山洪灾害监测预警系统设计方案

山洪灾害监测预警系统设计方案
山洪灾害监测预警系统设计方案
概述：
我国是一个多山的国家，山丘区面积约占全国陆地面积的三分之二。

由于我国主要位于东亚季风区，暴雨分布范围广，季风气候决定了我国降雨在年内分布不均，汛期高度集中，以强降雨引发的山洪灾害发生最为频繁，危害大。

为了有效防御山洪灾害，路路通山洪灾害监测预警系统以“以防为主，防治
结合”、“以非工程措施为主，非工程措施与工程措施相结合”
的原则为指导，利用当代信息监测技术、通信技术、网络技术、计算机技术、系统集成技术在山洪灾害防治区建立以信息采集、预报分析、视频会商决策为基础的预警平台。

通过手机群发、传真群发、无线广播、高音喇叭、手摇警报器、锣等多种预警程序和方式，将预警信息及时准确地传送到山洪可能危及的区域，使接收预警区域人员能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。

系统总体结构：
路路通山洪灾害监测预警系统主要由水雨情监测系统和预警系统组成。

为更好地发挥系统的防灾减灾作用，还需建立群测群防的组织体系，加强宣传培训。

水雨情监测系统及时将简易监测站、人工监测站、自动监测站的监测信息汇入预警平台。

预警系统由基于平台的山洪灾害防御预警系统和山洪灾害群测群防预警系统组成。

基于平台的山洪灾害防御预警系统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。

群测群防预警系统包括预警发布程序、预警方式、警报传输和信息反馈通信网、警报器设置等。

系统特点：
1）软硬件一体化集成：公司提供完善的系统的集成方案，自主开发山洪监测预警软件。

2）多层次水、雨情决策分析：可查询时段、日、旬、月
显示区域内的雨量值、平均雨量值、最大雨量值、各站降雨过程柱状图及数据表、雨量强度统计等。

3）完善的预警责任体系：建立县、乡、村三级预警责任
人体系，短信、传真预警时可灵活选择接收人员。

系统设计方案中，自动监测站采用现代化的自动化监测设备，实现雨量、水位等数据的自动采集和传输。

同时，系统中
设置了自动预警机制，当监测数据超过预设阈值时，系统会自动触发预警并通知相关人员。

自动监测站的工作体制为24小
时不间断监测，实现实时数据采集和传输。

4.1.2系统架构设计
水雨情监测系统采用分布式架构设计，由监测站、数据中心、预警中心、信息发布中心等多个子系统组成。

监测站通过传感器等设备采集水雨情数据，将数据通过通信网络传输至数据中心，数据中心对数据进行处理、分析和存储，预警中心实现对数据的实时监控和预警，信息发布中心将预警信息发布给相关部门和群众。

系统架构设计合理，功能模块清晰，实现了数据的快速采集、处理和传输，保证了预警的及时性和准确性。

4.2灾情统计分析系统设计
灾情统计分析系统是山洪灾害监测预警系统的重要组成部分，主要用于灾情信息的收集、统计和分析，为灾情应急救援提供科学依据。

系统采用客户端/服务器模式，由数据采集、
数据分析、数据展示等多个子系统组成。

系统具备灾情信息的采集、上报、统计、分析和展示等功能，支持多种数据呈现方
式，如数据列表、柱状图、等值面、曲线等，满足不同用户的需求。

4.3系统部署方案
山洪灾害监测预警系统的部署方案应根据实际情况进行制定，包括硬件设备、软件安装、数据传输等方面的规划。

系统的部署应考虑到地理位置、通信网络、电力供应等因素，保证系统的稳定性和可靠性。

同时，应设立专门的技术支持团队，负责系统的维护和管理，及时解决各类技术问题。

系统部署方案的制定和实施是系统成功运行的关键，应充分考虑各种因素，确保系统能够稳定运行，为山洪灾害的预警预报提供可靠的技术支持。

GPRS是一种无线分组交换技术，可以提供点对点和广域
的无限IP连接，是一项高速数据处理技术。

它以“分组”的形
式将数据传送到用户手中，是现行GSM网络向第3代移动通
信演变的过渡技术。

GPRS具有传输速率高、费用低等突出特点，上行速率较GSM为高，下行速率可达100Kbps。

考虑到GPRS的运行速度快、运行成本低，建议尽可能地利用GPRS
传输。

使用GPRS业务的地区可以适用此技术。

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。

该系统平台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。

该子系统的主要功能包括实时接收自动监测站的水雨情数据和工况信息、对自动监测站进行远程控制、实时处理接收的数据信息，并分类存入数据库中、数据查询与维护、人工数据录入、以及基础信息查询。

