鄞州区山洪灾害非工程措施监测预警平台研究

2014-12-31陈志平朱李坚方琛亮程海洋

浙江水利科技 2014年2期

李杰,陈志平,朱李坚,王新,方琛亮,程海洋

(1.宁波市鄞州区水文站,浙江宁波 315100；2.宁波市鄞州区水利局,浙江宁波 315100；3.浙江省水利河口研究院,浙江杭州 310020)

1 问题的提出

2010 年党中央、国务院决定用3a时间,实施《全国山洪灾害防治规划》非工程措施建设项目,初步建成覆盖全国1836个县级山洪灾害防治区的非工程措施体系[1],全面提高基层山洪灾害防御能力[2]。2010年9月,浙江省防汛抗旱指挥部根据国家防办《关于抓紧开展山洪灾害防治县级非工程措施实施方案编制工作的紧急通知》精神,结合近年来全省山洪灾害发生情况,提出分批次实施山洪灾害防治县级非工程措施建设方案,鄞州区被列为全省第二批山洪灾害防治县级非工程措施建设项目县(市、区)。

鄞州区地处海陆交相影响的季风气候区,全区国土面积1380km2,其中山区面积达704km2,占总面积的51%左右,境内分布着众多山溪性河流,形成区域相对独立的小流域[3]。据统计,鄞州区面积在20～200km2的小流域有16个。这些区域雨量丰沛,河流源短流急、水位易涨易落,经常形成暴雨洪水灾害,造成人员伤亡,房屋建筑、交通道路、水利工程、农田土地等的损毁。山洪灾害已成为鄞州区危害较大的自然灾害之一,因此,非常有必要进行小流域山洪灾害非工程措施建设。而山洪灾害防治监测预警系统则作为非工程措施的重要组成部分,在整个措施中将发挥巨大的作用。山洪灾害防治监测预警系统建设内容主要包括信息监测、监测预警平台、预警等子系统建设。系统在对水雨情信息进行实时监测的基础上,将信息进行汇集,并利用软件自动进行统计、分析。在达到预警条件时能够通过各种预警通知和警报设施,提前通知有关成员单位、防汛责任人,通知危险区居民,做好山洪抢险组织、转移撤离准备,最大限度减少人员伤亡和财产损失。

2 鄞州区山洪灾害非工程措施监测预警平台设计

2.1 建设目标和内容

根据《鄞州区山洪灾害防治县级非工程措施建设实施方案》建设实用的监测预警平台。在水雨情信息进行实时监测的基础上,将各类信息进行汇集,并利用软件自动进行统计、分析。在达到条件时能够通过诸如预警通知和警报设施等方式,及时通知有关成员单位、防汛责任人,继而通知危险区居民转移。在预警发生时能够实时跟踪区、乡镇各级部门的响应执行情况,为防汛工作提供信息支撑和决策支持。为了达到给防汛提供信息支撑和决策支撑的目标,该平台需完成网络及支撑设备的采购与安装,数据库设计及应用系统开发3部分工作。其中应用系统的功能包括信息汇集、信息服务与预警信息发布。

2.1.1 信息汇集

信息汇集主要包括水雨情、视频、气象国土、移动巡查等各类信息。其中,水雨情通过水雨情采集平台写入服务器数据库,再通过实时统计程序统计出小时、天的数值,并分别存入对应的数据库表中；视频采集采用实时接入现场摄像头的方式,人工保存的录像将存入对应的服务器中；气象与国土类信息目前从公网上实时获取；移动巡查采用无线便携单兵设备,利用无线3G网络将图像、声音等信息保存至对应服务器中。

2.1.2 信息服务

信息服务提供基础信息查询、实时水雨情监视、气象国土等相关部门信息查询显示等功能。

2.1.3 预警信息发布

预警信息发布程序以服务的形式运行在系统服务器端。程序根据预先设定的触发条件(雨量、水位等),并实时监视数据变化,一旦满足预警条件,即将实时信息按预先定义好的格式,通过短信系统接口向指定人员进行发送。

