海南省保亭县山洪灾害监测预警系统设计

邓长涛 丛沛桐 赵旭升 孙倩雯

（1.华南农业大学水利与土木工程学院，广州市510642；2.珠江水利委员会珠江水利科学研究院，广州市510611）

0 引言

海南省保亭县位于海南岛南部内陆，地质地貌复杂，受台风影响，暴雨频发，加之人类活动剧烈，导致山洪地质灾害发生频繁。山洪灾害是指因山洪滑坡、泥石流爆发而给人类社会所带来的危害，是山丘地区社会经济可持续发展的重要制约因素之一，已经成为当前防灾减灾中的突出问题。目前海南省大部分地区缺乏滑坡、泥石流监测设施，山洪灾害监测网点布设密度低，自动化程度不高，难以掌握突发性暴雨洪水的信息。绝大多数山丘区小流域没有洪水预警预报系统，建设山洪灾害监测预警系统是及时规避风险、避免或减少山洪灾害导致的人员伤亡和财产损失的有效非工程措施[1，2]，是实施指挥决策和抢险救灾的重要辅助手段。

本文以海南省保亭县山洪灾害监测预警系统为例，介绍山洪灾害监测预警系统的总体结构框架和系统主要功能的设计要点。

1 监测预警系统总体框架结构

根据山洪灾害监测预警的工作流程，该系统总体结构主要以监测预警平台（应用支撑平台）实现预警信息Internet发布服务[3，4]。整个系统以数据信息为中心，主要实现水雨情监测、内部预警、外部预警、预警会商、预警发布、应急响应、响应监控、响应管理等功能。其总体结构内容如图1所示。

监测预警系统主要是基于WEBGIS开发平台，其逻辑结构按照B/S架构可划分为5个层次：客户表现层、业务接口层、业务逻辑层、数据接口层和数据核心层[5]。

（1）客户表现层：构架一个人机交互平台，对系统的功能的调用都在此进行。如：内部预警、外部预警、预警会商、预警发布、应急响应、响应监控、响应管理等功能。

（2）业务接口层：客户表现层调用整个系统的接口，通过统一的用户机制从浏览器进行访问。

（3）业务逻辑层：具体实现并提供系统的各项功能，包括GIS操作功能、预报分析功能和信息发布功能。从技术角度上看，是应用支撑平台，支持所有技术功能的支撑。

（4）数据接口层：以统一、规范的接口形式为业务逻辑层提供数据功能服务，对数据核心层的数据直接进行操作和管理。

（5）数据核心层：由个数据库组成，按照数据的内容分为：空间数据库、水雨情数据库、预警和响应数据库、其它数据库。

2 监测预警平台

山洪灾害监测预警平台是山洪灾害监测预警系统数据信息处理和服务的核心，主要由计算机网络、数据库、应用系统组成，主要功能包括信息汇集、信息服务模块等[6，7]。信息汇集主要由数据接收硬件设备和实时数据接收处理软件构成。信息服务主要包括基础信息查询、实时水雨情监视、水雨情预报服务、气象国土等相关部门信息服务等功能。

2.1 基础信息查询

基础信息查询模块包括对各类基础信息的查询，主要有水雨情信息、工情信息（河流、大中型水库、小型水库、提防）、社会经济信息（小流域、监测点、经济社会状况等）、气象国土等各类基础信息的查询与检索。为了获得较好的系统运行效率，基础数据查询模块采用基于B/S结构方式组织系统体系，结合WEBGIS技术，在地图上直观给出查询结果。

图1 山洪灾害监测预警系统框架图

2.2 实时水雨情监视

实时水雨情监视，主要分为水雨情报警、雨情监测、河道水情监测、水库水情监测等。

（1）雨情信息，根据山洪防治区域划分显示各乡镇实时降雨量、监测站点分布、最大降雨量、雨量强度统计、过程降雨测站情况、每日1、3、6等时段各地区监测站点累计雨量、旬月雨量累计表、各乡镇所有站点年月降雨量统计、全县降雨等值线图和等值面图等。

（2）水情信息，以地图和表格形式实时显示各监测站当前和历史水位、流量、水位变化趋势、超警戒、历史最高水位及发生时间、最大流量及发生时间，以图形式显示水位、流量过程线（显示特征值：警戒水位、历史最高水位、警戒流量、历史最大流量等）。

2.3 灾害信息管理

山洪灾害监测预警系统中地质灾害信息，包括山洪灾害典型区、山洪灾害易发点（滑坡、泥石流、地裂缝、地面塌陷、地面沉降等）、地质灾害发生点、地质灾害易发区、地质灾害防治区等灾害信息以及后处理管理。

3 预警信息发布服务

根据各个监测站点收集到的监测数据，以及监测站预警分析模型分析结果，按照乡镇进行预警。对于人工站，则根据人工录入的观测数据计算预警。县预警等级是根据乡镇预警的数量的加权生成县预警，启动应急响应。响应启动如图2所示。

3.1 预警分析

预警分析是整个系统的核心内容。预警分析模型[8]的元数据为测站的实时遥测数据（雨量、水位数据），结合人工水雨情数据、气象信息数据、地质地貌数据、DEM数据、土壤类型数据、植被覆盖率数据，导入基于人工神经网络（ANN）预警分析预报模型进行判断，判断条件需要考虑当地的社会经济信息、临界雨量信息、临界水位信息、指挥机构信息等。根据预警分析的结果来确定是否预警、预警等级、产生预警数据，然后根据系统平台中操作用户设置的部门响应监控和管理，将预警信息发送到指定的相关负责人。预警分析模型流程大体如图3所示。

3.2 预警发布

预警发布是系统根据预警分析模型，分析处理之后，即会自动产生预警信息，预警信息由县指挥中心通过电话、传真、短信等内容向乡镇、村等机构发布。在软件系统中主要以短信发布为主，短信内容可以自定义发给相关负责人。通过适宜的预警程序和方式，将预警信息及时、准确地传送到山洪可能危及区域，使接收预警区域人员根据山洪灾害防御预案，及时采取预防措施，最大限度地减少人员伤亡。

4 结语

山洪灾害监测预警系统利用通讯网络、3S（GIS、RS、GPS）、电子信息等技术实现了监测、预报、预警、响应一体化。预警分析模型增强了预警效果，通过可视化WEBGIS预警监控技术为山洪灾害管理和防治部门提供防灾预警支持决策等作用。提高了抵御山洪地质灾害的能力，降低此类灾害对于人民生产生活造成的影响。在2010年10月份，海南省两次强降雨中，保亭县山洪灾害预警信息系统发挥作用较为显著，最大限度减少人员伤亡和财产损失。

图2 应急响应地图

图3 预警分析模型流程图

［1］赵士鹏.中国山洪灾害系统的整体特征及其危险度区划的初步研究［J］.自然灾害学报，1996，5（3）:93-99.

［2］胡维忠，叶秋萍，陈桂亚，等.构建科学的山洪灾害监测预警系统［J］.中国水利，2007（14）:34-37.

［3］廖声银，江鸿彬.初论突发地质灾害应急预案的管理［J］.中国地质灾害与防治学报，2009，20（4）:109-112.

［4］朱赋，胡勤，廖莉蓉，等.浅谈遂川县山洪灾害预警系统建设与成效［J］.江西水利科技，2008，34（2）:88-91.

［5］张李荪.基于WebGIS的山洪灾害预警信息系统设计［J］.人民长江，2009，40（17）:84-93.

［6］詹小国，祝国瑞，文余源.综合评价山洪灾害风险的GIS方法［J］.长江科学院院报，2003，20（6）:48-50.

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