基础信息查询包括雨量站基本信息、水文（位）站基本信息、工情基本信息和灾害点基本信息。

此外，水雨情信息查询可以实现各小流域、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。

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预警子系统是山洪灾害监测预警系统的核心部分，主要负责接收并处理来自预报决策子系统的预警信息，并将预警信息及时传递给相关部门和群众，以便采取有效的应对措施。

预警子系统包括预警信息接收、处理、传递等多个模块。

预警子系统的主要功能有：
1）预警信息接收模块
该模块负责接收来自预报决策子系统的预警信息，包括预警级别、受灾区域、预计影响范围、应对措施等。

2）预警信息处理模块
该模块负责对接收到的预警信息进行处理，包括预警信息的分类、筛选、整合等，以便更好地传递给相关部门和群众。

3）预警信息传递模块
该模块负责将处理后的预警信息及时传递给相关部门和群众，包括通过短信、微信、电话、广播等多种方式进行传递，以便采取有效的应对措施。

预警子系统的运行对于山洪灾害的预防和减灾具有重要意义，可以为相关部门和群众提供及时准确的预警信息，帮助他们采取有效的应对措施，减少山洪灾害的损失。

自动雨量站采用数字化技术，能够自动采集、存储、传输和处理雨量数据。

其主要组成部分包括雨量传感器、数据采集器、通信模块和数据处理软件等。

自动雨量站能够实现实时监测和预警，提高了预警的准确性和时效性。

5.2水位站
水位站主要用于监测河流、水库、湖泊等水域的水位变化。

其主要组成部分包括水位传感器、数据采集器、通信模块和数据处理软件等。

水位站能够实现实时监测和预警，对于山洪灾害的预防和减灾具有重要意义。

5.3遥测站
遥测站是山洪灾害监测预警系统中的重要组成部分，主要用于自动采集、传输和处理雨量、水位等数据。

遥测站具有自
动化程度高、数据准确性高、实时性强等特点，能够提高山洪灾害预警的效率和准确性。

5.4防汛物资
防汛物资是山洪灾害防御的重要保障，包括抢险救援设备、防汛器材、应急物资等。

在山洪灾害预警中，及时储备和配置防汛物资，能够有效地提高抗灾能力和减轻灾害损失。

状，高度应符合国家相关标准要求。

同时，避雷针的接地电阻应小于10Ω，以确保雷电保护效果。

六、地网的设计
地网是防止雷击的重要措施之一，其作用是将雷电击中的电流引入地下，以保护设备和人员的安全。

地网的设计应符合国家相关标准要求，地网的接地电阻应小于10Ω。

同时，地网的敷设应在站房周围进行，地网的深度应达到1.5m，地网的
材料应选择耐腐蚀、导电性好的材料，如镀锌钢板等。

七、结论
综上所述，自动雨量站的安装设计应符合气象站安装要求，根据具体情况和要求灵活处理。

雨量计的安装应考虑安装位置、承载能力和遮挡物等因素。

太阳能电池板的安装应考虑受光方向和周围遮光物。

避雷针和地网的设计应符合国家相关标准要
求。

通过合理的安装设计，可以保证自动雨量站在恶劣环境下长期稳定运行，为山洪灾害监测预警系统提供可靠的数据支持。

尖形避雷针的设计要求为顶端高出天线3-5米，保护角为35度，设备和天馈线应在保护范围内。

对于自动雨量站的通
信铁塔，高度一般不超过6米，宜采用筒化结构，铁塔与站房间距不宜过远，应在防雷保护角之内。

施工要求包括钢管焊制塔杆，设避雷地线，基础挖深1.2米，采用高标号混凝土浇筑，基础回填土应分层夯实，夯实后的土容重不得小于1.6t/m3.
简易水位站是在溪河岸边、水库坝前设立的直立、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。

