山洪灾害监测预警系统设计方案Word文档下载推荐.docx

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（4）灵活的预警监测方式

采用水雨情系统自动预警及人工预警两种方式。

（5）完善的信息统计上报功能

依据国家防总要求定制的灾情报表，由各基层按照不同权限上报汇总，为县级领导决策提供强有力的支持和依据。

（6）丰富的结果呈现方式

系统结合地理信息系统提供了直观的图形化分析界面，使分析结果一目了然，数据结果展现方式多样化，数据列表、雨量柱状图、雨量等值面、线、点标注、水位流量过程曲线。

系统具有信息输出和表现功能，除具备基础信息、水雨情信息、工情、灾情统计分析信息的数据输出外，还具备表、文字、图形的输出和保存以及打印功能。

（7）响应快速及时、运行稳定可靠。

（8）各子系统，均可以独立安装实施，扩展灵活。

（9）围绕预警核心应用，全面提供整体解决方案。

（10）针对县级用户特点，应用简单，高度产品化。

4系统设计

4.1水雨情监测系统设计

通过建设实用、可靠的水雨情监测系统，扩大山洪灾害易发区水雨情收集的信息量，提高水雨情信息的收集时效，为山洪灾害的预报预警、做好防灾减灾工作提供准确的基本信息。

4.1.1监测方式及报汛工作体制

水雨情监测系统监测项目主要包括降雨量、水位。

站类主要包括雨量站、水位站。

根据山洪灾害预警的需要和各地的建站条件，考虑山洪灾害易发区地形复杂、降雨分布不均、群众居住分散、地方经济发展不均衡等实际情况，水雨情监测站可建成简易监测站、人工监测站和自动监测站。

