一、前言
山洪是指由于暴雨、冰雪融化或拦洪设施溃决等原因,在山区(包括山地、丘陵、岗地)沿河流及溪沟形成的暴涨暴落的洪水及伴随发生的滑坡、崩塌、泥石流的总称。其中,暴雨引起的山洪在我国*为常见,具体表现为它的形成与发展主要受降雨量及降雨强度、地形地质的影响。
山洪灾害的主要特点:
(1)季节性强,频率高。山洪灾害主要集中在汛期,尤其主汛期更是山洪灾害的多发期。
(2)区域性明显,易发性强。山洪主要发生亏山区、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)来势迅猛,成灾快。集,降雨迅速转化为径流,小时即成灾受损,防不胜防。
(4)破坏性强,危害严重。山洪灾害发生时往往伴生滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害,并造成河流改道、公路中断、耕地冲淹、房屋倒塌、人畜伤亡等,因此危害性、破坏性很大。
建立山洪灾害预警系统,是防治山洪灾害的一项重要的非工程性措施。山洪地质灾害预警系统集自动采集、传输、查询和决策为一体,实现了水情测报、防洪调度的自动化和现代化,提高了防汛抗旱调度指挥手段的先进性,可有效增强地区抗御自然灾害的能力。
山洪灾害监测预警系统主要包括以下几个部分:
1) 灾害易发区雨量、水位自动采集系统
2) 数据传输系统及自然灾害防御应急通信网络
3) 基于GIS电子地图的山洪灾害预报预警与决策支持系统
4) 灾害预警发布平台与应急响应支持系统
山洪灾害预警系统,可以实时监测降雨量、河道水位、水库水位变化情况、水库实时库容等信息,为是否需要开闸、泄洪等决策提供*基础的数据, 从而为各级政府、防汛指挥机构和减灾组织提供及时准确的水情信息,为其早决策、早部署提供帮助,使防灾减灾决策更加及时、科学。
二、系统组成:
山洪灾害预警系统主要包括以下几个部分:现场数据采集子系统、远程通信子系统,决策分析子系统、预警发布子系统组成。
1)现场数据采集子系统介绍
自动雨量监测站:
(1)翻斗式雨量计 ①承雨口口径Φ200+0.6mm; ②分辨率0.5mm或0.2mm或1.0mm(根据年平均降雨量确定); ③雨强测量范围0~4mm/min(允许通过*大雨强8mm/min); ④测量精度:根据不同分辨率雨量传感器的自身排水量确定,总体不超过±4%; ⑤工作环境:温度-10℃~+50℃,湿度<95%(40℃); (2)压力水位计 ①测量范围:0-15m、0-20m、0-35m; ②供电电源:8-16VDC,使用电流:25mA/24hr avg; ③输出:SDI-12,RS232; ④压力范围:0-22 psi; ⑤精度:0.05% F·S,分辨率:0.0001 psi; ⑥压缩机类型:活塞和圆筒压缩机; ⑦工作环境:温度-40℃~+60℃,湿度 0-95%(无凝结)。 (3)遥测终端(RTU) 遥测终端的功能指标如下: ①可外接增量式 (翻斗式) 雨量传感器、可外接水位传感器;实现GPRS、CDMA、GSM、卫星通信等方式的发送和接收传输功能; ②具有定时自检发送、死机自动复位、站址设定、随时召测、掉电数据保护、实时时钟校准、数据人工置入、直观现场显示和设备测试等功能; ③支持休眠唤醒工作方式;能够通过软件设置(包括远程设置)数据传输体制、数据报送频次等;所有外部接口具有光电隔离能力; ④可存储十年以上原始水情数据,RTU固态存储器容量达到2GB;支持远程诊断、远程设置、远程维护等。 遥测终端的主要技术指标为: ①供电方式:蓄电池向设备供电,太阳能电池板浮充供电; ②值守功耗:小于等于2mA(电池电压12V时); ③设备平均无故障工作时间:MTBF>225,000小时; ④工作温度:-30℃~+60℃,湿度:0~90%。 (4)电源 自动监测站采用太阳能浮充蓄电池方式供电。主要技术指标如下:
①蓄电池采用铅酸免维护可充电蓄电池。对于高寒地区,应选用耐低温的蓄电池;
②太阳能板采用进口单晶硅太阳能电池组件,*大工作电压:
17V,开路电压:21V; ③充电控制器电压:
12/24V DC,*终充电电压:13.8V,气息电压:14.5V,工作环境温度:-25℃~50℃。 2)远程通信子系统介绍通信终端 自动监测站的数据传输通信,选用GPRS、GSM、超短波、北斗卫星等通信方式进行组网,其设备技术指标如下: 1)GPRS/GSM模块 ①工作频率:支持双频GSM/GPRS ,符合ETSI GSM Phase 2+标准; ②协议:支持TCP/IP全透明传输,支持增强型TCP-ZSD协议; ③发射功率:2W(900MHz)/1W(1800MHz); ④功耗(mA@12V ):≤150mA(工作),≤12mA(空闲); ⑥频率误差:≤0.1ppm; ⑧工作温度:-25℃~+60℃。 2)北斗卫星终端 ①天线波束宽度:俯仰方向25°~90°,水平0°~360°; ②频率:接收S波段,发射L波段; ③接收灵敏度:C≤-157.6dBW; ④接收信号误码率:≤1×10-7; ⑤发射EIRP值:≥13dBW; ⑥MTBF(平均故障间隔时间):25000小时; ⑦功耗:平均功耗≤6W,发射*大功耗≤120W; ⑧工作环境:温度-20℃~+55℃,湿度5%~98%(45℃);
3)超短波通信终端 ①工作频段:220~240MHz; ②数据速率:19200bps; ③运行模式:半双工; ④信道带宽:12.5/25KHz; 1) 预警与决策分析子系统介绍处理流程图:
系统对采集到的雨量及水位信息进行模型化分析,当某个监测点的雨量或水位超过预警临界点时,系统将会自动发出预警提示信息。 通过电子地图上,可以直观地看到每个监测点的预警状态。
1)预警发布子系统介绍自动语音通知设备置于地区灾害指挥总部,当即将发生水灾或者其他灾害时,该系统通过电话、短信、乡村广播喇叭和其他一切可以使用的通信工具发出警报信息。
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