CN111583587A - 一种小流域预测预报系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种小流域预测预报系统，包括感知探测层、信息传输层、防汛责任层、应用对象层和系统平台层；所述感知探测层用于实时采集现场监测数据；所述应用对象层包括入户报警器，用于接收预警信息，确保居民能够实时接收到报警信息，及时作出决策，避免人员财产损失；所述防汛责任层用于接收监测站点预警信息、系统平台预警信息、各类终端用户报警信息，并将诸多预警信息传达至预警广播站、入户报警器，及时将监测预警信息传达至户、人，保证预警信息的有效流通。本发明对沿河重点城镇进行洪水动态预警分析，实时监测汛情，动态判别沿河村落、流域出口是否达到预警指标，面向各部门及公众及时提供洪水预报预警预报，建立了群测群防的体系。

Description

一种小流域预测预报系统

技术领域

本发明属于山洪预测预报的技术领域，具体涉及一种小流域预测预报系统。

背景技术

近几年，国内部分地区受山洪影响损失较大，难以形成有效的防汛抗洪，主要原因是由于地区尚未建设区级山洪预警平台，无法及时掌握雨量监测预警情况，已有的监测预警系统和群测群防体系平行运作，独立发挥作用，不利于防汛指挥，且数据单向流动，过程中任一环节出现问题，易致预警信息最终不能及时传递到受威胁群众。

多年来，国家对生态环境监测网络的建设和发展缺乏统筹的布局和规划，并未要求地方政府对生态环境监测工作进行规划，生态环境监测站点重复建设，自动环境监测仪器数据质量不稳定，监测数据质量缺乏有效保障，监测质量控制管理体系不健全，不能有效满足环境管理工作需求。

本发明按照“全面覆盖、突出重点、合理配置”的原则，在成都高新区实施山洪灾害防汛预报预警体系建设，完善符合基层实际的雨水情监测系统、预报预警系统，建立群测群防体系，使成都高新区东区防汛预报预警体系基本覆盖。建立群测群防体系(包括责任制体系完善，县、乡镇、村各级洪涝灾害防御预案，基层防汛责任人业务培训、宣传和演练)，结合本地实际，配置县乡应急救援工具和设备，提升防汛应对能力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种小流域预测预报系统，旨在完善符合基层实际的雨水情监测系统、预报预警系统，建立群测群防体系。

本发明对沿河重点城镇进行洪水动态预警分析，实时监测汛情，动态判别沿河村落、流域出口是否达到预警指标，面向各部门及公众及时提供洪水预报预警预报。

本发明主要通过以下技术方案实现：一种小流域预测预报系统，包括感知探测层、信息传输层、防汛责任层、应用对象层和系统平台层；所述感知探测层用于实时采集现场监测数据并通过信息传输层发送到系统平台层、应用对象层；所述应用对象层包括用户安装的入户报警器，用于接收预警信息，提升监测预警联动机制，确保当地居民能够实时接收到报警信息，及时作出决策，避免人员财产损失；所述防汛责任层用于接收监测站点预警信息、系统平台预警信息、各类终端用户报警信息，并将诸多预警信息传达至预警广播站、入户报警器，及时将监测预警信息传达至户、人，保证预警信息的有效流通。

为了更好地实现本发明，进一步的，所述感知探测层通过在前端现地部署的雨量监测站、水位监测站的自动化监测站点，实时采集现场监测数据，为整个系统提供第一手资料，也为系统分析决策提供基础监测信息。

为了更好地实现本发明，进一步的，针对降雨频发、人口密度较大洪涝灾害易发区，在人口密集的居民点、小流域上游、暴雨中心的重点防治区且自动监测站网稀疏的地区，补充新建自动雨量监测站；针对洪涝易发区，在溪沟出口、水库、山塘坝前、人口居住区、工矿企业、学校的防护目标上游控制段补充新建自动水位站。

为了更好地实现本发明，进一步的，所述信息传输层通过公共网络运营商提供的公网网络将监测传感器采集到实时监测数据传输回监测系统运行中心以保障系统基础数据的稳定传输，通过无线中继信号放大器直接将监测传感器获取到的预警信息传达至用户的入户报警器，或者通过报警终端传达至用户，两套报警传输路线，提供可靠的保障。

为了更好地实现本发明，进一步的，所述平台系统层是整个山洪监测预警系统的控制大脑中枢，是整个系统运行的指挥决策终端；所述平台系统层通过接受现地监测传感器信息、气象信息的资料，通过山洪模型对山洪灾害发生时提前预警，通过模型演算出本次山洪暴发的降雨量对山区小流域范围内河流涨水情况，并采用现地实际观测的方式进行校核，对模型演算的准确性进行不断验证，最终形成决策指挥信息，传达预警终端、用户、APP、微博用户手中，实现整个山洪预警监测的联动运行，全面提升当地政府、居民共同应对山洪灾害的能力。