其监测方式及报汛工作体制如下：

（1）简易监测站

简易的雨量、水位观测设施，采用直观、可行的观测方法进行水雨情信息的监测。

利用本地区适用的传播方式进行信息的传输，达到群测群防的目的。

简易雨量站采用有雨观测、下大雨加强观测的工作体制，有条件时及时上报；

简易水位站在有雨时或接到通知时观测，水位接近成灾水位时加强观测，有条件时及时上报。

（2）人工监测站

无条件建设自动监测站，但拥有公用通信资源（程控电话、移动通信网）的地区，按照人工观测站的技术要求建立相应的水雨情人工监测站。

采用人工观测和管理的模式，通过语音或通话报汛进行雨量、水位信息的采集和传输。

人工监测站采用定时观测，定时报汛的工作体制，在暴雨天气状态下加密观测、增加报汛段次。

（3）自动监测站

自动监测站采用有人看管，无人值守的管理模式，配置相应的雨量、水位传感器，遥测终端及通信终端设备，实现水雨情信息的自动采集、传输。

自动监测站采用定时自报、事件加报和召测兼容的工作体制；

对超短波组网的自动监测站，则采用增量随机自报与定时自报兼容的工作体制；

人工置数信息有反馈确认的功能。

4.1.2信息传输通信网设计

水雨情数据传输常用的通信方式有卫星、超短波（UHF/VHF）、GSM短信、GPRS，以及程控电话网（PSTN）等。

（1）卫星通信

卫星通信是利用人造地球卫星作为中继站、转发无线电波实现地球站之间相互通信的一种方式，具有覆盖面大、通信频带宽、组网灵活机动等优点。

目前，在国家防汛指挥系统建设中用于测站与中心站间数据传输的卫星信道主要选用海事卫星和北斗卫星。

卫星通信的适用条件：

所建监测站地处高山峡谷，且公网未覆盖和无条件建专用网的区域。

（2）超短波通信

超短波是指工作于VHF/UHF频段的信道，超短波通信的传播机理是对流层内的视距传播与绕射传播。

视距传播损耗小，受环境的影响也小，接收信号稳定。

但是，由于传播距离较短，一般需要建设中继站进行接力。

适用条件：

所建监测站地处公用通信网不能覆盖，或位于低山和丘陵地区，且所需建中继站级数不超过3级的地区。

（3）PSTN通信

程控电话（PSTN）是普及程度最高的信道资源，它具有设备简单、入网方式简单灵活、适用范围广、传输质量较高、通信费用低廉等优点，可进行话音和数据的传输。

被PSTN网覆盖且电话通讯质量较好的地区。

（4）短信通信

移动通信是我国近十多年来发展最快的一种通信系统，目前已覆盖我国很多城镇，正逐步向农村扩展延伸，移动通信系统正得到越来越广泛的应用，对于山洪灾害信息和警报的传输有着十分重要的实际应用价值。

目前可利用的短信通信有中国移动的GSM短信和中国电信的CDMA短信。

被中国移动通信网或中国电信通信网所覆盖的地区。

（5）GPRS通信

GPRS是GSM系统的无线分组交换技术，不仅提供点对点、而且提供广域的无限IP连接，是一项高速数据处理的技术，方法是以“分组”的形式将数据传送到用户手中。

GPRS是作为现行GSM网络向第3代移动通信演变的过渡技术，突出的特点是传输速率高和费用低。

GPRS上行速率较GSM为高，下行速率则可达100Kbps。

鉴于利用GPRS的运行速度快、运行成本低，建议尽可能地利用GPRS传输。

已开通GPRS业务的地区。

4.2预警系统设计

山洪灾害防御预警系统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，提供数据接收、处理、加工，信息查询、预报决策、预警与信息发布、信息交换等服务，主要由信息汇集子系统、信息查询子系统、预报决策子系统和预警子系统组成。