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。

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。

自动水位站主要的土建内容为站房、铁塔及基础。

浮子式水位计的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。

施工要求包括建测井，采用浮于式水位计，站房、铁塔及基础的设计应符合标准要求。

水位测量的设计应根据当地的水文情况和地形特点，一般可按照百年一遇水位设计，支流则按照50年一遇设计。

对于
冲淤变化较大的河道，还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、防护要求来确定。

常见的测井形式有岛式、岸式、岛岸结合式等。

在测井设计中，应注意不干扰水流的流态，测井截面可建成圆形或椭圆形。

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

同时，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，并定期清淤泥沙。

对于多沙河流，测井应设在经常流水处，并在测井下部上下游两侧开防淤对流孔。

测井可采用金属、钢筋混凝土、砖等适宜材料建造。

测井截面应能容纳浮子随水位自由升降，浮子与井壁应有5-10厘
米间隙。

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

水位井用于安装水位传感器，井房面积应不小于2平方米，并具有通风孔和进线孔。

进线丝绳要平滑垂直放置，以防互相缠绕，从而保证传感器测试的准确性。

在设计水位测井时，还应考虑当地的气候条件。

对于结冰河流，需要考虑冬季的冻胀、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。

因此，水位井主体要坚固，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，以提高其稳定性和安全性。

水位井的建造形状可以是圆形或矩形，但其有效截面积一般不小于600mm x 600mm。

水位井筒内壁应该是垂直和光滑的。

为了节省投资，也可以根据浮于大小选用相应的工业管材，如钢管、PVC塑料管、混凝土预制管等。

然而，最好的建造
材料是钢筋混凝土。

进水口的尺寸大小应该能够起到一定的水流控制作用，既能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
般来说，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。