山洪模型理论基础：

山洪数学模型是建立城市、山区防汛信息系统、模拟出预报和监测的暴雨洪水过程的重要手段。该模型涉及气象学、水文学、水力学、河流动力学以及给排水工程等多学科的知识，是一套具有系统工程特征的数学模型。模型反映降雨量分布、产汇流原理、地面流、河道明渠流、跌水等过程，以及地面向河流内输汇水过程，是一个复杂的宏观流域模型。模型采用不规则网格离散方法，考虑山区地形条件、汇流情况等多种因素，提供了多种工程情况的模化处理方法。模型参数的调试采用了实际测验和历史数据相结合验证的动态校正技术，可应用于验证和预报计算。

山洪模型架构：

山洪模型以山区降雨量加密监测网络为基础，以GPRS通信技术为保障，充分利用GIS地理信息系统、山区基础地理信息、水文信息、植被覆盖情况、山区土壤类型等多种要素，综合自动雨量监测数据、数值天气预报、雷达气象信息，对山区洪水的积雨面积、汇水面积、洪水威胁范围、分布情况作出仿真模拟，全面动态监测山区洪水发展情况，实现对山区洪水的综合预警预报。

山洪模型求解的基本思路是以实测暴雨推求洪水，以暴雨形成洪水的过程为理论基础，按照暴雨-净雨-洪水过程进行计算，由暴雨推求洪水过程分为暴雨计算、产流计算和汇流计算三个部分。

地理信息处理：

山洪模型是集暴雨监测、预报及灾害损失评估为一体的中和信息系统，所需基础空间信息包括山区地形、河道地形、工程设计、气象监测、防汛调度等。

山洪模型需要的地理信息数据包括：山区地形高程、下垫面属性(山地、湖泊坑塘、河流、乡镇村等)，行政区、地名等，比例尺1:5000；

山区河流河道地形信息：河道宽度、河底高程等；

工程设施信息：公路、建筑物、大坝、水库、桥梁、居民楼等；

乡村镇信息：居民聚集区、交通网络、企事业单位、学校、医院以及固定资产信息等；

气象信息：降水监测信息、雨量估算信息、降水预报信息等；

防汛调度信息：调度预案、运行规则等。

山区地形复杂，河流、湖泊、水库、乡镇村等下面的类型和面积不同，暴雨产生的径流受地形影响较大。根据山区地形地貌特点，采用有限元体积法的思想，结合不规则网格作为模型计算单元。

网格设计为三边形、四边形、五边形等，每一个网格都是一个计算单元，每个节点都有经纬度坐标，通过节点可以得知网格所在位置，网格、节点构成模型的基本属性数据库。网格设计充分考虑地形地貌特征，并按积水区的大小和形状建立网格。

自然降水是山区洪水产生的根本原因，没有暴雨就不会形成山洪灾害。降雨信息的获取主要来源于分布山区的自动雨量监测站的实况降雨资料和气象局的气象预报降雨量。

模型暴雨计算：

根据水科院水文研究所观测分析实测暴雨资料，总结出暴雨计算公式

H_t＝St^(1-n)

式中：H_t为历时t的最大降雨量，S为最大时雨量；n为暴雨递减指数。模型暴雨计算将参照上述公式，并结合现场实际情况进行优化计算处理，得到比较符合现场情况的暴雨计算方法。

山区暴雨发生后，需要满足降雨强度超过地面平均入渗能力的前提下，才能在流域内产流。若降雨强度不及地面入渗能力，流域内将不会产流或基本不产流。

模型产流计算：

流域内经过降雨形成流域出口断面的径流过程，大体上分为两个阶段，第一阶段是降雨经过截留、填洼、下渗、蒸发等损失过程，扣除这些损失后，剩余部分称为净雨，其在数量上等于它所形成的径流深。通常将净雨量称为产流量，而降雨转化为净雨的过程称为产流过程，模型将对产流过程进行计算，预估出暴雨之后流域内能够形成多少径流。

模型汇流计算：

流域内降雨形成流域出口断面径流过程的第二个阶段是：净雨沿着地面和地下汇入河网，然后经河网汇流形成流域出口的径流过程，此过程称为流域汇流过程，模型将对此部分进行汇流计算，模拟出流域范围内汇入河流的水量，进而为洪水断面流量作出推算。

