山洪灾害多媒体监测预警系统技术方案(编辑修改稿)

山洪灾害多媒体监测预警系统技术方案(编辑修改稿)内容摘要：

程起伏大，产汇流快。 由于河南省境内河流众多，比降大，因此，汇流迅速，洪水涨势猛，极易产生山洪灾害。 从降雨到山洪形成一般只几个小时，甚至在一个小时以内，较难进行准确的预报和防治。 来势凶猛、 破坏性强 由于山区河流底坡陡，流程短，流速快，冲击力强，破坏性大，对工矿、交通及居民生命财产的危害都十分严重。 其破坏性强的突出表现是造成人员伤亡和基础设施损坏严重，恢复难度很大，有的甚至具有毁灭性。 20xx 年 7 月上旬淮河南部山区普降暴雨，商城县长竹圆乡北战村，在 7月 10 日突发泥石 流，流速 m/s，冲毁房屋一间，一家三口全部死亡。 季节性强、频率高 降水是诱发山洪、滑坡、泥石流的主要原因，在降雨较多的年份地质灾害发生的频次也明显偏高。 汛期 4～ 9 月，特别是主汛期 6～ 8 月，是山洪灾害多发期。 在同一流域，甚至同一年内有可能发生多次山洪灾害。 据湖南省统计，湖南全省汛期发生的山洪灾害约占全年山洪灾害的 95%，其中 6~8 月份发生的山洪灾害约占全年山洪灾害的 80%以上。 区域性明显，易发性强 山洪主要发生于山区、丘陵区及岗地，特别是位于暴雨中心的上述地区，暴雨时极易形成具有冲击力的 地表径流，导致山洪暴发，形成山洪灾害。 3 山洪灾害成因 山溪洪水灾害的发生主要与气象、地形地貌和人为因素等有关。 突发性的暴雨洪水是造成山洪灾害的主要因素，暴雨形成原因也就是洪水灾害形成的主要原因，再加之人为因素、地形地貌的影响，更促成了山洪灾害的形成。 降水是引发山洪灾害的最直接原因 降雨年内分配不均、年际变化大等特点，由于产生降雨的条件不同，汛期具有强度大、极易造成山洪灾害。 从山洪灾害的分类统计看，长历时高强度降雨及暴雨会使山洪暴涨、山坡土层含水量饱和，土体软化、强度减弱，加之雨水沿断裂或岩 石裂隙渗入地下，导致溜塌、蠕动、浅层滑坡及泥石流大量发生，强大的水动力条件和河谷中不良地质发育，成为山洪灾害产生的环境条件。 地形是导致山洪灾害的基础因素 陡峭的地形地貌为洪水、泥石流、滑坡提供了强大的势能，使降雨产生的径流顺坡而下，向沟谷汇集，快速形成强大的洪峰流量，进而诱发泥石流和滑坡的发生。 人类活动是加剧山洪灾害发生的重要因素 良好的地面植被可以起到固土保水的作用，对于山洪灾害的防治具有重要的意义。 植被能够防止流水对地面的冲蚀、能够减缓地表径流的汇流速度，减少山洪的发生与危害。 人类生产、生活 、工程建设等活动对环境的破坏，使自然植被损毁，加剧了水土流失和环境的持续恶化，为降暴雨转换成山洪灾害提供了有利条件，成为山洪灾害形成与发生不可忽视的重要因素 山洪灾害的防治对策 对山洪灾害的防治可采用工程措施和非工程措施进行防治。 工程措施包括：山洪沟、泥石流、滑坡治理；水利工程除险加固，山洪灾害威胁区水土保持治理等。 非工程措施包括：气象、水文监测系统，预警预报系统和决策支持系统建设等。 本项目主要研究山洪灾害的非工程防治措施。 建立气象、水文监测系统 根据山洪突发性、区域性的特点，在小流域上， 在泥石流和滑坡重点地区，增加降雨和水文观测站点，重点地区布设雨量自动监测预警站，实时监测降雨过 4 程，分散的居民区则可安装人工观测的简易雨量桶，收集降雨资料，分析降雨强度对山体滑坡、泥石流的影响程度。 建立图片、视频多媒体监测系统 因为图片和视频多媒体的直观可视性，给人身临其境的效果，在泥石流和滑坡重点地区，增加图片、视频多媒体监测项目，平时按一定的间隔时间传输静态图片，在发生灾情时启动摄像功能，实时动态传输现场灾情的发生变化过程，为防汛抢险和灾情评估收集第一手资料。 建立预警预报系统 建立准确的采集、 传输系统和预警预报系统，实时收集流域内的降水、水位和流量等信息，建立多模型的水文、地质预报系统。 其主要构成包括：数据分析、处理系统；水雨情查询、监控系统；山洪灾害强降雨预警系统；洪水预报及泥石流、滑坡灾害预警预报系统等。 建立山洪灾害决策支持系统 建立山洪及地质灾害数据库，编制山洪灾害的预防预案，组建山洪灾害的通讯系统，山洪灾害的防治指挥系统以及灾害评估系统等。 建立山洪灾害防治的法规政策体系 通过法律和政策的手段强制性进行山洪灾害风险区控制和管理，规范、约束人类各种无序活动造成灾害加剧的行为，从根 本上防止已遭破坏的生态环境继续恶化。 