山洪灾害防治监测预警系统在牡丹江市山洪灾害防治中的应用

王 钊，刘 萍

(牡丹江水文局，黑龙江 牡丹江 157000)

牡丹江市位于黑龙江省的东南部，处于中温带大陆性季风气候区，处于西风环流控制下，季风显著，四季分明。夏季在副热带太平洋高压控制下，受东南季风影响，气温和降水量为全年最高。降水强度7—8月最大，此间多大雨、暴雨或雷阵雨。牡丹江市四周环山，中部低平，地势由东南和西北向中部倾斜，形成盆地。市内有大小河流52条，由于夏季暴雨频繁，地质地貌复杂，加上人类活动的影响，导致山洪灾害发生频繁，1999—2010年，共发生14次山洪灾害，几乎年年都在发生。

危险区是指受山洪灾害威胁的区域，一旦发生山洪、泥石流、滑坡，将直接造成区内人员伤亡以及房屋、设施的破坏。危险区一般处于河谷、沟口、河滩、陡坡下、低洼处和不稳定的山体下。通过普查，牡丹江市在被划为危险区的地区建设雨水情监测站网，架构集网络、数据库、地理信息技术于一体的山洪灾害防治监测预警系统，有效地减少了危险区内人员伤亡和财产损失。

1 基本概念

山洪灾害防治监测预警系统具备宏观掌握境内雨水情时空变化的趋势，有效防御山洪灾害，改变山洪灾害日趋严重的局面，减少人员伤亡和财产损失，达到辖区安全保障能力的目标。此系统由预警中心平台和监测预警站网两部分组成。预警中心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，为系统数据接收、处理、加工与信息查询、预报决策、预警与信息发布、信息交换等服务提供硬软件平台;监测预警站网包括雨量站、水位站和独立预警站。雨量站监测雨量信息，水位站监测雨量和水位信息。水雨情监测站包括简易站和自动站。简易站采用有雨定时监测，大到暴雨或水位上涨加密监测的工作形式，及时上报和通知下游相关村组。为扩大水雨情信息监测的覆盖面，充分发挥村组自防自救的作用，因地制宜地配置简易的雨量、水位监测设施，由镇、村、组采用直观、可行的监测方法进行水雨情信息的监测。利用本区域适用的预警方式进行信息发布，达到群测群防的目的。自动监测站采用增量随机自报、定时自报、事件加报、召测兼容和自动预警的工作体制;采用有人看管，无人值守的管理模式，配置相应的雨量、水位传感器，以及遥测终端、通信终端以及预警设备，使用公网组网，实现雨水情信息的自动采集、传输和预警。独立预警站就是不需要进行水雨情监测，只需要通过上游自动监测站监测情况来对本站进行预警即可，这样能够避免不必要的浪费。

2 布设原则

主要包括2部分:

2.1 雨量站布设原则

依据山洪灾害易发程度降雨分区，原则上按照20～100 km2/站的密度布设自动雨量监测站;在高易发降雨区、人口密度较大的山洪灾害频发区适当加密站点;布设自动雨量监测站点时优先考虑山区的中小流域，站点应尽量安装在流域中心、暴雨中心等有代表性的地段，要注意避开雷区;山区降雨受地形的抬升作用，布设自动雨量站时充分考虑地形因素的作用;站网布设时充分考虑通信、交通等日后运行维护管理条件，通信条件好的地方建设自动监测站，通信差的偏远自然村建设简易监测站;在山洪灾害防治区内的行政村、自然村、零散人员居住点布设简易雨量站，在自动雨量未覆盖的区域，按照村(组)布设简易雨量站。

2.2 水位站布设原则

山洪灾害严重的流域，且河流沿岸为各级政府所在地或人口密集区、重要工矿企业和基础设施的，面积超过100 km2的布设自动水位监测站，低于100 km2布设简易水位站;流域面积50～100 km2的山洪灾害严重的小流域，河流沿岸有人口较为集中的居民区或有较重要工矿企业、较重要的基础设施，在山洪易发溪河上游控制段布设简易水位监测站;大中小(1)水库根据需要布设自动水位站，水库下游河流两岸有居民集中居住的没有水位监测设施的水库布设水位监测设施。小(2)型水库设立简易监测水位站;水位站布设地点要考虑预警时效、影响区域、控制范围等因素综合确定，尽量在山洪沟河道出口、水库坝前和人口居住区、工矿企业、学校等防护目标上游布设。站网布设时应考虑通信、交通等日后运行管理维护条件。

