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山洪災(zāi)害預(yù)警設(shè)備的革命性進(jìn)步

發(fā)布時間：2021-08-31 閱讀量：5406

嚴(yán)建華

（北京國信華源科技有限公司，北京，100053)

摘要：本文針對我國山洪災(zāi)害防治各個環(huán)節(jié)出現(xiàn)的問題進(jìn)行了初步總結(jié)，提出了新一代預(yù)警設(shè)備產(chǎn)品研發(fā)功能需求和系統(tǒng)架構(gòu)，對山洪災(zāi)害預(yù)警設(shè)備進(jìn)行了改進(jìn)，開發(fā)的新一代山洪預(yù)警設(shè)備全面解決了山洪災(zāi)害防御的“最后一公里”問題：一是預(yù)警信息直接入戶到人，為組織轉(zhuǎn)移增加有效預(yù)警時間30分鐘以上；二是以小流域?yàn)閱卧M(jìn)行防御，不依賴于外部電力和通訊條件；三是入戶報警設(shè)備與居民家用日常用品相結(jié)合，確保了群測群防設(shè)備留得住、存得下、關(guān)鍵時候用得上；四是設(shè)備具備系統(tǒng)自動報警、人工按鍵報警、接受縣級平臺信息并自動轉(zhuǎn)發(fā)報警、人工喊話報警四種功能，大大提高了預(yù)警信息發(fā)布保障率。

關(guān)鍵詞：山洪；預(yù)警設(shè)備；監(jiān)測

前言

2010年以來，我國開展大規(guī)模的山洪災(zāi)害防治項目建設(shè)，目前初步建成“專群結(jié)合”的山洪災(zāi)害防治非工程措施體系?！皩！奔磳I(yè)的監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，包括自動雨水情監(jiān)測系統(tǒng)、縣級山洪災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警平臺和專業(yè)的預(yù)警發(fā)布系統(tǒng)；“群”即群測群防，包括建立健全責(zé)任制體系、編制縣鄉(xiāng)村級山洪災(zāi)害防御預(yù)案、簡易監(jiān)測預(yù)警、宣傳、培訓(xùn)、演練等。無論是專業(yè)監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，還是群測群防，核心都是準(zhǔn)確監(jiān)測降雨和洪水、及時發(fā)布預(yù)警并傳遞預(yù)警、組織受威脅群眾轉(zhuǎn)移。從近年來山洪災(zāi)害防御實(shí)際來看，隨著山洪災(zāi)害防治項目建設(shè)，監(jiān)測信息來源的問題已經(jīng)得到初步解決，問題主要出在預(yù)警發(fā)布、預(yù)警傳遞等環(huán)節(jié)，也就是常說的“最后一公里”。在對實(shí)際案例分析和需求調(diào)研的基礎(chǔ)上，研制了新一代山洪災(zāi)害預(yù)警設(shè)備，全面解決了長期困擾山洪災(zāi)害防御的“最后一公里”問題。本文對山洪災(zāi)害防御中各個環(huán)節(jié)出現(xiàn)的問題進(jìn)行了初步總結(jié)，針對存在的問題提出了新一代預(yù)警設(shè)備產(chǎn)品研發(fā)功能需求和系統(tǒng)架構(gòu)，開發(fā)并總結(jié)了新一代山洪預(yù)警設(shè)備的特點(diǎn)和優(yōu)勢。

1 山洪災(zāi)害防御中的薄弱環(huán)節(jié)

2011年以來，我國年均出現(xiàn)有人員死亡的山洪災(zāi)害事件200余起，通過對實(shí)際案例的分析，可以查找出山洪災(zāi)害防御的薄弱環(huán)節(jié)，有針對性的改進(jìn)或研制新型預(yù)警設(shè)備。近幾年來，部分山洪災(zāi)害事件防御暴露出來的薄弱環(huán)節(jié)以下幾個方面。

1.1 監(jiān)測環(huán)節(jié)

暴雨山洪突發(fā)強(qiáng)、強(qiáng)度大，災(zāi)害發(fā)生時遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過電力、通信設(shè)施的防洪標(biāo)準(zhǔn)。自動監(jiān)測站點(diǎn)在超標(biāo)準(zhǔn)暴雨洪水發(fā)生時顯得十分脆弱，往往電力和通訊中斷，導(dǎo)致自動雨量、水位站無法及時報汛。

1.2 指揮決策環(huán)節(jié)

（1）縣級平臺運(yùn)行管理人員操作不熟悉，縣級平臺操作規(guī)程不具體，導(dǎo)致緊急情況下縣級平臺無法有效發(fā)出預(yù)警；

（2）由于依賴于通訊和電力設(shè)施，在極端情況下縣級監(jiān)測預(yù)警平臺無法有效監(jiān)測降雨和發(fā)出預(yù)警。

1.3 預(yù)警發(fā)布和傳遞環(huán)節(jié)

