鄧長濤 叢沛桐 趙旭升 孫倩雯

（1.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院，廣州市510642；2.珠江水利委員會珠江水利科學(xué)研究院，廣州市510611）

0 引言

海南省保亭縣位于海南島南部內(nèi)陸，地質(zhì)地貌復(fù)雜，受臺風(fēng)影響，暴雨頻發(fā)，加之人類活動劇烈，導(dǎo)致山洪地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生頻繁。山洪災(zāi)害是指因山洪滑坡、泥石流爆發(fā)而給人類社會所帶來的危害，是山丘地區(qū)社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的重要制約因素之一，已經(jīng)成為當(dāng)前防災(zāi)減災(zāi)中的突出問題。目前海南省大部分地區(qū)缺乏滑坡、泥石流監(jiān)測設(shè)施，山洪災(zāi)害監(jiān)測網(wǎng)點布設(shè)密度低，自動化程度不高，難以掌握突發(fā)性暴雨洪水的信息。絕大多數(shù)山丘區(qū)小流域沒有洪水預(yù)警預(yù)報系統(tǒng)，建設(shè)山洪災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)是及時規(guī)避風(fēng)險、避免或減少山洪災(zāi)害導(dǎo)致的人員傷亡和財產(chǎn)損失的有效非工程措施[1，2]，是實施指揮決策和搶險救災(zāi)的重要輔助手段。

本文以海南省保亭縣山洪災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)為例，介紹山洪災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框架和系統(tǒng)主要功能的設(shè)計要點。

1 監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)總體框架結(jié)構(gòu)

根據(jù)山洪災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警的工作流程，該系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)主要以監(jiān)測預(yù)警平臺（應(yīng)用支撐平臺）實現(xiàn)預(yù)警信息Internet發(fā)布服務(wù)[3，4]。整個系統(tǒng)以數(shù)據(jù)信息為中心，主要實現(xiàn)水雨情監(jiān)測、內(nèi)部預(yù)警、外部預(yù)警、預(yù)警會商、預(yù)警發(fā)布、應(yīng)急響應(yīng)、響應(yīng)監(jiān)控、響應(yīng)管理等功能。其總體結(jié)構(gòu)內(nèi)容如圖1所示。

監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)主要是基于WEBGIS開發(fā)平臺，其邏輯結(jié)構(gòu)按照B/S架構(gòu)可劃分為5個層次：客戶表現(xiàn)層、業(yè)務(wù)接口層、業(yè)務(wù)邏輯層、數(shù)據(jù)接口層和數(shù)據(jù)核心層[5]。

（1）客戶表現(xiàn)層：構(gòu)架一個人機交互平臺，對系統(tǒng)的功能的調(diào)用都在此進(jìn)行。如：內(nèi)部預(yù)警、外部預(yù)警、預(yù)警會商、預(yù)警發(fā)布、應(yīng)急響應(yīng)、響應(yīng)監(jiān)控、響應(yīng)管理等功能。

（2）業(yè)務(wù)接口層：客戶表現(xiàn)層調(diào)用整個系統(tǒng)的接口，通過統(tǒng)一的用戶機制從瀏覽器進(jìn)行訪問。

（3）業(yè)務(wù)邏輯層：具體實現(xiàn)并提供系統(tǒng)的各項功能，包括GIS操作功能、預(yù)報分析功能和信息發(fā)布功能。從技術(shù)角度上看，是應(yīng)用支撐平臺，支持所有技術(shù)功能的支撐。

（4）數(shù)據(jù)接口層：以統(tǒng)一、規(guī)范的接口形式為業(yè)務(wù)邏輯層提供數(shù)據(jù)功能服務(wù)，對數(shù)據(jù)核心層的數(shù)據(jù)直接進(jìn)行操作和管理。

（5）數(shù)據(jù)核心層：由個數(shù)據(jù)庫組成，按照數(shù)據(jù)的內(nèi)容分為：空間數(shù)據(jù)庫、水雨情數(shù)據(jù)庫、預(yù)警和響應(yīng)數(shù)據(jù)庫、其它數(shù)據(jù)庫。

2 監(jiān)測預(yù)警平臺

山洪災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警平臺是山洪災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息處理和服務(wù)的核心，主要由計算機網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫、應(yīng)用系統(tǒng)組成，主要功能包括信息匯集、信息服務(wù)模塊等[6，7]。信息匯集主要由數(shù)據(jù)接收硬件設(shè)備和實時數(shù)據(jù)接收處理軟件構(gòu)成。信息服務(wù)主要包括基礎(chǔ)信息查詢、實時水雨情監(jiān)視、水雨情預(yù)報服務(wù)、氣象國土等相關(guān)部門信息服務(wù)等功能。

2.1 基礎(chǔ)信息查詢

基礎(chǔ)信息查詢模塊包括對各類基礎(chǔ)信息的查詢，主要有水雨情信息、工情信息（河流、大中型水庫、小型水庫、提防）、社會經(jīng)濟信息（小流域、監(jiān)測點、經(jīng)濟社會狀況等）、氣象國土等各類基礎(chǔ)信息的查詢與檢索。為了獲得較好的系統(tǒng)運行效率，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)查詢模塊采用基于B/S結(jié)構(gòu)方式組織系統(tǒng)體系，結(jié)合WEBGIS技術(shù)，在地圖上直觀給出查詢結(jié)果。