3 系统设备组成

预警中心平台主要由计算机网络系统和数据库系统组成，计算机网络系统主要为系统数据接收、处理、加工与信息查询、预报决策、预警与信息发布、信息交换等服务提供硬软件平台，数据库系统主要为系统维护管理、信息查询与服务、预报决策与预警提供数据信息。

简易雨量站的监测设备为简易雨量计。简易水位站在溪河岸边、水库坝前设立便于监测的直立、斜坡式水尺;对于无条件设立水尺的监测站，可在水流岸边较近的固定建筑物或岩石上标注水位刻度。

自动监测站包括监测和预警两部分。自动监测预警站由翻斗式雨量计、超声波水位计(雨量站无此设备)、置数器、GPRS通信模块、RTU、强固机箱、预警GPRS通信模块、太阳能电池板及充电控制器、蓄电池(100AH)、杆式一体设施或广播杆(自动监测雨量站用广播杆，自动监测水位站用杆式一体设施)、无线预警广播(含高音喇叭)、电话自动报警器、避雷接地系统组成。独立预警站就是不需要进行水雨情监测，只需要通过上游自动监测站监测情况来对本站进行预警即可，这样能够避免不必要的浪费，独立预警站由预警GPRS模块、40W太阳能电池板(含支架、充电控制器)、蓄电池(100AH)、广播杆、无线预警广播、电话自动报警器、高音喇叭、避雷接地系统组成。

4 监测功能

简易雨量站的简易雨量计观测方便，又能根据雨量声光预警。下部储水的部分为透明的装置，在承水器皿外进行刻度划分，便于观测员读数，根据区域内雨情的临界值或降雨强度，设定预警标志，具有按不同级别的预警雨量适时发布声光自动预警。简易水位站为便于监测员直观掌握各级临界水位，在水尺上醒目标记设防水位、准备转移水位、立即转移水位的对应位置，水尺底色设防水位到准备转移水位间颜色为蓝色、准备转移水位到立即转移水位间颜色为橙色，高于立即转移水位部分颜色为红色。

自动雨量站主要负责将雨量传感器采集到的数据，根据设定的工作体制通过(GPRS)信道自动发送到预警中心平台。具体功能为:雨量每增加0.5 mm遥测终端记录下雨量产生的时间并存入固态存储;能按定时和1 mm增量自报方式通过所选用信道发送数据;通过人工置数器可现场设置参数，读取数据;响应召测，接收来自预警中心平台的召测指令，根据指令要求将当前值或将所有存贮的数据通过GPRS的信道发送;具有工况报告功能，可以实时地将设备的运行参数通过GPRS信道发送至中心站，用以判断整个设备的运行情况;具有人工置数功能，可将一些特殊数据通过人工置数器传至中心站。自动水位站主要负责将雨量传感器和水位传感器采集到的数据，根据设定的工作体制通过(GPRS)信道自动发送到预警中心平台。水位站除具有自动监测雨量站的功能还具有水位可定时或收到召测命令时实时自动采集水位;每日8时发送水位，平安报从每日零时开始，每6 h发送一次。

5 预警功能

简易站主要采用手摇报警器、锣和手机短信进行预警;自动站当监测到的数据达到预警值时，GPRS通信模块将数据传到预警中心，预警中心向GPRS预警模块发出指令，启动电话报警系统，实现预警;上游的监测预警站监测到的数据达到下游的独立预警站预警值时，预警中心向下游预警站GPRS预警模块发出指令，启动电话报警系统，实现预警。

近年来，山洪灾害已成为我国防洪减灾工作中亟待解决的突出问题，加快山洪灾害防治是关系经济社会发展全局的一项紧迫任务。牡丹江市监测预警系统的建设，具备宏观掌握境内雨水情时空变化的趋势，并按照前期分析设定的成灾雨量等级或成灾水位等级，实现实时预警;重点防控流域，有效防御山洪灾害，改变山洪灾害日趋严重的局面，减少人员伤亡和财产损失，达到辖区安全保障能力的目标。

[1] 国家防汛抗旱办公室.全国山洪灾害防治规划编制技术大纲[R].北京:国家防汛抗旱办公室，2003.

[2] 国家防汛抗旱办公室.山洪灾害监测预警系统设计方案指导书[R].北京:国家防汛抗旱办公室，2007.

[3] 南京水利科学研究院.SL21-2006降雨量观测规范[S].北京:中国水利水电出版社，2006.

[4] 水利部长江水利委员会水文局.GBJ138-90水位观测标准[S].北京:中国计划出版社，1991.

[5] 中华人民共和国水利部.SL61-2003水文自动测报系统技术规范[S].北京:中国标准出版社，2003.