（1）預(yù)警信息傳遞難度大。分析原因一是預(yù)警響應(yīng)時間過短，山洪陡漲陡落，來勢猛，猝不及防。二是預(yù)警信息傳遞條件困難，傳遞信息多在夜間，路線艱險，缺乏有效工具能迅速入戶到人。三是防汛責(zé)任人壓力大，依靠挨家挨戶敲門等手段在短時間內(nèi)通知群眾轉(zhuǎn)移，體力消耗和心理壓力大。

（2）一些鄉(xiāng)鎮(zhèn)、村組的山洪防御責(zé)任落實(shí)有死角，防汛責(zé)任人不能及時傳遞預(yù)警信息，預(yù)警覆蓋范圍內(nèi)漏人、漏戶，預(yù)警信息不能及時傳遞到受威脅的每個人。

（3）前期配置的簡易監(jiān)測預(yù)警站點(diǎn)只能向鄰近防御對象發(fā)布信息，不具備直接將信息傳遞至關(guān)聯(lián)的上、下游防御對象的條件。

1.4設(shè)備自身環(huán)節(jié)

（1）前期配置的簡易監(jiān)測預(yù)警設(shè)備存在損毀現(xiàn)象，或者成為擺設(shè)。對于一個地區(qū)來說，山洪災(zāi)害為稀遇事件，很多簡易設(shè)備不經(jīng)常應(yīng)用，再加上缺乏有效保管，易損毀或丟失。

（2）預(yù)警廣播傳播距離受限，有被外部信息侵入風(fēng)險，而且管理難度大。

3 解決方案

3.1 需求分析

除加強(qiáng)山洪災(zāi)害防御專用設(shè)備的運(yùn)行管理之外，為了彌補(bǔ)上述薄弱環(huán)節(jié)，新一代預(yù)警設(shè)備應(yīng)具備以下條件：

（1）具備監(jiān)測和預(yù)警發(fā)布、傳遞功能。形成監(jiān)測和預(yù)警的封閉系統(tǒng)，最大限度減少中間環(huán)節(jié)，避免了因中間環(huán)節(jié)失效而不能及時發(fā)布預(yù)警的情況發(fā)生。

（2）預(yù)警信息直接入戶到人。山洪危險區(qū)內(nèi)每戶布設(shè)室內(nèi)報警設(shè)備，保障防洪現(xiàn)狀能力低的居民戶都能夠?qū)崟r收到預(yù)警信息。

（3）監(jiān)測與報警設(shè)備分離。按照流域的實(shí)際情況布設(shè)監(jiān)測設(shè)備，使監(jiān)測信息自動傳送至關(guān)聯(lián)的上、下游防御對象。

（4）室內(nèi)報警設(shè)備與常規(guī)日用品相結(jié)合，“平戰(zhàn)結(jié)合”，實(shí)現(xiàn)“日常家用，臨災(zāi)報警”，讓專有設(shè)備能夠在群眾家中留的住，關(guān)鍵時刻用的上。

（5）具有組網(wǎng)通信能力，在臨災(zāi)情況下，不依賴于外部電力和通訊條件。

（6）具備自動報警和人工報警兩種功能，一般情況下，系統(tǒng)根據(jù)預(yù)設(shè)的閾值自動報警。防汛責(zé)任人研判災(zāi)情發(fā)生程度也可手動發(fā)出預(yù)警。

3.2 新型山洪預(yù)警系統(tǒng)

3.2.1系統(tǒng)架構(gòu)

新型山洪預(yù)警系統(tǒng)緊密結(jié)合山洪災(zāi)害調(diào)查評價成果，以小流域?yàn)閱卧荚O(shè)，包括入戶型簡易雨量站、入戶型簡易水位站、入戶報警器、防汛呼叫器、無線中繼站等。新型山洪預(yù)警系統(tǒng)拓?fù)鋱D見圖1。

圖1 新型山洪預(yù)警系統(tǒng)拓?fù)鋱D

（1）入戶型簡易雨量站。入戶型簡易雨量站可實(shí)時監(jiān)測降雨，雨量監(jiān)測值超預(yù)警閾值后，可自動向入戶報警器傳送預(yù)警信息。

（2）入戶報警器。入戶報警器具有接收從入戶型簡易雨量站傳來的實(shí)時雨量、其他預(yù)警信息顯示和播報功能，當(dāng)雨量超過預(yù)設(shè)閾值時可以通過聲、光、數(shù)據(jù)顯示三重報警形式及時向屋內(nèi)居民發(fā)出預(yù)警。入戶報警器采用家庭日用品與報警器結(jié)合的親民形態(tài)，入戶報警器配置直流備用電源，供交流停電時使用。入戶報警器還兼具“明白卡”的功能，以不干膠貼紙張貼轉(zhuǎn)移路線及臨時安置地點(diǎn)、轉(zhuǎn)移注意事項等，可確保以家庭為單位分散轉(zhuǎn)移時按指定路線轉(zhuǎn)移不慌陣腳，也在日常生活中潛移默化起到了山洪災(zāi)害防御常識宣傳教育作用。