流域内的汇水量最终形成的最大流量计算参考公式为：

式中：ψ-洪峰径流系数，即汇流时段内最大雨量与其产生相应径流深的比值；

H_τ-汇流时段内最大降雨量；

τ-水质点由流域最远点流达出口断面的平均时间，即流域汇流时间；

F-流域面积。

模型参数确定：

山洪模型中需要确定7个未知参数，分为三类：一是流域特征参数F、L、J；二是暴雨参数S、n；三是损失经验性参数μ和汇流经验性参数m。

一、流域特征参数确定

(1)F代表出口断面以上的流域面积，单位为km²。可使用GIS软件直接计算得到；

(2)L采用自出口断面起沿主沟至分水岭的最长距离，单位为km。L包括主河道以上沟行不明显部分坡面沿流程的长度，可使用GIS直接量取；

(3)J为沿L的坡面和河道的平均比降，一般可采用落差与沟长L的比值来代替。

二、暴雨参数确定

暴雨参数S、n是反映流域区域内暴雨历时长算历时关系的参数，S通过观测获得，n可以采用当地水文手册查得。

三、损失经验性参数确定

经验性参数μ和m的量值可以通过本地区观测得到的暴雨洪水资料，进行综合分析求得。

现地监测校核：

为了能够更好的使山洪模型贴近当地实时情况，本次将在丹景乡乡镇府附近河道内和丹景乡保安水库两地选取顺直段建立水位流量关系监测断面，以丹景乡乡镇府断面验证山洪模型洪水流量，以丹景乡保安水库断面监测水库在雨季出库流量。

本次对河流的流量监测将采用非接触式的测流方式进行，确保设备在洪水暴发时期能够正常运行，保障设备安全。

测速原理：非接触时测流系统是采用雷达波多普勒效应原理测流体表面流速。当雷达波流速仪与水体以相对速度V发生对运动时，雷达波流速仪所收到的电磁波频率与雷达自身所发出的电磁波频率有所不同，此频率差称为多普勒频移。通过计算多普勒频移与V的关系，得到流体表面流速。

流量计算：非接触式测流主要设备为雷达流量计，其包含两个探头，一个测表面流速，另一个测水位。

如图9所示，根据雷达流量计内置的水力模型，通过预先设定的断面参数，将测得表面流速转化为断面平均流速。同时，按照实测水位，雷达流量计结合断面几何参数，自动算出断面面积，根据流速面积法公式，求得流量。

为了更好地实现本发明，进一步的，所述应用对象层包括村级预警中心，所述村级预警中心包括入户型简易雨量站、入户型简易水位站、入户报警器、无线预警广播站、声光报警器；所述入户型简易水位站选址场镇入口处的河流，入户型简易雨量站选址平安村村委的办公楼楼顶；所述入户型简易雨量站、入户型简易水位站的监测数据传输至分布在学校、医院和农户家入户报警器和县级山洪平台。

为了更好地实现本发明，进一步的，入户型简易雨量站和/或入户型简易水位站实时监测预警，通过ISM频段通讯实现水雨情信息传输、室内入户报警的预警功能，同时也通过GPRS通道将雨量、水位实时监测数据和设备工况传输至县级山洪服务平台；村落责任人通过入户报警器及时向危险区群众进行短频通告或小喇叭通知预警信息，危险区域内各农户群众通过入户报警器接收预警信息和预警通知；村落管理人通过入户报警器及时向危险区群众喊话，通过无线预警广播站向危险区群众发布有线广播预警通告、鸣笛、报警、现场喊话；配备的防汛应急物资可以在发生预警信息需要转移危险群众时为防汛应急提供安全保障。

为了更好地实现本发明，进一步的，所述村级预警中心内部采用Lora数字射频通信、VHF无线语音对讲两种独立网络通信，同时内嵌支持终身免费的SIM芯片卡，采用GPRS网络与县级山洪平台进行通信；或者将村级预警中心内部数据发给防汛责任人或者预警平台。

为了更好地实现本发明，进一步的，所述应用对象层包括乡级预警中心，所述乡级预警中心包括远程会商系统以及预警平台，用于接收水务局通知以及显示本乡镇及相邻乡镇水雨情信息、县级山洪平台和村级预警中心的实时信息，实现乡水雨情信息、县级山洪平台和村级预警中心的相关信息实时显示，实现汛期应急指挥调度功能，提升防汛指挥能力。

本发明在使用过程中，建设内容主要有洪涝灾害调查评价，自动监测系统，监测预警平台，防汛视频会商系统，配置监测预警设备(包括简易水位报警器、预警广播、简易雨量报警器、手摇报警器、铜锣等)，建立群测群防体系(包括责任制体系完善，县、乡镇、村各级洪涝灾害防御预案，基层防汛责任人业务培训、宣传和演练)，结合本地实际，配置县乡应急救援工具和设备，提升防汛应对能力。

(1)洪涝灾害调查评价

以行政村(自然村、居民区)为单元，全面查清洪涝灾害分布范围、社会经济、水文气象、历史洪涝灾害情况，调查受洪涝灾害威胁村庄的人口、户数、房屋座数，调查中小河流现状防洪能力及防洪工程设计防洪标准，掌握洪涝灾害区内的涉水工程以及平原区洪涝灾害防治现状等基础信息。分析平原区暴雨和洪涝特征，确定低洼易涝村落、受中小河流(平原河网)洪水威胁沿河村落等防灾对象的现状防洪能力，划分危险区，因地制宜确定雨量预警指标和水位(流量)预警指标。建立平原区洪涝灾害调查评价成果数据库，并与全国山洪灾害调查评价成果数据库共享、共用。