4.2.1信息汇集、查询子系统

信息汇集子系统与信息查询子系统主要包括监测站的实时数据接收处理、和其它相关部门的共享与交换信息的处理以及各类信息的查询服务。

主要功能有：

（1）实时接收自动监测站的水雨情数据和工况信息；

（2）对自动监测站进行远程控制；

（3）实时处理接收的数据信息，并分类存入数据库中；

（4）数据查询与维护；

（5）人工数据录入；

（6）基础信息查询

①雨量站基本信息

查询雨量站的基本信息，如：

雨量站类别（自动、人工、简易等）、水系、河名、站号，站名，站址位置、设立日期、所属部门等。

②水文（位）站基本信息

查询水文（位）站的基本信息，如：

测站类别（自动、人工、简易等）、站号，站名，站址，经度，纬度，高程、设立日期等。

③工情基本信息

查询堤防工程、水库、山塘等的基本信息，如：

建设地点、所在河流、集水面积、多年平均降雨量（径流量）、设计洪水位（流量）、库容、坝顶高程等。

④灾害点基本信息

查询灾害点的基本信息，如：

地理、地质、气候特点、人口密度、基础设施、灾害频繁程度等。

（7）水雨情信息查询

通过对系统数据库的访问，可以实现各小流域、中小型水库水位、流量实时监测信息、历史资料信息查询，为预报决策提供历史资料对比分析。

可以实现单站、多站实时或者历史水雨情图形化查询。

具体包括：

水文（水位）站雨量、水位（流量）实时和历史资料查询（包括日平均水位/流量、月水位/流量等），以及降雨量统计表、降雨量图等形式对雨量资料进行日、时段等综合查询。

（8）气象信息查询

将查询数据库得到的气象信息显示给用户，主要包括：

中央气象台、省气象台和临近省气象台、本地市（县）气象台发布的当日天气预报（文字、图、表），卫星云图信息（图片）、多普勒雷达测雨信息、台风警报信息等。

（9）工情信息查询

工情信息主要包括：

堤防、水库的各种特征值、工程图、工程指标、工程运行状况等数据；

水库运行状况的实时信息，如闸门开度、大坝安全状况，溢洪道、泄洪洞、输水洞流量，水库、山塘水位状况（流量）、水库调度方案等。

堤防主要信息有各断面水位、堤防安全状况、出险情况及类型。

可以实现单站、多站实时和历史工情信息和运行参数的查询。

（10）经济社会状况及灾情信息查询

山洪灾害监测区域经济社会指标：

村镇分布、人口分布、固定资产、重要设施、GDP等。

直接总经济损失：

受灾范围，受灾人口，受淹城市，倒塌房屋，死亡人口等。

工业、交通运输业直接经济损失：

停产工矿企业（个），铁路、公路中断（条次）、毁坏路基（面）（千米），毁坏输电线路，毁坏通讯线路（千米）等。

水利设施直接经济损失：

毁坏水库，水库跨坝，毁坏堤防、护岸、水闸，冲毁塘坝，毁坏灌溉设施，毁坏机电井、水电站、机电泵站，毁坏雨量站、水文测站。

农林牧渔业直接经济损失：

农作物受灾面积，农作物成灾面积，农作物绝收面积，减少粮食，死亡大牲畜，水产养殖损失等。

（11）数据的输出保存打印

查询系统具有信息输出和表现功能，除具备基础信息、水雨情信息、工情、灾情统计分析信息的数据输出外，还具备表、文字、图形的输出和保存以及打印功能。

4.2.2预报决策子系统

预报决策子系统为各省级、市级或县级山洪灾害防御指挥部门进行山洪灾害预警提供依据。

预报决策子系统包括水雨情分析预报、预警信息生成、维护及管理等3个模块。

预报决策子系统主要功能有：

（1）水雨情分析预报模块

结合实时水雨情、气象预报信息，根据水雨情分析预报模型，对小流域、中小水库水位、流量进行预测，并输出预测结果（文字、表格或图形）。

（2）预警信息生成模块

根据预报成果及预警指标实时编制预警信息，并及时将预警信息发送至预警平台。

（3）维护和管理模块

该模块可以对整个系统的内容进行添加和删除，具有控制系统权限的功能。

本模块为系统维护管理提供工具。

4.2.3预警子系统

预警子系统是在监测信息采集及预报分析决策的基础上，根据预警信息危急程度及山洪可能危害范围的不同，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。

在建立了基于平台的山洪灾害防御预警系统的地区，预警信息由该系统的预报决策子系统制作。

根据平台设立的防汛指挥部门的级别不同，分为平台设立在县级、市级防汛部门两种情况。

县级防汛指挥部门获取发布的预警信息，各乡（镇）政府接收县级防汛部门发布或下发的预警信息，传输给村、组、户。

紧急情况下县级防汛部门可直接对村、组发布的预警信息。

群测群防预警信息的获取来自县、乡（镇）、村或监测点。

由监测人员根据山洪灾害防御培训宣传掌握的经验、技术和监测设施观测信息，发布预警信息。

县级防汛指挥部门接收群测群防监测点、乡（镇）、村的预警信息，逐级发布。

各乡（镇）政府除接收县防汛部门发布或下发的预警信息，还接受群测群防监测点、村和水库、山塘监测点的预警信息。

村、组接受上级部门和群测群防监测点、水库、山塘监测点的预警信息。

4.3群策群防组织体系

由于山洪灾害突发性强，从降雨到发生灾害之间的时间短，且往往在灾害发生时断电、断路、断信号，因此群测群防尤为重要。

群测群防组织体系为建立县、乡（镇）、村、组、户五级山洪灾害防御责任制体系，群测群防组织指挥机构主要在县、乡（镇）、村一级建立。

5土建工程

遥测站自动实时采集、存储降雨量和水位等数据，并进行信道编码和信号调制，自动发送实时采集的雨、水情等信息，并可人工置数，具备增量自报、定时自报功能，重要的遥测站具备自报兼查询应答功能。

