山洪災害防治監測預警系統在牡丹江市山洪災害防治中的應用

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氣候區，處于西風環流控制下，季風顯著，四季分明。夏季在副熱帶太平洋高壓控制下，受東南季風影響，氣溫和降水量為全年最高。降水強度7—8月最大，此間多大雨、暴雨或雷陣雨。牡丹江市四周環山，中部低平，地勢由東南和西北向中部傾斜，形成盆地。市內有大小河流52條，由于夏季暴雨頻繁，地質地貌復雜，加上人類活動的影響，導致山洪災害發生頻繁，1999—2010年，共發生14次山洪災害，幾乎年年都在發生。

危險區是指受山洪災害威脅的區域，一旦發生山洪、泥石流、滑坡，將直接造成區內人員傷亡以及房屋、設施的破壞。危險區一般處于河谷、溝口、河灘、陡坡下、低洼處和不穩定的山體下。通過普查，牡丹江市在被劃為危險區的地區建設雨水情監測站網，架構集網絡、數據庫、地理信息技術于一體的山洪災害防治監測預警系統，有效地減少了危險區內人員傷亡和財產損失。

1 基本概念

山洪災害防治監測預警系統具備宏觀掌握境內雨水情時空變化的趨勢，有效防御山洪災害，改變山洪災害日趨嚴重的局面，減少人員傷亡和財產損失，達到轄區安全保障能力的目標。此系統由預警中心平臺和監測預警站網兩部分組成。預警中心平臺是山洪災害監測預警系統數據信息處理和服務的核心，為系統數據接收、處理、加工與信息查詢、預報決策、預警與信息發布、信息交換等服務提供硬軟件平臺;監測預警站網包括雨量站、水位站和獨立預警站。雨量站監測雨量信息，水位站監測雨量和水位信息。水雨情監測站包括簡易站和自動站。簡易站采用有雨定時監測，大到暴雨或水位上漲加密監測的工作形式，及時上報和通知下游相關村組。為擴大水雨情信息監測的覆蓋面，充分發揮村組自防自救的作用，因地制宜地配置簡易的雨量、水位監測設施，由鎮、村、組采用直觀、可行的監測方法進行水雨情信息的監測。利用本區域適用的預警方式進行信息發布，達到群測群防的目的。自動監測站采用增量隨機自報、定時自報、事件加報、召測兼容和自動預警的工作體制;采用有人看管，無人值守的管理模式，配置相應的雨量、水位傳感器，以及遙測終端、通信終端以及預警設備，使用公網組網，實現雨水情信息的自動采集、傳輸和預警。獨立預警站就是不需要進行水雨情監測，只需要通過上游自動監測站監測情況來對本站進行預警即可，這樣能夠避免不必要的浪費。

2 布設原則

主要包括2部分:

2.1 雨量站布設原則

依據山洪災害易發程度降雨分區，原則上按照20～100 km2/站的密度布設自動雨量監測站;在高易發降雨區、人口密度較大的山洪災害頻發區適當加密站點;布設自動雨量監測站點時優先考慮山區的中小流域，站點應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;山區降雨受地形的抬升作用，布設自動雨量站時充分考慮地形因素的作用;站網布設時充分考慮通信、交通等日后運行維護管理條件，通信條件好的地方建設自動監測站，通信差的偏遠自然村建設簡易監測站;在山洪災害防治區內的行政村、自然村、零散人員居住點布設簡易雨量站，在自動雨量未覆蓋的區域，按照村(組)布設簡易雨量站。

2.2 水位站布設原則

山洪災害嚴重的流域，且河流沿岸為各級政府所在地或人口密集區、重要工礦企業和基礎設施的，面積超過100 km2的布設自動水位監測站，低于100 km2布設簡易水位站;流域面積50～100 km2的山洪災害嚴重的小流域，河流沿岸有人口較為集中的居民區或有較重要工礦企業、較重要的基礎設施，在山洪易發溪河上游控制段布設簡易水位監測站;大中小(1)水庫根據需要布設自動水位站，水庫下游河流兩岸有居民集中居住的沒有水位監測設施的水庫布設水位監測設施。小(2)型水庫設立簡易監測水位站;水位站布設地點要考慮預警時效、影響區域、控制范圍等因素綜合確定，盡量在山洪溝河道出口、水庫壩前和人口居住區、工礦企業、學校等防護目標上游布設。站網布設時應考慮通信、交通等日后運行管理維護條件。

3 系統設備組成

預警中心平臺主要由計算機網絡系統和數據庫系統組成，計算機網絡系統主要為系統數據接收、處理、加工與信息查詢、預報決策、預警與信息發布、信息交換等服務提供硬軟件平臺，數據庫系統主要為系統維護管理、信息查詢與服務、預報決策與預警提供數據信息。