(2)自动监测系统

在洪涝灾害调查评价的基础上，论证现有水文、气象站网布局，补充建设自动雨量站、自动水位站和视频(图像)监测站，完善现有自动监测系统。

(3)监测预警平台

基于现有水利信息化技术平台，完善县级监测预警平台建设，开发平原区洪涝灾害监测预警软件系统，开发建立山洪灾害模型，采用模型和实际观测相结合的方式实现山洪灾害提前预警功能。鼓励省区统一组织开发，分县使用。

(4)防汛视频会商系统

建立县级到乡镇的计算机网络、视频会商系统，将县级平台延伸至乡镇，进行会商环境建设。

(5)预警设施设备

在低洼易涝村落配备简易雨量报警器和手摇报警器等预警设备。在外洪威胁的沿河村落配备简易水位报警器和手摇报警器等预警设备。

本发明的有益效果：

(1)本发明对沿河重点城镇进行洪水动态预警分析，实时监测汛情，动态判别沿河村落、流域出口是否达到预警指标，面向各部门及公众及时提供洪水预报预警预报，建立了群测群防的体系。

(2)本发明通过应用对象层中村级预警中心、乡级预警中心的设置，实现了有效分析平原区暴雨和洪涝特征，确定低洼易涝村落、受中小河流(平原河网)洪水威胁沿河村落等防灾对象的现状防洪能力，划分危险区，因地制宜确定雨量预警指标和水位(流量)预警指标。建立平原区洪涝灾害调查评价成果数据库，并与全国山洪灾害调查评价成果数据库共享、共用，实现了群测群防的技术效果。

附图说明

图1为本发明的系统网络拓扑结构图；

图2为实施例2中监测站的分布地图；

图3为水雨情传输系统网络拓扑图；

图4为村级预警中心站点建设分布图；

图5为村级预警中心系统组网示意图；

图6为本发明的预测预警界面图；

图7为本发明村落预测预警预测界面图；

图8为山洪模型架构原理图；

图9为为非接触式测流示意图。

具体实施方式

实施例1：

一种小流域预测预报系统，如图1所示，包括感知探测层、信息传输层、防汛责任层、应用对象层和系统平台层五个层级。

感知探测层：通过在前端现地部署的雨量监测站、水位监测站等自动化监测站点，实时采集现场监测数据，为整个系统提供第一手资料，也为系统分析决策提供基础监测信息。

信息传输层：通过公共网络运营商提供的公网GPRS、3G、4G等网络将监测传感器采集到实时监测数据传输回监测系统运行中心，保障系统基础数据的稳定传输；通过无线中继信号放大器直接将监测传感器获取到的预警信息传达至用户的入户报警器，或者通过报警终端传达至用户，两套报警传输路线，提供可靠的保障。

防汛责任层：通过预警广播机、对讲机、无线麦克风、报警终端等多种设备，同时接收监测站点预警信息、系统平台预警信息、各类终端用户报警信息，并将诸多预警信息传达至预警广播站、入户报警器，及时将监测预警信息传达至户、人，保证预警信息的有效流通。

应用对象层：主要为用户安装的入户报警器，用于接收预警信息，提升监测预警联动机制，确保当地居民能够实时接收到报警信息，及时作出决策，避免人员财产损失。

如图6、图7所示，平台系统层：平台系统是整个山洪监测预警系统的控制大脑中枢，是整个系统运行的指挥决策终端。平台通过接受现地监测传感器信息、气象信息等资料，通过软件综合分析，最终形成决策指挥信息，传达预警终端、用户、APP、微博等多种用户手中，实现整个山洪预警监测的联动运行，全面提升当地政府、居民共同应对山洪灾害的能力。

如图8所示，本发明采用山洪模型对山洪灾害发生时提前预警，通过模型演算出本次山洪暴发的降雨量对山区小流域范围内河流涨水情况，并采用现地实际观测的方式进行校核，对模型演算的准确性进行不断验证，逐步提高模型预报的实用性、可靠性，全面提高山区居民应对山洪灾害的能力。

1.山洪模型理论基础

山洪数学模型是建立城市、山区防汛信息系统、模拟出预报和监测的暴雨洪水过程的重要手段。该模型涉及气象学、水文学、水力学、河流动力学以及给排水工程等多学科的知识，是一套具有系统工程特征的数学模型。模型反映降雨量分布、产汇流原理、地面流、河道明渠流、跌水等过程，以及地面向河流内输汇水过程，是一个复杂的宏观流域模型。模型采用不规则网格离散方法，考虑山区地形条件、汇流情况等多种因素，提供了多种工程情况的模化处理方法。模型参数的调试采用了实际测验和历史数据相结合验证的动态校正技术，可应用于验证和预报计算。

2.山洪模型架构

山洪模型以山区降雨量加密监测网络为基础，以GPRS通信技术为保障，充分利用GIS地理信息系统、山区基础地理信息、水文信息、植被覆盖情况、山区土壤类型等多种要素，综合自动雨量监测数据、数值天气预报、雷达气象信息，对山区洪水的积雨面积、汇水面积、洪水威胁范围、分布情况作出仿真模拟，全面动态监测山区洪水发展情况，实现对山区洪水的综合预警预报。