2.2 关键技术研究

2.2.1 基础信息关联

在系统中拥有大量的基础信息数据,包括区乡村、小流域、监测站基本情况,区、乡、村各级预案,历史灾害情况及工情信息等。各类基础信息分类不一,但又相互关联,当山洪预警发生时触发预警的监测站,监测站所属的乡村、所在的小流域,当前乡镇的预案,当前乡镇历史灾害情况,所在地区的水库、山塘、堤防等工情信息都对防汛有着重要的意义。现主要通过各类信息的惟一标识(如行政区划代码)来进行关联,以行政区划为例,可以关联到小流域、监测站、水库、山塘等。将各类信息进行有效关联,可以让使用人员快速了解到各类信息,为防汛工作提供更全面参考。

2.2.2 预警分类

系统将预警分为山洪预警与区级响应2类,此外还对未达到预警时增设“水雨情通知”。

(1)水雨情通知。设定的触发值小于监测站的警戒值与危险值,意在提前通知到各类防汛责任人,为山洪预警的到来做好防汛准备工作。

(2)山洪预警。触发的预警值就是监测站的警戒值与危险值,当到达预警值时就启动一个山洪预警,并将审核信息以短信的方式发送至审批人。

(3)区级响应。区级预案中实时水雨情的判断条件较难把握,且启动条件还包括实时水雨情之外的情况,如气象预报的台风、水库发生的险情。所以系统只能在监测实时水雨情的基础上给出启动建议,启动方式还是以人工启动。

2.2.3 网络传输

在确保运行速度和安全的前提下,通过硬件、软件防火墙等手段为系统提供网络安全支撑,实现与Internet的联接,用户可以在有网络的情况下随时访问系统。但系统部分内容不适合远程访问,如视频监视,三维地图场景,不仅仅是安全方面,更多是出于传输效率上的考虑。所以系统对户角色进行了控制,在用户登录到系统时就判断访问方式,自动分配不同显示页面,在方便用户使用的同时也减少了时间和空间上的使用限制。

2.3 系统结构设计

山洪灾害防治监测预警系统功能包括5个主要层次(见图1),自上而下依次为：应用层,即系统具体的功能应用；支撑层,即实现应用功能具体的软件支撑；数据层,即数据库内容；硬件与网络层,即系统运行的配套硬件和网络环境；采集层,即数据的采集系统。

图1 系统体系架构图

3 山洪灾害非工程措施实施情况及监测预警平台功能模块研究

3.1 系统功能模块

系统总体功能模块主要包括信息汇集、信息服务、预警信息发布模块等(见图2)。

图2 功能模块图

(1)信息汇集主要由数据接收处理单元(硬件设备)和实时数据接收处理软件构成。数据接收处理单元主要由数据接收通信设备、数据接收处理计算机、电源以及设备安装设施和避雷系统组成。信息主要由防汛巡查、水雨情及气象信息、国土信息等4类组成。

(2)信息服务系统针对水雨情、工情、灾情等信息提供分类检索和简单分析。主要包括基础信息查询、气象信息查询、实时水雨情监视、防洪预案信息查询、灾害分布与灾情统计查询、统计报表和输出打印等模块。查询、分析成果根据查询内容采用文字、表格、图形以及地图等形式表现。查询系统采用B/S结构模式开发,系统界面见图3。

图3 水雨情图

用户可以选择查看某一测站在一段时间范围的水位及降雨情况,页面以图表形式展示给用户,左侧为监测站列表,右侧为信息展示栏。

(3)预警发布服务的主要作用是在雨量或水位超过警戒值时对内部人员或社会公众进行预警。在预警发生时,系统必须跟踪区、乡镇的响应执行情况,直到响应结束。预警流程控制见图4。

图4 预警流程控制图

(4)地图服务是基于GIS平台联动的信息服务,为小流域预警平台提供地图服务,可以实现浏览、查询各种防汛工程的场景和信息,还可实现浏览查询、统计水雨情信息、叠加实时卫星云图、雷达图、展示防汛预案等功能,为防汛预警工作提供一个更加直观的地图服务平台。采用二维地图及三维地图结合的办法,即能通过二维地图清楚的展示用户关照的地理要素,又能通过三维地图详细展示小流域的地形地貌,给用户更直观的印象。同时对二三维地图可进行联动,让用户免去在二维、三维地图间切换的麻烦。信息服务GIS窗体见图5。