5.1雨量站

5.1.1简易雨量站

简易雨量站按照《降水量观测规范》SL21-2006规定，主要配置直径200毫米的漏斗、放置于200毫升玻璃筒上，并固定于预制砼基块上（简易雨量器见示意图）。

为直观和方便地观测雨量，承水器皿采用透明装置，并根据降雨的临界值或降雨强度，在承水器皿外进行划分或标注明显的预警标志线。

简易雨量观测器

5.1.2自动雨量站

自动雨量站是水雨情监测系统中数量最多、分布最广的遥测站。

单个遥测站的土建工作量不大，占地面积小，但分布广，各建站地点的环境条件差异大．土建的设计应结合具体情况、因地制宜地作出设计方案。

一、自动雨量站位置的选择

自动雨量站的位置在站网论证基础上经无线电通信电路测试后确定。

一般情况下，要选择交通方便有人居住的村屯、城镇，做到“无人值守，有人看管”，确保雨量站设施不遭受人为破坏．必须设立雨量站，而又无人居住的地点，也需要委托较近的居民看护。

在农村选择自动雨量站点时，应注意以下几点：

（1）满足建站目的及要求。

（2）满足通信要求。

（3）选择建站地点的人家有条件且愿意承担看护任务。

（4）选择建站的庭院应开阔，无高大房屋、树木。

（5）选择在居民区有一定社会地位、受人尊敬的人家，这样雨量站不宜被人破坏。

（6）选择的居民家近年没有较大的迁移规划。

二、自动雨量站的结构型式

自动雨量站多设在平坦、开阔的庭院中，周围远离树木、房屋，雨量计周围设有围栏，以防止家畜，家禽或人为的损坏。

有条件的也可在楼房或平房的平顶上直接设立，省去很多土建工作，还较安全，受周围的环境影响也较小。

自动雨量站一般应符合气象站安装要求。

由于属于专用站，一般不参加资料整编、刊印，在安装高度上常因地制宜．国内已建的雨量站，有的直接坐落在地面的平台上，有的坐落在乎顶房的屋顶，有的被支撑物垂直支撑在空中，有的旁侧悬臂支撑在空中。

近年的遥测雨量站大都为全密封铝合金筒式结构，甚至有的雨量筒大部采用全电磁屏蔽、全密封铝合金法拉第筒结构，全面实现环境（雷电，高低温、高湿、台风）防护，还可省去站房建设、铁塔和地网敷设费用。

将雨量传感器、天线安装房屋顶上时，遥测仪可挂在房屋中的墙上，这样既降低了土建造价，也解决了看护问题。

国内巳建的测报系统中，自动雨量站大都采用上述形式。

法拉第筒不需要做地线，也不需要做绝缘支撑，占地面积小，适应全天候工作条件。

所选用设备均适用于野外恶劣环境工作，按无人值守连续运行设计。

有的正常运行已超过10年。

如果以上条件不具备，须单独建造站房时，站房面积约4m2，净高大于3m，平顶，太阳能电池板、雨量计装在房顶。

天线高度按电路设计报告布设，地网接地电阻应小于10Ω。

站房应防潮（百叶窗），屋顶防嚣，周围排水通畅，设铁皮门、暗锁，防止老鼠出入。

雨量站站房除应预留太阳能电池板进线孔外，还应预留雨量计信号线的进线孔。

测站站房还可利用原有房屋改建，也可采用架空高架方式，应按具体情况和要求灵活处理。

三、雨量计的安装设计

雨量计坐落在地面或屋顶，可预先将雨量计安装底座用混凝土浇筑好．在站房顶上安装雨量计时，要求房顶能满足安装尺寸和承载能力，并在雨量计上方35°

的仰角范围内无遮挡物。

遥测雨量站采用立筒式，筒式站房为铝合金密封结构，直径0.3m，高度2.0m，将遥测终端设备放在筒的底部，筒内底部温度比较稳定，可延长设备使用寿命，适合野外长期工作。