山洪模型求解的基本思路是以实测暴雨推求洪水，以暴雨形成洪水的过程为理论基础，按照暴雨-净雨-洪水过程进行计算，由暴雨推求洪水过程分为暴雨计算、产流计算和汇流计算三个部分。

实施例2：

本实施例是在实施例1的基础上进行优化，坚持以人为本的原则，满足洪涝灾害预报、预警的要求。参照《山洪灾害防治县级监测预警系统建设技术要求》，根据已建站点的实际分布情况，依据调查情况，通过对洪涝灾害易发程度降雨分区和区域历史洪水、社会经济调查及河道资料分析的基础上，在充分利用现有气象、水文部门已建监测站点的基础上布设监测站站网。

对降雨频发、人口密度较大洪涝灾害易发区，宜在人口密集的居民点、小流域上游、暴雨中心等重点防治区且自动监测站网稀疏的地区，适当补充新建自动雨量监测站。

对洪涝易发区宜在溪沟出口、水库、山塘坝前、人口居住区、工矿企业、学校等防护目标上游控制段补充新建自动水位站。

根据调查评价成果和高新区已经建设的自动监测点实际情况，如图2所示，参照《山洪灾害防治县级监测预警系统建设技术要求》，本次项目将在玉成乡、海螺乡、草池镇、清风乡、丹景乡五个乡镇共7个监测点进行自动监测站建设。

在玉成乡玉成电站附近(东经104°18′53″，北纬30°20′20″)新建1个水位监测站，在吊脚楼村龙合堰水库附近(东经104°21′31″，北纬30°19′45″)新建1个水位监测站。

在海螺乡上街综合市场附近(东经104°21′2″，北纬30°23′39″)新建1个自动水位站，监测数据接入山洪软件平台。

在草池镇草池社区广济桥附近(东经104°23′50″，北纬30°19′47″)新建1个自动水位雨量站，监测数据接入山洪软件平台。

在清风乡干里沟村6社响水滩附近(东经104°26′10″，北纬30°13′0″)新建1个自动水位监测站，监测数据接入山洪软件平台。

在丹景乡辖区上游的保安村保安水库附近(东经104°12′52″，北纬30°21′51″)的新建一套自动水位(气泡式)雨量、图像监测站，在水库出口处部署水位流量关系监测断面，监测数据接入县级山洪软件平台，在丹景乡乡镇府附近河道里面选择适当位置，部署水位流量关系监测断面。设备安装数量和位置明细如表1所示。

表1

上述各监测站点建设位置周边环境如下：

1、玉成乡玉成电站-自动水位站

玉成乡玉成电站为简阳市山洪灾害调查评价成果中筛查出来的危险点，直接威胁到玉成乡政府、卫生院、幼儿园等众多政府部门、学校等机构，威胁人数众多，为此本次将纳入自动监测的范畴，附近已有雨量站，因此本次只建设水位站。

根据实地踏勘情况，本次将在玉成乡玉成电站附近选取稳定、不易受洪水影响的较高地点安装雷达水位计。雷达水位计采用雷达波非接触的方式进行水位测量，具有精度高、功耗低等特点，结合遥测终端RTU、太阳板、蓄电池，能够完全实现无人自动值守，数据全程自动采集。当水位出现迅速上涨并超过设定的阈值时，立即在监测平台上报警显示，同时将预警信息传递到附近的村镇，为村民及时转移提供预警信息。

2、玉成乡吊脚楼龙合堰水库-自动水位站

玉成乡吊脚楼龙河堰水库是简阳市山洪调查评价成果筛查出的危险点，水库的洪水位高低、泄洪情况对水库下游的沿河村落具有重要影响，为了能够及时掌握该水库的水位情况，本次将该点纳入自动水位监测站点监测范畴，附近已有自动雨量站点，因此只做水位监控。

根据现场实地踏勘情况，选取水库大坝上面稳定处建立自动水位监测站，站点建设尽量靠近水边，不能影响当地居民正常通行。雷达水位计、太阳能板、蓄电池综合安装在同一根立杆上面，节省空间和安装难度。

3、海螺乡上街综合市场-自动水位站

海螺乡上街综合市场历史上曾发生洪涝灾害，目前暴雨天气，仍有洪水漫上堤岸，对当地海螺乡卫生院、学校、乡镇府等机构具有一定的威胁。洪水上涨期间，严重影响了当地居民的正常生产生活，当地附近已有自动雨量站，因此本次将该点位纳入自动水位监测站点范畴，实时监控河道水位变化情况。

自动水位监测站选在海螺乡上街综合市场附河道边、较高处，不受洪水影响的地带。采用非接触式雷达水位站，能够实现对临街河道水位变化情况24小时监控。雷达水位计、太阳能电池板、蓄电池组、遥测终端均集成在一根立柱上面，安装方便、节省资金。