圖1 山洪災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)框架圖

2.2 實時水雨情監(jiān)視

實時水雨情監(jiān)視，主要分為水雨情報警、雨情監(jiān)測、河道水情監(jiān)測、水庫水情監(jiān)測等。

（1）雨情信息，根據(jù)山洪防治區(qū)域劃分顯示各鄉(xiāng)鎮(zhèn)實時降雨量、監(jiān)測站點分布、最大降雨量、雨量強度統(tǒng)計、過程降雨測站情況、每日1、3、6等時段各地區(qū)監(jiān)測站點累計雨量、旬月雨量累計表、各鄉(xiāng)鎮(zhèn)所有站點年月降雨量統(tǒng)計、全縣降雨等值線圖和等值面圖等。

（2）水情信息，以地圖和表格形式實時顯示各監(jiān)測站當(dāng)前和歷史水位、流量、水位變化趨勢、超警戒、歷史最高水位及發(fā)生時間、最大流量及發(fā)生時間，以圖形式顯示水位、流量過程線（顯示特征值：警戒水位、歷史最高水位、警戒流量、歷史最大流量等）。

2.3 災(zāi)害信息管理

山洪災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)中地質(zhì)災(zāi)害信息，包括山洪災(zāi)害典型區(qū)、山洪災(zāi)害易發(fā)點（滑坡、泥石流、地裂縫、地面塌陷、地面沉降等）、地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生點、地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)、地質(zhì)災(zāi)害防治區(qū)等災(zāi)害信息以及后處理管理。

3 預(yù)警信息發(fā)布服務(wù)

根據(jù)各個監(jiān)測站點收集到的監(jiān)測數(shù)據(jù)，以及監(jiān)測站預(yù)警分析模型分析結(jié)果，按照鄉(xiāng)鎮(zhèn)進(jìn)行預(yù)警。對于人工站，則根據(jù)人工錄入的觀測數(shù)據(jù)計算預(yù)警?？h預(yù)警等級是根據(jù)鄉(xiāng)鎮(zhèn)預(yù)警的數(shù)量的加權(quán)生成縣預(yù)警，啟動應(yīng)急響應(yīng)。響應(yīng)啟動如圖2所示。

3.1 預(yù)警分析

預(yù)警分析是整個系統(tǒng)的核心內(nèi)容。預(yù)警分析模型[8]的元數(shù)據(jù)為測站的實時遙測數(shù)據(jù)（雨量、水位數(shù)據(jù)），結(jié)合人工水雨情數(shù)據(jù)、氣象信息數(shù)據(jù)、地質(zhì)地貌數(shù)據(jù)、DEM數(shù)據(jù)、土壤類型數(shù)據(jù)、植被覆蓋率數(shù)據(jù)，導(dǎo)入基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN）預(yù)警分析預(yù)報模型進(jìn)行判斷，判斷條件需要考慮當(dāng)?shù)氐纳鐣?jīng)濟信息、臨界雨量信息、臨界水位信息、指揮機構(gòu)信息等。根據(jù)預(yù)警分析的結(jié)果來確定是否預(yù)警、預(yù)警等級、產(chǎn)生預(yù)警數(shù)據(jù)，然后根據(jù)系統(tǒng)平臺中操作用戶設(shè)置的部門響應(yīng)監(jiān)控和管理，將預(yù)警信息發(fā)送到指定的相關(guān)負(fù)責(zé)人。預(yù)警分析模型流程大體如圖3所示。

3.2 預(yù)警發(fā)布

預(yù)警發(fā)布是系統(tǒng)根據(jù)預(yù)警分析模型，分析處理之后，即會自動產(chǎn)生預(yù)警信息，預(yù)警信息由縣指揮中心通過電話、傳真、短信等內(nèi)容向鄉(xiāng)鎮(zhèn)、村等機構(gòu)發(fā)布。在軟件系統(tǒng)中主要以短信發(fā)布為主，短信內(nèi)容可以自定義發(fā)給相關(guān)負(fù)責(zé)人。通過適宜的預(yù)警程序和方式，將預(yù)警信息及時、準(zhǔn)確地傳送到山洪可能危及區(qū)域，使接收預(yù)警區(qū)域人員根據(jù)山洪災(zāi)害防御預(yù)案，及時采取預(yù)防措施，最大限度地減少人員傷亡。

4 結(jié)語

山洪災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)利用通訊網(wǎng)絡(luò)、3S（GIS、RS、GPS）、電子信息等技術(shù)實現(xiàn)了監(jiān)測、預(yù)報、預(yù)警、響應(yīng)一體化。預(yù)警分析模型增強了預(yù)警效果，通過可視化WEBGIS預(yù)警監(jiān)控技術(shù)為山洪災(zāi)害管理和防治部門提供防災(zāi)預(yù)警支持決策等作用。提高了抵御山洪地質(zhì)災(zāi)害的能力，降低此類災(zāi)害對于人民生產(chǎn)生活造成的影響。在2010年10月份，海南省兩次強降雨中，保亭縣山洪災(zāi)害預(yù)警信息系統(tǒng)發(fā)揮作用較為顯著，最大限度減少人員傷亡和財產(chǎn)損失。

圖2 應(yīng)急響應(yīng)地圖

圖3 預(yù)警分析模型流程圖

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