站房与水位井的相对位置关系一般有三种：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。

如果水位井建于站房内，站房面积一般约为6m²。

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。

如果天线挂高要求较低，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。

当天线堵与站房间距离超过5m时，应在两者之间架设钢丝，用于悬挂馈线。

如果遥测站和站房之间距离较远，水位信号线应该加装铁套管并埋入地下引入站房。

铁管应该接地良好，并且每隔10
米或在拐弯处建造连接井。

铁塔的高度应该由通信设计来决定。

一般情况下，没有必要因为一个独立的遥测水位站建造一个超过6米以上的铁塔。

铁塔太高会造成造价成倍增长，而且运输和安装也会带来一系列问题。

采用非接触式遥测水位计的测站可以省去测井的工作量。

感应探头悬挂在空中，不接触水面，通过超声波探测水面的高度。

非接触式遥测水位计特别适宜于含沙量大、水面漂浮物多的河流，或因各种原因采用浮子式较困难的河流。

非接触式遥测水位计可以用于监测各种水体，如人工水渠、水库水位、河道水位等。

近年来，黄河上新建的遥测水位站大多采用非接触式。

虽然非接触式省去了在水中建水位井的麻烦，但地面上需要建造传感器支撑铁塔或整体灌注桩形式支架。

非接触式超声波水位计的传感器安装高度要求超过历史最高水位。

主河道水位计及传感器安装架设需要建造传感器支撑铁塔或整体灌注桩型式。

如果使用铁塔，可以在底部打基础桩，上部建造三角铁塔(或四角塔)，在塔的中部(或顶部)设计一个
仪器百叶箱。

仪器箱需要通风透气，又要防雨、防冰雹。

在顶盖上安装太阳能电池板，另外横向伸出一个相应长度(如3~4m)的横杆作为固定传感器之用。

塔顶伸出一个高于天线5m的避
雷针，使天线及传感器位于避雷针的保护区之内。

避雷针地线接地电阻小于5～10Ω。

如果采用全灌注桩型式的安装架，基础可以加大、加深，上部要细。

可以根据当地的水流条件、冲刷要求来决定深度和尺寸大小，如底部埋入地下3～5m，直径为80—100cm，上部薄径为40cm即可。

仪器箱及伸出去的横杆同上，避雷措施也
同上。

另一种安装型式为岛式钢管和岸边钢塔式，在岸坡缓、支架伸出去较远时可采用岛式钢管，坡度较陡时采用岸边钢塔形式。

当遥测站的信息不能直接到达中心站时，需要建设中继站，用以传递信息。

一般情况下，一个中继站应连接几个或十几个遥测站。

因此，如果中继站运行不正常，将直接影响遥测站的信息传递，有时甚至使整个系统瘫痪。

同时，中继站的工作环境相对遥测站来讲较为恶劣，一般没有人看护，其土建的设计既要防止自然因素的破坏，又要防止人为因素的破坏。

设计方案
中心站是整个系统的核心，主要负责接收和处理各个中继站的数据，并进行监测预警。

中心站的设计需要考虑到以下几个方面：
1.环境条件
中心站应选址在交通便利、通讯设施完备、供电稳定的地点，建筑物应符合防火、防盗、防雷等要求。

2.设备选型
中心站设备应选用性能稳定、可靠性高的设备，并配备UPS电源和备用发电机组，确保设备运行的稳定性和可靠性。

3.网络通信
中心站应具备可靠的网络通信能力，建议采用双机热备、双路通信等技术手段，确保数据传输的可靠性和稳定性。

4.数据处理
中心站应具备强大的数据处理能力，能够对各个中继站的数据进行实时监测、分析和预警处理，并能够生成相应的报表和图表，方便用户进行数据分析和决策。

5.安全保障
中心站应采用多重安全保障措施，包括物理安全、网络安全、数据安全等方面的保障，确保系统的安全性和稳定性。

在中心站的设计过程中，需要充分考虑以上几个方面的要求，确保系统的可靠性和稳定性。

中心站的土建主要包括中心站房建设、站房装修以及中心站铁塔建设。

设计时应尽可能利用现有设施，以减少投资。

由于中心站的位置一般由业主单位选择，因此站房一般情况下不必单独建设。

但现有站房大多不能满足要求，需要对中心站进行改造和装修。

业主单位因通信、防汛等工作需要，一般在中
心站附近有高架铁塔可以利用。

如果不能满足要求，一般在房顶上设置一个不超过6m的塔杆就能满足要求。

中心站房可按计算机室标准建设，接地电阻应小于5Ω。

电源应根据不同设备设置相应的电气开关，例如空调机、电池充电机、___、网络服务器等，可以分别设置交流电三相电源、蓄电池组等。

室内要防尘、防潮，室温在20℃左右。

不安装
产生电磁于扰的设备，远离工业干扰源。

宜采用静电地板或墙壁贴墙纸。

铺设地板时各种电线、电缆线要预先计划好，排在地板下面。

避雷针必须高于天线顶端5m以上。

中心站用房一般包括机房、办公室、值班人员休息室、电源室、维修室等，一般不超过120m2.机房使用面积可按通信
设备、计算机、打印机、绘图仪以及其他辅助设备面积综合的
8-12倍计算。

若计算值小于20m2，可采用20m2.为使计算机
等有关设备能长期稳定地工作，延长使用寿命，在机房内应有防火、防静电和温湿度调节等设施。

计算机配电系统应有足够的容量，以满足系统耗电量的要求和系统扩充的需要。

计算机供电分为两个部分：一是计算机
设备供电系统，要保证计算机设备的可靠运行；二是为其他用电设备如空调设备、动力设备、照明设备等供配电的系统，称为机房辅助供电系统。

机房辅助供电设备(空调等供电设备)与
计算机设备应分开供电。

在机房内应使用可靠的空调设备，能提供适当的过滤加湿、解潮、空气流通等，以保证机房内的最佳操作环境。

地板应选择有表面抗静电的，以提供灵活的使用空间。

尽可能使用高性能材料，地板的任何一部分必须能支撑设备重量。

所有的吊顶、地板都应考虑到金属屏蔽。

为防止地回路的形成，计算机与设备要很好地隔离，禁止两地共用，各自有自己独立的接地系统。

接地系统包括：①交流保护接地，小于4Ω；②安全保护接地，小于1Ω；③防雷保护接地，小于4Ω。