4、草池镇草池社区广济桥-自动水位雨量站

草池镇草池社区广济桥附近历史上曾发生洪涝灾害，目前洪水来临时，将低洼的便桥淹没，对两岸居民威胁严重。附近海螺乡力量村有雨量站，约5km，需要补充一套自动雨量站。因此本次将在广济桥的大桥上新建一套自动水位雨量站。

自动雨量水位监测站部署在广济桥上面，紧靠大桥边，不影响行人车辆通行的地方。雨量计、雷达水位计、太阳板板、蓄电池、遥测终端均集中安装在同一立柱上面，节省空间和经费，并易于维护。

5、清风乡干里沟村6社响水滩-自动水位站

清风乡干里沟村6社响水滩为简阳市山洪调查评价成果筛查出来的危险点，在洪水来临时，对附近居民的农田作物、房屋、人生安全造成了严重威胁，鉴于临近清风乡已有雨量站，约3.5km，本次只做水位监控。

选取响水滩河道上方的孔桥边上作为本次水位监控设备安装点，不影响当地居民出行。雷达水位计、太阳能电池板、蓄电池、遥测终端均安装在同一立柱上面，能够节省空间、降低施工难度，同时节省资金，易于维护。

6、丹景乡保安村保安水库-自动水位雨量图像站和断面监控站

丹景乡保安村保安水库的泄洪对下游的丹景乡乡政府及周边居民具有一定威胁，且附近没有自动雨量站，本次将在保安水库部署自动水位雨量图像监控站，对保安水库进行水位库容监控、周边降雨量监控及图像监控，同时在保安水库出库下泄口处安装流量监控设备和水尺，对水库下泄的流量进行监控。

本次在保安水库大坝靠水库斜坡上选择适当位置安装气泡式水位计，气管长度约40m，保证在冬季低水位也能进行测量。在立柱上安装翻斗式雨量计和摄像头，获取库区及周边的降雨量信息，为后续山洪模型和下游居民提供上游降雨量信息，及时发出预警。图像监控摄像头能为监控站提供清晰图片，直观的观察到水库的水位变化情况。

在水库出口下泄流量处，选择适当位置安装雷达流量计和校核水尺，通过观测出口处水流流速和断面的面积，计算出出库流量，为下游提供实时的水库下泄流量信息，同时该信息将作为山洪模型的上游来水量，是模型预警当中重要的参数指标。

保安水库流量监控设备包括了雷达流量计、水尺、太阳能板、蓄电池、遥测终端和立柱辅材。监控设备都集中安装在同一立柱上面，节省空间和安装费用，也便于后期运营维护。

本次将在丹景乡乡镇府旁侧的河道内选择顺直段安装流量监控设备、图像监控设备和校核水尺，实现对山洪出口流量的监控，为校核山洪模型和当地居民提供重要的监测参数。

根据河道水文测验规范的要求，选择了上游顺直段大于3倍河道宽的地点作为本次流量监控断面建设地点。该处采用非接触式的雷达流量计，能够在山洪暴发时免受山洪的影响，效果优于接触式的测量方法，且采用无人值守的方式，自动化程度高。同时在该点安装图像监控摄像头，实时的将现场山洪情况拍摄传输回监控平台，远程直观的了解洪水情况。在岸边设立校核水尺，对水位观测提供精准校核，也便于当地人员现场查看水位情况，及时做好处置措施。

出口流量监控数据为山洪模型模拟出的汇流情况提供重要参考依据，对校核山洪模型也具有重要的意义。

本次采用的雷达流量计、摄像头、太阳能板、蓄电池、遥测终端均集成安装在同一立杆上面，有效节省安装空间和降低安装难度，也便于节省资金和后续运行维护工作的开展。

本实施例的其他部分同实施例1，故不再赘述。

实施例3：

本实施例是在实施例1或2的基础上进行优化，如图3所示，根据移动通信网络覆盖情况及布设站点的位置，洪涝灾害预警系统自动监测站通信方式采用GPRS传输方式。各监测站点采集的数据高新区数据中心(政务云平台)报送监测数据。水行政主管部门根据自己的查询权限，可通过访问云平台随时随地查看相关的信息。

本实施例的其他部分同实施例1或2，故不再赘述。

实施例4：

本实施例是在实施例2的基础上进行优化，如图4所示，在上述有山洪隐患的7个山洪隐患点，选取丹景乡平安村为例设计村级预警中心：每个村建设1个村级预警中心，由入户型简易雨量站、入户报警器(家庭版)、1套防汛物资存放柜(内部放置配套的强光电筒4个、手持喊话器4个、救生衣5套、应急安全绳2套、报警铜锣2套、手摇报警器2个)、1个防汛宣传栏组成。

