吉林市中小河流水文监测预警系统的设计与建设

刘富裕　包华国　张猛　戴术霞

摘 要：随着社会的发展进步，人类活动对自然环境的影响越来越大，自然灾害对社会经济生活的破坏力也越来越强。加强自然灾害特别是城市的洪涝灾害的预防与治理成为城市水资源管理的重要内容。本文以我国吉林市的中小河流水文监测预警系统的设计和建设为例，详细阐述了水文监测系统的原理、功能以及各相关子系统的设计、建设，为兄弟城市类似系统的设计与建设提供借鉴、参考。

关键词：城市灾害预防 水文监测预警系统 设计与建设

中图分类号：P336 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）10（c）-0009-01

1 吉林市中小河流水文监测预警工作的现状

吉林市原水文站网存在诸多不足：一是水文观测站点覆盖面不足，郊区部分小河流几乎没有观测站点；二是已有的水文监测站点密度较低，满足不了城市防洪对中小河流水文信息的采集要求；三是水文监测信息的处理、输送技术水平落后，适应不了城市水资源管理的要求。再加上近几年极端气候的增多，气象预报技术的制约，使得中小河流水文的监测工作成为城市预防洪水或山洪的一块短板，给城市的防灾、减灾工作造成不便。为扭转这一被动局面，吉林市有关部门加大投入，紧密配合，设计和建设了一套适合城市灾害防治的水文监测预警系统，该系统能有效完善吉林市中小河流的水文监测预警体系，提高中小河流水文信息的采集、传输、处理水平和洪水预警预报能力为原则，增建18处水文站，17处水位站，120处雨量站。本次建设工程均严格依照《水文基础设施建设及技术装备标准》（修编）进行设计。

2 中小河流水文监测预警系统的设计

2.1 设计原则

针对前面的几点不足，以完善现有水文监测预警体系，提升水文监测信息的处理技术，有效增强洪涝灾害的预报能力为总体设计原则。

2.2 设计标准

土建工程建设和技术装备的采购与配置以《水文基础设施及技术装备标准》（修编）为标准，综合资金、环境等条件，尽量提升站点的自动化、智能化水平。

3 中小河流水文监测预警系统的建设

在国家的“十二五”规划和水利部的“总体规划”中，对中小河流水文监测预警系统的建设都做了详细而又科学的部署。整个系统的建设不但包括水文站、雨量站、水位站的基础设施建设，还包括灾情预测、应急处理、洪水预报以及水情服务等技术的更新换代，实现水文信息采集的自动化、输送和存储的数字化、灾害预报智能化以及水情监测的可视化，需要综合应用多种技术手段，例如流域蒸散发估算技术、数字高程模型生成数字流域技术等，建立适合本城市的中小河流山洪预警预报原型系统，并规范其结构、功能、接口、数据库，实现更大范围的联网监测。北京“7·21”洪水灾害事件的发生，说明我国城市中小河流水文监测预警以及灾害预报、处理系统还存在严重不足，需要加大加快水文监测预警系统的建设，将洪水灾害造成的损失降至最低。下面以吉林市中小河流水文监测预警系统的分系统为例，阐述吉林市该系统的组成和基本运作原理。

4 中小河流水文监测预警系统的主要分系统

4.1 水文数据采集系统

其功能主要是实现流量、水位、雨量等数据的采集。在选购采集系统的硬件装备时要充分考虑劳动强度、检测时长、采集速度和站点的特性，该市中小河流水文监测预警系统综合评价这些要素，流量数据的采集采用的是走航式声学多普勒流速剖面仪，走航式声学多普勒流速剖面仪通过借助桥梁或缆道上绳子牵引，能直接显示河流断面的流量。水位数据采集选用雷达水位计，雷达水位计是通过发射电磁波对目标进行照射并接收其回波，由此获得水位水流至电磁波发射点的距离、距离变化、方位、高度等信息，它具有抗干扰、无人值守、成本低、寿命长等优点。在安装雷达水位计时要充分考虑安装所处地段的施工条件以及方便设备的检修、保养，做好防雷防盗防损坏措施。雨量数据采集建设方式根據当地实际情况采用一体化杆式雨量装置、雨量观测场等方式。观测场地面积设雨量观测仪器和普通蒸发观测仪器时为6 m×6 m。观测场地应平整，场地四周设置栅栏防护，场内铺设观测人行小路。栅栏高度一般为1.2～1.5 m，杆式雨量器（计），可在其半径为1.0 m的范围内设置栅栏防护。栅栏条的疏密以不阻滞空气流通又能削弱通过观测场的风力、不产生雪堆为准。

4.2 水雨情自动监测预报系统

该系统主要包括两部分，一是和联网的中心站，二是由雨量计、水位计等传感器和通信设备、工控设备等组成的遥测站。选用先进传感技术的传感器以及规划合理科学的通信方式，为中心站传送准确、及时以及科学的基础数据，中心站通过接受、处理、分析这些数据，采用智能化方式对整个城市的水雨情进行综合分析，为城市管理决策提供依据。采用先进的通信方式能保障遥测站数据的准确传送。该市采用GSM系统的点对点短消息平台组网，其特点是通过短消息中心（服务器）完成信息的存储和传送。同时附属配备了PSTN系统，利用电路交换来实现信号的传送。

4.3 供电、防雷等后勤支持、保障系统

中小河流水文监测预警系统不但要求监测预警设备的先进，还要求能长期、无故障运行，这就需要对系统的供电、防雷等辅助系统进行科学合理的规划和建设。系统中心站采用UPS电源，可以防止因突然断电造成处理数据的丢失；遥测站需要因地制宜，积极采用太阳能光电技术，保障遥测站的设备连续、环保运行需求。因为遥测站一般在室外，并且装有精密仪器仪表，在建设时必须充分考虑防雷要求。现代防雷技术已经相当成熟，防雷方式多种多样，可以根据遥测站的特点选用合适的防雷设备、方式。在进行河流监测预警系统时，除了供电、防雷设施外，还要对重点设备采取一定的保护措施，例如在雨量观测场（站）的建设时，在场地四周需要设置围栏，在内部合理规划人行观测小道，设置围栏时要注意栏与栏之间的空隙间隔，不能造成空气阻塞以避免大风力对围栏的破坏。

5 结语

水文监测预警是城市防御洪涝灾害的重要组成部分，但我国大部分城市水文站点偏少，设备陈旧，技术落后，不能满足城市防洪、水资源管理、水生态和环境保护等对水文信息的迫切需求，给城市管理决策带来挑战。吉林市通过梳理旧有的中小河流水文监测站点，充实监测网络体系，提升系统的技术水平，切实提升了中小河流水文信息的采集、传输、处理以及预警、预报能力，使得水雨情信息能及时、快速的传达到中心站，为城市管理者防御可能的洪涝灾害采取应急措施提供了科学决策依据。

参考文献

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[2] 叶秋红，李琳琳，方同秀.水文数据采集系统设计[J].水利科技与经济，2006.

[3] 董秀强，魏庆杰.水文数据采集和成果输出数字化的设计[J].水利水文自动化，2008.