簡易雨量站的監測設備為簡易雨量計。簡易水位站在溪河岸邊、水庫壩前設立便于監測的直立、斜坡式水尺;對于無條件設立水尺的監測站，可在水流岸邊較近的固定建筑物或巖石上標注水位刻度。

自動監測站包括監測和預警兩部分。自動監測預警站由翻斗式雨量計、超聲波水位計(雨量站無此設備)、置數器、GPRS通信模塊、RTU、強固機箱、預警GPRS通信模塊、太陽能電池板及充電控制器、蓄電池(100AH)、桿式一體設施或廣播桿(自動監測雨量站用廣播桿，自動監測水位站用桿式一體設施)、無線預警廣播(含高音喇叭)、電話自動報警器、避雷接地系統組成。獨立預警站就是不需要進行水雨情監測，只需要通過上游自動監測站監測情況來對本站進行預警即可，這樣能夠避免不必要的浪費，獨立預警站由預警GPRS模塊、40W太陽能電池板(含支架、充電控制器)、蓄電池(100AH)、廣播桿、無線預警廣播、電話自動報警器、高音喇叭、避雷接地系統組成。

4 監測功能

簡易雨量站的簡易雨量計觀測方便，又能根據雨量聲光預警。下部儲水的部分為透明的裝置，在承水器皿外進行刻度劃分，便于觀測員讀數，根據區域內雨情的臨界值或降雨強度，設定預警標志，具有按不同級別的預警雨量適時發布聲光自動預警。簡易水位站為便于監測員直觀掌握各級臨界水位，在水尺上醒目標記設防水位、準備轉移水位、立即轉移水位的對應位置，水尺底色設防水位到準備轉移水位間顏色為藍色、準備轉移水位到立即轉移水位間顏色為橙色，高于立即轉移水位部分顏色為紅色。

自動雨量站主要負責將雨量傳感器采集到的數據，根據設定的工作體制通過(GPRS)信道自動發送到預警中心平臺。具體功能為:雨量每增加0.5 mm遙測終端記錄下雨量產生的時間并存入固態存儲;能按定時和1 mm增量自報方式通過所選用信道發送數據;通過人工置數器可現場設置參數，讀取數據;響應召測，接收來自預警中心平臺的召測指令，根據指令要求將當前值或將所有存貯的數據通過GPRS的信道發送;具有工況報告功能，可以實時地將設備的運行參數通過GPRS信道發送至中心站，用以判斷整個設備的運行情況;具有人工置數功能，可將一些特殊數據通過人工置數器傳至中心站。自動水位站主要負責將雨量傳感器和水位傳感器采集到的數據，根據設定的工作體制通過(GPRS)信道自動發送到預警中心平臺。水位站除具有自動監測雨量站的功能還具有水位可定時或收到召測命令時實時自動采集水位;每日8時發送水位，平安報從每日零時開始，每6 h發送一次。

5 預警功能

簡易站主要采用手搖報警器、鑼和手機短信進行預警;自動站當監測到的數據達到預警值時，GPRS通信模塊將數據傳到預警中心，預警中心向GPRS預警模塊發出指令，啟動電話報警系統，實現預警;上游的監測預警站監測到的數據達到下游的獨立預警站預警值時，預警中心向下游預警站GPRS預警模塊發出指令，啟動電話報警系統，實現預警。

近年來，山洪災害已成為我國防洪減災工作中亟待解決的突出問題，加快山洪災害防治是關系經濟社會發展全局的一項緊迫任務。牡丹江市監測預警系統的建設，具備宏觀掌握境內雨水情時空變化的趨勢，并按照前期分析設定的成災雨量等級或成災水位等級，實現實時預警;重點防控流域，有效防御山洪災害，改變山洪災害日趨嚴重的局面，減少人員傷亡和財產損失，達到轄區安全保障能力的目標。

[1] 國家防汛抗旱辦公室.全國山洪災害防治規劃編制技術大綱[R].北京:國家防汛抗旱辦公室，2003.

[2] 國家防汛抗旱辦公室.山洪災害監測預警系統設計方案指導書[R].北京:國家防汛抗旱辦公室，2007.

[3] 南京水利科學研究院.SL21-2006降雨量觀測規范[S].北京:中國水利水電出版社，2006.

[4] 水利部長江水利委員會水文局.GBJ138-90水位觀測標準[S].北京:中國計劃出版社，1991.

[5] 中華人民共和國水利部.SL61-2003水文自動測報系統技術規范[S].北京:中國標準出版社，2003.