上述入户型简易水位站选址场镇入口处的河流(大桥桥下区域)，监测可能危害平安村河道的水位高度；入户型简易雨量站选址平安村村委的办公楼楼顶，监测平安村区域内代表性雨量数据；监测数据同时传输至分布在学校、医院和农户家入户报警器和县级山洪平台。

如图5所示，村级预警中心是山洪入户预警系统建设的重要组成部分，以丹景乡为例，村级预警中心由1套入户型简易雨量站、1套入户型简易水位站、10套入户报警器(家庭版)、1套无线预警广播站、1套防汛物资应急存放柜、1个防汛宣传栏组成。

村级预警中心系统主要具有以下功能：简易雨量/水位实时监测预警，通过ISM频段通讯实现水雨情信息传输、室内入户报警的预警功能，同时也通过GPRS通道将雨量/水位实时监测数据和设备工况传输至县级山洪服务平台；村落责任人通过入户报警器及时向危险区群众进行短频通告或小喇叭通知预警信息，危险区域内各农户群众通过入户报警器接收预警信息和预警通知；村落管理人通过入户报警器及时向危险区群众喊话，也可通过无线预警广播站向危险区群众发布有线广播预警通告、鸣笛、报警、现场喊话；配备的防汛应急物资可以在发生预警信息需要转移危险群众时为防汛应急提供安全保障。

村级预警中心系统通过上述多种方式向危险区群众发布预警，实现预警信息户户知，以及预警信息及时发布到村，并通知到人，提高预警信息时效性，为山洪灾害防治、危险区群众及时转移提供了有效的技术保障。

1.入户报警和自动预警

通过综合监测危险区中心的“落地雨”和上游水位数据结合进行预报。在危险区建立一个入户型简易雨量站、入户型简易水位站，实现雨量/水位实时监测预警。实时雨量/水位信息通过ISM频段通讯传递到各农户家的入户报警器(家庭版)。雨量水位信息一旦超过警阀值后通过入户报警器自动产生声光报警和预警，真正做到预警入户，将降雨和预警信息发送至每家每户。危险区内居民均可在第一时间得知雨水信息，在汛期可大大提高居民防灾躲灾意识。入户预警以自然村为单位，预警信息可及时有效地传达至受威胁人群，大大减少了防汛责任人传递的工作量。解决了以往的预警发送范围过大或过小的问题。

2.自测自报和人工报警

村级预警中心是由入户型简易雨量站、入户型简易水位站、入户报警器、无线预警广播站、声光报警器等组成的在同一个村落可远程监控的自测自报系统。

居民户安装入户报警器终端，实时接收预警信息内容；雨量/水位阈值告警后，入户报警器通过VHF短频公告、小喇叭通知自动发布预警信息至入户报警器通知到农户家各群众；紧急情况下，或在电信运营商无法提供服务时，村级预警系统还可以自测自报，防汛责任人能够通过“一键报警”功能，方便快速的向入户预警器(家庭版)终端群发预警语音信息，通知群众疏散撤离，提高当地村民的自救能力。

示范区内的入户预警系统所在的村落责任人，可以利用入户报警器发出预警信息，直接到户到人，不用挨家挨户敲门通知，大大减少了防汛责任人传递预警信息的工作强度，减少了心理压力，解决了以往的防汛责任人传递预警信息压力过大的问题。

3.无线预警广播通知预警

无线预警广播站可以接收县级山洪平台下发的天气实时信息、雨水情信息、预警信息等下发的相关文字预警通告，也可以授权白名单下发短信(电话语音)预警，在入户报警器报警时，村落责任人可以通过无线预警广播站实现有线广播通告、鸣笛、声光报警和现场喊话，进一步扩大通知危险群众的范围，确保转移的安全，做到预警信息发布时及时转移危险区群众起到有效保障作用。无线预警广播站也可以实现防汛上级主管单位的本地录音反馈、取证功能。

4.多种通信方式

系统内部采用Lora数字射频通信、VHF无线语音对讲两种独立网络通信，同时内嵌支持终身免费的SIM芯片卡，采用GPRS网络与县级山洪平台进行通信，也可以把系统内部数据发给防汛责任人或者其他预警平台，如设备工况信息传输至县级山洪平台。单向小喇叭的方式增加了群众的踏实感，切实解决了预警范围的问题，发出预警信息后，直接到户到人，解决了以往的预警信息发出传递“漏人”和预警信息发送保障率低的问题；

5.防汛应急

系统配备的防汛物资柜及配套防汛物资设施，作为防汛应急物资的储备，可以在预警信息发布后的危险区群众转移中发挥防汛应急的物资保障作用。同时，声光报警器也启动运行，也为危险区群众转移发布预警信息起到了有效的安全提醒作用。

本实施例其他部分同实施例2，故不再赘述。

实施例5：

本实施例是在实施例2的基础上进行优化，在东区12个乡镇，每个乡镇建设一个乡级预警中心。乡级预警中心由1套预警显示屏(网络电视机)组成，为村级预警中心的监督预警管理和市级水务局防汛应急起到很好的保障作用。