筒式站房施工中，基础挖好后，浇筑混凝土，将筒埋深1m，回填后找平夯实即可。

雨量计应和太阳能电池板相隔一定的距离，防止雨水从太阳能电池板上溅人雨量计的盛雨口内。

雨量传感器和太阳能板

安装示意图

四、太阳能电池板的安装

太阳能电池板的受光应向南，周围应无高大建筑、树木、电杆等遮光物。

铝合金法拉第筒可直接将太阳能电池板固定在筒的外面或将其固定在铁塔或塔杆上。

五、避雷针的设计

（1）安装天线的铁塔应装置避雷针，避雷针、铁塔、地网之间应焊接可靠。

（2）避雷针上端应加工成针尖形，以利尖端放电，井作镀锌筒式自动雨量站施工示意图

处理。

（3）避雷针的最高点应比天线

顶端高出3—5m。

（4）避雷针的保护角为35°

，设备和天馈线应在避雷针的保护范围内。

六、自动雨量站天线铁塔土建施工

雨量站必须设立通信铁塔时，铁塔的高度由通信电路测试决定．但雨量站的通信铁塔相对较低，一般不超6m。

因而，其结构和形式宜筒化，铁塔与站房

间距不宜过远，应在防雷保护角之内。

6m通信塔的施工要求如下：

（1）塔杆用钢管焊制，设避雷地线。

（2）塔基础挖深一般大1.2m；

基础应先挖好基坑，找平夯实再打垫层，然后浇筑基础；

基础采用高标号混凝土浇筑。

（3）基础回填土应分层夯实，夯实后的土容重不得小于1．6t／m3．6m杆塔结构及摹础示意图如图所示。

6m通信塔示意图

5.2水位站

5.2.1简易水位站

简易监测水位站是在溪河岸边、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，以方便监测员直接读数。

水尺的刻度必须清晰,数字必须清楚且大小适宜,数字的下边缘应放在靠近相应的刻度处。

刻度面宽不应小于5cm。

刻度、数字、底板的色彩对比应鲜明，且不易褪色，不易剥落。

最小刻度为1cm，误差不大于0.5mm，当水尺长度在0.5m以下时，累积误差不得超过0.5mm，当水尺长度在0.5m以上时，累积误差不得超过该段长度的1%。

直立式水尺的水尺板应固定在垂直的靠桩上，靠桩宜做流线型，靠桩可用型钢、铁管或钢筋混凝土等材料做成，或可用直径10~20cm的木桩做成。

当采用木质靠桩时，表面应作防腐处理。

安装时，应将靠桩浇注在稳固的岩石或水泥护坡上，或直接将靠桩打入，或埋设至河底。

有条件的测站，可将水尺刻度直接刻绘或将水尺板安装在阻水作用小的坚固岩石上，或混凝土块石的河岸、桥梁、水工建筑物上。

5.2.2自动水位站

自动水位站主要的土建内容为；

站房、铁塔及基础。

一、浮子式水位计

采用浮于式水位计，水位站要建测井。

其设计标准，应视测站重要性而定．有堤防的自动水位站的设计标准一般应高于堤防的设计标准；

大扛大河干流水位站一般可按百年一遇水位设计，支流按50年一遇设计，在冲淤变化大的河道上应考虑一定水平年后河道的冲淤幅度。

测井的具体形式应根据拟建站地点和地形特点、防护要求，可建成岛式、岸式、岛岸结合式。

1测井

（1）水位井的设计符合GB/T50138-2010《水位观测标准》中的有关规定。

（2）测井不应干扰水流的流态，测井截面可建成圆形或椭圆形。

（3）井壁必须垂直，井底应低于设计最低水位0.5---1.0m，测井口应高于设计最高水位0.5---1.0m。

（4）测井井底及进水管应设防淤和清淤设施，卧式进水管可在入水口建筑沙池。

测井及进水管应定期清淤泥沙。

多沙河流测井应设在经常流水处，并在测井下部上下游两测开防淤对流孔。

（5）测井可用金属、钢筋混凝土、砖或其他适宜材料建成。

