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

劉富裕　包華國　張猛　戴術(shù)霞

摘 要：隨著社會的發(fā)展進步，人類活動對自然環(huán)境的影響越來越大，自然災(zāi)害對社會經(jīng)濟生活的破壞力也越來越強。加強自然災(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)計和建設(shè)為例，詳細闡述了水文監(jiān)測系統(tǒng)的原理、功能以及各相關(guān)子系統(tǒng)的設(shè)計、建設(shè)，為兄弟城市類似系統(tǒng)的設(shè)計與建設(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)計與建設(shè)

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(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：一是水文觀測站點覆蓋面不足，郊區(qū)部分小河流幾乎沒有觀測站點；二是已有的水文監(jiān)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(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)這一被動局面，吉林市有關(guān)部門加大投入，緊密配合，設(shè)計和建設(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)工程均嚴格依照《水文基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)及技術(shù)裝備標準》（修編）進行設(shè)計。

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

2.1 設(shè)計原則

針對前面的幾點不足，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)，有效增強洪澇災(zāi)害的預(yù)報能力為總體設(shè)計原則。

2.2 設(shè)計標準

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)裝備標準》（修編）為標準，綜合資金、環(huán)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(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)都做了詳細而又科學(xué)的部署。整個系統(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)報以及水情服務(wù)等技術(shù)的更新?lián)Q代，實現(xiàn)水文信息采集的自動化、輸送和存儲的數(shù)字化、災(zāi)害預(yù)報智能化以及水情監(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)報原型系統(tǒng)，并規(guī)范其結(jié)構(gòu)、功能、接口、數(shù)據(jù)庫，實現(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、處理系統(tǒng)還存在嚴重不足，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(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)綜合評價這些要素，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)采集選用雷達水位計，雷達水位計是通過發(fā)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(fā)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(yōu)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(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)貙嶋H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)觀測儀器時為6 m×6 m。觀測場地應(yīng)平整，場地四周設(shè)置柵欄防護，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），可在其半徑為1.0 m的范圍內(nèi)設(shè)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(fēng)力、不產(chǎn)生雪堆為準。

4.2 水雨情自動監(jiān)測預(yù)報系統(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、水位計等傳感器和通信設(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，為中心站傳送準確、及時以及科學(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城市的水雨情進行綜合分析，為城市管理決策提供依據(jù)。采用先進的通信方式能保障遙測站數(shù)據(jù)的準確傳送。該市采用GSM系統(tǒng)的點對點短消息平臺組網(wǎng)，其特點是通過短消息中心（服務(wù)器）完成信息的存儲和傳送。同時附屬配備了PSTN系統(tǒng)，利用電路交換來實現(xiàn)信號的傳送。

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，還要求能長期、無故障運行，這就需要對系統(tǒng)的供電、防雷等輔助系統(tǒng)進行科學(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(shè)時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)遙測站的特點選用合適的防雷設(shè)備、方式。在進行河流監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)時，除了供電、防雷設(shè)施外，還要對重點設(shè)備采取一定的保護措施，例如在雨量觀測場（站）的建設(shè)時，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，充實監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)體系，提升系統(tǒng)的技術(shù)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(yù)警、預(yù)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(zāi)害采取應(yīng)急措施提供了科學(xué)決策依據(jù)。

參考文獻

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