健全和完善有关法律法规，特别要使山洪灾害重点防治区内退耕还林和移民搬迁、生态环境保护等方面的政策、法律、法规得到严格执行。 提高公众的防御山洪灾害意识 在山洪易发区活动，人们思想上时刻绷紧防御山洪这根弦。 在平时应做好宣传训练，使群众了解熟悉报警信号和转移路线；一旦险情来临或山洪初发，监测责任人或第一个发现的村民，就要采取急骤鸣锣、放铳、打电话、拉警报器等预先设定的群众知道的信号，责无旁贷地迅速向下游村组、农户报警，同时向当地政府及防汛部门报告，以便政府和防汛部门立即向 下游更大范围施放警报、广播通知或通讯报警，组织抢险救援。 5 山洪灾害预警系统建设目标 按照 “ 安全、先进、高效、可靠 ” 的建设目标 ，水文监测及远程预警系统为 山洪灾害防御系统工程的核心，其建设的总体目标为：应用稳定可靠的信息采集设备和成熟先进的通信手段，收集防汛基础资料，将流域内的实时雨情和水情快速准确地发送到防汛指挥中心；在当前计算机软、硬件基础上，建设完善、合理的防汛信息综合数据库，实现水情信息的自动采集、实时传输和有序存储，使水情信息在局域网上共享；利用 WWW 技术，选用 B/S 模式，建立实用、可靠、高效 、先进的信息查询显示系统；研制流域洪水预报预警系统，对洪水大小和发生时间作出准确的预测，并通过专用网络、公用网络和广播电视媒体对灾区群众发布；建立快速实用的灾情评估系统和灾后建设管理系统。 山洪灾害预警系统设计依据 水文测报系统设计依据 1. 20xx年 《全国山洪灾害防治规划》 2. SL6120xx《水文自动测报系统规范》 3. SL3492《水文站网规划技术导则》 4. SL/T1021995《水文监测系统设备基本技术条件》 5. SL19997《水文监测系统通信电路设计规范 》 6. SL/T14995《水文数据固态收集系统通用技条》 7. SL/T18096《水文监测系统设备监测终端机》 8. SL22498《水库洪水调度考评规定》 9. SL10－ 89《水文仪器术语》的规定。 10. GBJ95－ 86《水文测验术语和符号标准》的规定。 11. GBJ95－ 86《水文情报预报规范》的规定。 计算机软件设计依据 1. GB/T 1526－ 1989 《信息处理、数据流处理、程序流程图、系统流程图、程序网络图和系统资源图的文件编制符号及约定》 2. GB/T 8566－ 1995 《信息技术、软件生存期过程》 3. GB/T 8567－ 1988 《计算机软件产品开发文件编制指南》 6 4. GB/T 9385－ 1988 《计算机软件需求编制指南》 5. GB/T 9386－ 1988 《计算机软件测试文件编制指南》 6. GB/T 11457－ 1995 《软件工程术语》 7. GB/T 12504－ 1990 《计算机软件质量保证计划规范》 8. GB/T 12505－ 1990 《计算机软件配置管理计划规范》 9. GB/T 13423－ 1992 《工业控制用软件评定准则》 10. GB/T 13502－ 1992 《信息处理、程序构造及其表示约定》 11. GB/T 13702－ 1992 《计算机软件分类与代码》 12. GB/T 14079－ 1993 《软件维护指南》 13. GB/T 14085－ 1993 《信息处理系统、计算机系统配置图符号及约定》 14. GB/T 14394－ 1993 《计算机软件可靠性和可维护性管理》 15. GB/T 15532－ 1995 《计算机软件单元测试》 16. GB/T 15538－ 1995 《软件工程标准分类法》 17. GB/T 15697－ 1995 《信息处理、按记录组处理顺序文卷的程序流程》 18. GB/T 15853－ 1995 《软件支撑环境》 19. GB/T 16260－ 1996 《信息技术、软件产品评价、质量特性及其使用指南》 20. GB/T 16680－ 1996 《软件文挡管理指南》 21. GB/T 17554－ 1998 《信息技术、软件包、质量要求和测试》 防汛综合数据库设计依据 1. NFCS－ DSS－ OD－ 12 《国家防汛指挥系统工程中央决策支持系统总体设计》 2. NFCS－ DSS－ OD－ 01 《 国家防汛指挥系统工程实时水雨情库表结构》 3. NFCS－ DSS－ OD－ 02 