技術，保障遙測站的設備連續、環保運行需求。因為遙測站一般在室外，并且裝有精密儀器儀表，在建設時必須充分考慮防雷要求。現代防雷技術已經相當成熟，防雷方式多種多樣，可以根據遙測站的特點選用合適的防雷設備、方式。在進行河流監測預警系統時，除了供電、防雷設施外，還要對重點設備采取一定的保護措施，例如在雨量觀測場（站）的建設時，在場地四周需要設置圍欄，在內部合理規劃人行觀測小道，設置圍欄時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力對圍欄的破壞。

5 結語

水文監測預警是城市防御洪澇災害的重要組成部分，但我國大部分城市水文站點偏少，設備陳舊，技術落后，不能滿足城市防洪、水資源管理、水生態和環境保護等對水文信息的迫切需求，給城市管理決策帶來挑戰。吉林市通過梳理舊有的中小河流水文監測站點，充實監測網絡體系，提升系統的技術水平，切實提升了中小河流水文信息的采集、傳輸、處理以及預警、預報能力，使得水雨情信息能及時、快速的傳達到中心站，為城市管理者防御可能的洪澇災害采取應急措施提供了科學決策依據。

參考文獻

[1] 房國良，耿延博.遼寧省山洪災害水文監測預警系統建設規劃[J].中國水利，2009.

[2] 葉秋紅，李琳琳，方同秀.水文數據采集系統設計[J].水利科技與經濟，2006.

[3] 董秀強，魏慶杰.水文數據采集和成果輸出數字化的設計[J].水利水文自動化，2008.