在东区12个乡镇建设乡预警中心，包括远程会商系统以及预警平台，接收成都市高新区水务局通知以及显示本乡镇及相邻乡镇水雨情信息、县级山洪平台和村级预警中心的相关信息实时信息，在乡值班室建立1个乡级预警中心，配置预警显示屏1套，实现乡水雨情信息、县级山洪平台和村级预警中心的相关信息实时显示，实现成都市高新区汛期应急指挥调度功能，提升防汛指挥能力。

本实施例其他部分同实施例2，故不再赘述。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种小流域预测预报系统，其特征在于，包括感知探测层、信息传输层、防汛责任层、应用对象层和系统平台层；所述感知探测层用于实时采集现场监测数据并通过信息传输层发送到系统平台层、应用对象层；所述应用对象层包括用户安装的入户报警器，用于接收预警信息，提升监测预警联动机制，确保当地居民能够实时接收到报警信息，及时作出决策，避免人员财产损失；所述防汛责任层用于接收监测站点预警信息、系统平台预警信息、各类终端用户报警信息，并将诸多预警信息传达至预警广播站、入户报警器，及时将监测预警信息传达至户、人，保证预警信息的有效流通。

2.根据权利要求1所述的一种小流域预测预报系统，其特征在于，所述感知探测层通过在前端现地部署的雨量监测站、水位监测站的自动化监测站点，实时采集现场监测数据，为整个系统提供第一手资料，也为系统分析决策提供基础监测信息。

3.根据权利要求2所述的一种小流域预测预报系统，其特征在于，针对降雨频发、人口密度较大洪涝灾害易发区，在人口密集的居民点、小流域上游、暴雨中心的重点防治区且自动监测站网稀疏的地区，补充新建自动雨量监测站；针对洪涝易发区，在溪沟出口、水库、山塘坝前、人口居住区、工矿企业、学校的防护目标上游控制段补充新建自动水位站。

4.根据权利要求1所述的一种小流域预测预报系统，其特征在于，所述信息传输层通过公共网络运营商提供的公网网络将监测传感器采集到实时监测数据传输回监测系统运行中心以保障系统基础数据的稳定传输，通过无线中继信号放大器直接将监测传感器获取到的预警信息传达至用户的入户报警器，或者通过报警终端传达至用户，两套报警传输路线，提供可靠的保障。

5.根据权利要求1所述的一种小流域预测预报系统，其特征在于，所述平台系统层通过接受现地监测传感器信息、气象信息的资料，通过山洪模型对山洪灾害发生时提前预警，通过模型演算出本次山洪暴发的降雨量对山区小流域范围内河流涨水情况，并采用现地实际观测的方式进行校核，对模型演算的准确性进行不断验证；最终形成决策指挥信息，传达预警终端、用户、APP、微博用户手中，实现整个山洪预警监测的联动运行，全面提升当地政府、居民共同应对山洪灾害的能力。

6.根据权利要求1所述的一种小流域预测预报系统，其特征在于，所述应用对象层包括村级预警中心，所述村级预警中心包括入户型简易雨量站、入户型简易水位站、入户报警器、无线预警广播站、声光报警器；所述入户型简易水位站选址场镇入口处的河流，入户型简易雨量站选址平安村村委的办公楼楼顶；所述入户型简易雨量站、入户型简易水位站的监测数据传输至分布在学校、医院和农户家入户报警器和县级山洪平台。

7.根据权利要求6所述的一种小流域预测预报系统，其特征在于，入户型简易雨量站和/或入户型简易水位站实时监测预警，通过ISM频段通讯实现水雨情信息传输、室内入户报警的预警功能，同时也通过GPRS通道将雨量、水位实时监测数据和设备工况传输至县级山洪服务平台；村落责任人通过入户报警器及时向危险区群众进行短频通告或小喇叭通知预警信息，危险区域内各农户群众通过入户报警器接收预警信息和预警通知；村落管理人通过入户报警器及时向危险区群众喊话，通过无线预警广播站向危险区群众发布有线广播预警通告、鸣笛、报警、现场喊话；配备的防汛应急物资可以在发生预警信息需要转移危险群众时为防汛应急提供安全保障。

8.根据权利要求6所述的一种小流域预测预报系统，其特征在于，所述村级预警中心内部采用Lora数字射频通信、VHF无线语音对讲两种独立网络通信，同时内嵌支持终身免费的SIM芯片卡，采用GPRS网络与县级山洪平台进行通信；或者将村级预警中心内部数据发给防汛责任人或者预警平台。

9.根据权利要求1所述的一种小流域预测预报系统，其特征在于，所述应用对象层包括乡级预警中心，所述乡级预警中心包括远程会商系统以及预警平台，用于接收水务局通知以及显示本乡镇及相邻乡镇水雨情信息、县级山洪平台和村级预警中心的实时信息，实现乡水雨情信息、县级山洪平台和村级预警中心的相关信息实时显示，实现汛期应急指挥调度功能，提升防汛指挥能力。

Images