（6）测井截面应能容纳浮子随水位自由升降，浮子与井壁应有5---10cm间隙。

水位滞后不宜超过1cm，测井内外含沙量差异引起的水位差不宜超过1cm，并使测井具有一定的削弱波浪的性能。

（7）水位井用于安装水位传感器。

（浮子式水位传感器的外形见示意图）

根据浮子式传感器的使用要求，井房面

积应不小于2m2，并具有通风孔和进线孔，测井内直径不得小于0.3m，安装时浮子和重锤的外壁要离井壁最少0.1m，钢丝绳要平滑垂直放置，以防互相缠绕。

这样，方能保证传感器测试的准确性。

具体可参考示意图。

（8）井房底板可选用能拆装木板，其厚度为3--6cm左右（或其它设施）。

井房的设计应便于水位计的安装与维护。

（9）井房距遥测站房的距离不应大于200m，信号线应做架空或埋地处理。

（10）如水位站同时兼做雨量站（即同时安装雨量传感器），则应将水位井房顶做成平顶房，并且应留有雨量传感器安装固定件。

根据国内已建测报系统的运行实践，遥测站和中继站的站房仅需满足安置通信、电源、传感器等室内设备的要求，使用面积不宜大于5m2。

水位测井的设计，结冰河流要考虑冬季的冻胀、流冰期冰块的撞击，同时也要考虑大洪水的冲刷、淘空和漂浮物的撞击，主体要坚固，基础必须在冲刷层和冻土层以下，有条件时基础应与基岩连接，水位井平台在设计过程中应尽可能与堤防护坡等水利工程相结合。

井身可建成圆形或矩形，但有效截面积一般不小于600mmX600mm，水位井筒内壁要垂直、光滑．最好用钢筋混凝土建成，为节省投资，也可根据浮于大小选用相应的工业管材，如钢管、PVC塑料管、混握土预制管等。

进水口尺寸大小应能起到一定的水流控制作用，既保持井内水位在各种水流情况下与河水水位相同，防止井内水位的滞后作用，又能减小波浪引起的测井内水位的波动．一般进水口的截面积不应小于测井截面积的1％。

对于水流条件复杂，而又要求测量精度高的测井，进水管长度、截面积以及进水管的形状与水流方向的夹角等可通过水工模型实验确定。

测井结构要牢固，防淤、防浪、抗冻．在含抄量较大的河流上建设自记水位测井，测井与进水口之间应设沉沙池，每次洪水过后最好检查一次，定期清除泥沙。

目前，国内已建的遥测站大多采用棍凝土、砖砌或石砌，有的采用预制混凝土管，有的采用钢管，可谓不拘一格，多种多样。

2站房

站房与水位井的相对位置关系一般有：

地面井口直接建房、在测井上建仪器室站房、测井各自独立设置等三种。

如果水位井建于站房内，站房面积一般约为6mz。

只要条件许可，应将水位井和站房合二为一，这样可避免长距离铺设水位信号线，减少信号的干扰，降低土建费用，也便于以后的管理和维修。

测站站房还可利用原有的房屋改建，也可采用架空高架方式，应按具体情况和要求灵活处理。

站房建在水位测井上的站房面积、形式，取决于水位测井的形式及材料。

如果水位测井采用钢管，为节省投资，站房可仅用于放置仪器，此时仪器室（站房）面积较小，能满足仪器设备放置的足够空间即可，人不必进入，仪器设备的安装调试，运行维护人员站在井体外面的梯子上进行。

仪器室可建成圆形、方形或其他形式。

如果水位井采用砖砌或预制混凝土管，其结构和上部空间具备建设站房条件，应建设一仪器室站房，既为后期的运行带来了方便，也很美观。

8m高水位测井示意图

3铁塔（或杆塔）

如天线挂高要求较低，站房顶上有足够位置并能承受塔的重量，可直接在房顶上架设一塔杆，除此之外，均应在地面建铁塔。

天线塔应建在站房的背面，两者适当靠近，既做到缩短馈线，减少馈线损耗，又不至于因距离太近，使人可以顺着天线塔爬到站房顶上，造成遥测设备破坏。

天线堵与站房间距离超过5m时，应在两者之间架设钢丝，用于悬挂