《国家防汛指挥系统工程工情信息数据库表结构设计》 4. NFCS－ DSS－ OD－ 03 《国家防汛指挥系统工程社会经济信息库逻辑设计》 5. NFCS－ DSS－ OD－ 04 《国家防汛指挥系统工程工程图形库逻辑设计》 6. NFCS－ DSS－ OD－ 06 《国家防汛指挥系统工程历史大洪水数据库逻辑 7 设计》 7. NFCS－ DSS－ OD－ 08 《国家防汛指挥系统工程超文本库总体设计》 8. NFCS－ CMS－ ST－ 02 《国家防汛指挥系统工 程总体设计实施纲要》 山洪灾害监测系统研究综述 大量研究表明，要想有效防治山洪灾害，首先要加强监测预报。 为此，研究集中在分析山洪灾害的成因及揭示灾害形成的机理上，并把山洪预报作为研究重点。 在预报模型构建上，由传统的统计回归、自回归模型，逐步向采用统计预测模型、神经网络预测、智能预测模型、数值模拟计算方向发展；由单纯预报临界降雨量或可能性预报，逐步变为能预报临界降雨、警戒避难雨量以及危害范围和危害程度等多功能模型；由过去只采用历史统计资料和实测资料，向采用高精度定点的气象预报数据相结合的方向发展。 在监 测预报上，由过去的人员观测和仪器监测相结合的方式，逐步发展为监测仪器和计算机相结合进行自动监测预报；监测仪器和传感器由过去通过别的仪器移用改进，逐渐向专用高精度方向发展。 在研究手段上，由传统的对典型沟道的实地勘察，对某一范围区预报，逐步变为采用“ 3S” 技术和计算机建档信息系统相结合的手段，对具体的每条沟道任何地方进行定点定时预测预报。 在预警系统上，结合各国国情和山区实际资源情况，采用先进的数据传递方式和手段，形成集气象预报、雷达技术、预测模型、仪器监测、网络和卫星数据传输等高新技术为一体，向建立高效定位的 预报预警系统方向发展（周金星等， 20xx）。 山洪灾害监测技术 监测 系统运用的先进技术有： （ 1）可靠的传感技术。 各种类型的传感技术，声学、光学、力学和化学的传感技术。 系统可自动监测的参数不断丰富。 （ 2）所有可利用的通信技术。 有线和无线通信技术，自建和公共通信网等。 系统的实时传输越来越快捷、准确。 （ 3）计算机及电子技术。 从单片机到个人电脑、服务器，从高可靠的 RTU到双机冗余，系统功能和可靠性不断提高。 8 （ 4）网络技术。 从局域网到广域网，从数据库到数据共享，为预报提供了更好的数据基础。 系统 地 为 地方乃至全国的防汛、水资源调度及时提供准确数据的能力越来越强。 测报 系统 组网 ：超短波、短波、微波、卫星、 GSM、 GPRS、 PSTN。 计算机 网络：光纤、网桥、公共通信。 监测系统组成 山洪灾害监测信息系统由采集层、控制层、传输层和处理层组成，见图。 雨量、水位、流量和视频等构成采集层，感知气象、水文信息的变化，并将其转化为开关量、脉冲量、数据量或模拟量等信号传送给二次仪表。 监测终端作为监测预警站的控制中心，控制传感器采样、采样结果处理、控制通信设备传输、智能判断通信成功与否、监控供电系统 并自检工作状态，控制终端的智能化程度反映监测系统的先进水平。 传输层担任监测预警站信息到中心站的通信任务，根据具体的环境和经费，可选择无线通信方式的超短波信道、 GSM 公网、卫星或有线通信方式的光缆、PSTN 程控电话等，一般情况选择超短波作为主信道，任选另外一种作为备份信道。 建议选择 GSM 公网比 PSTN 程控电话要好些，传输方式的选择对水情信息的实时性、系统的稳定性和通信误码率有影响。 处理层为水文信息的第一个目的地，可能继续通过计算机网络或其它方式向上级传输。 处理层负责接收水文信息，并进行解码、检错、判断、分 类、存储、显示、报警等操作，保证数据准确、实时接收，并以直观的图表方式表达出来。 通常，需要对水文信息进行再加工，预报水文要素未来可能出现的情况。 9 图 山洪灾害多媒体监测预警预报系统组成 山洪预警系统现状 利用现代化的通信和自动化设备，将江河流域内各雨量、水位站点的降雨和洪水信息，实时地采集和传输到洪水控制中心，经过数据处理和分析，及时掌握流域洪水动态，并利用数学模型，做出未来沿岸洪水预报，再通过现代化通信设备向社会发出洪水警报。 山洪灾害防治规划 目前我国防御山洪灾害的能力十 分薄弱，加之，由于人们缺乏对山洪灾害的防灾避灾意识，在河道边、山洪出口一带建住房、搞开发，不断侵占河道，乱弃、乱倒、乱建、乱挖，使河道不断淤塞，。