（3）防汛呼叫器。一般情況下，入戶型簡易雨量站和入戶報警器直接組網(wǎng)，系統(tǒng)自動傳送雨量監(jiān)測信息和預(yù)警信息入戶到人。同時，系統(tǒng)還考慮了人工干預(yù)的環(huán)節(jié)，開發(fā)了專用的防汛呼叫器，用以應(yīng)對系統(tǒng)自設(shè)預(yù)警指標(biāo)過高而人工觀測災(zāi)情已經(jīng)出現(xiàn)的情況。防汛呼叫器一鍵發(fā)射預(yù)警信息、接收縣級平臺預(yù)警信息并轉(zhuǎn)發(fā)入戶、向入戶報警器單向喊話三種報警方式。一鍵發(fā)射方式充分利用了防汛責(zé)任人的經(jīng)驗(yàn)，可解決預(yù)警指標(biāo)不準(zhǔn)而誤發(fā)預(yù)警的情況，單向喊話的方式增加了群眾的踏實(shí)感，也可成為通知開會的好工具。通過防汛呼叫器的三種報警方式再加上系統(tǒng)內(nèi)置預(yù)警指標(biāo)自動報警的方式，形成了預(yù)警信息發(fā)送的“四保險”，解決了以往的預(yù)警信息發(fā)送保障率低的問題。

（4）預(yù)警信息屏?？山邮斩绦?、入戶型簡易雨量站、入戶型簡易水位站數(shù)據(jù)，當(dāng)雨量/水位監(jiān)測站發(fā)送預(yù)警信息時，預(yù)警信息屏中斷常規(guī)文字播放內(nèi)容轉(zhuǎn)而播放預(yù)警文字信息。戶外預(yù)警信息屏宜安裝在居民集中處和學(xué)校、廠礦等單位。

（5）無線中繼站。主要適用于入戶型簡易雨量站與流域內(nèi)關(guān)聯(lián)居民區(qū)距離較遠(yuǎn)的應(yīng)用環(huán)境。

3.2.2 系統(tǒng)布設(shè)原則

新型山洪預(yù)警系統(tǒng)以流域?yàn)閱卧荚O(shè)，直接將位于流域中心的降雨監(jiān)測值和預(yù)警信息傳送至位于山洪災(zāi)害危險區(qū)的居民戶內(nèi)。結(jié)合山洪災(zāi)害調(diào)查評價成果，提出的系統(tǒng)各設(shè)備布設(shè)原則如下（布設(shè)示例見圖2）。

（1）入戶型簡易雨量站及對應(yīng)的入戶報警器原則上按照小流域布設(shè)，原則上流域面積10-30km2建設(shè)一套。

（2）入戶型簡易雨量站應(yīng)盡量安裝在流域中心或者暴雨中心等代表性地段，同時考慮地形抬升等因素影響。

（3）入戶報警器依據(jù)山洪災(zāi)害調(diào)查評價成果，原則上防洪現(xiàn)狀低于百年一遇以下的居民戶全部安裝。針對一般村民采用入戶報警器（家庭版），機(jī)關(guān)、企業(yè)、廠礦可采用入戶報警器（專業(yè)版）。

（4）在集中居民點(diǎn)防汛責(zé)任人值班地點(diǎn)安裝入戶報警控制器。

（5）無線中繼站應(yīng)安裝在雨量站與入戶報警器集中安裝區(qū)域的中間地點(diǎn)（選點(diǎn)應(yīng)地勢較高且相對空曠），發(fā)射天線應(yīng)朝向入戶報警器集中區(qū)。

圖2 新型山洪預(yù)警系統(tǒng)布設(shè)示意圖

3.2.3系統(tǒng)特點(diǎn)

（1）同時具有監(jiān)測和預(yù)警功能，監(jiān)測預(yù)警信息直接進(jìn)入入戶報警器，省去信息傳遞的中間環(huán)節(jié)；

（2）預(yù)警終端入戶，與日常用品相結(jié)合，使用者有積極性；

（3）系統(tǒng)具有預(yù)設(shè)的預(yù)警指標(biāo)判定自動預(yù)警和人工發(fā)出預(yù)警兩種方式。

（4）自組網(wǎng)，不依賴通訊公網(wǎng)傳遞預(yù)警信號，無通訊費(fèi)用，不依賴外部電力；

（5）結(jié)合山洪災(zāi)害調(diào)查評價成果，提出了設(shè)備布設(shè)原則，形成了完整的應(yīng)用方案。

3.3 應(yīng)用實(shí)例

為驗(yàn)證新型山洪預(yù)警設(shè)備使用效果，結(jié)合山洪災(zāi)害防治非工程措施示范區(qū)建設(shè)，在典型流域進(jìn)行了實(shí)地布設(shè)。該流域82.47km2，涉及3個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，9個行政村，21個沿河村落，有企事業(yè)單位6個，小學(xué)1座。

根據(jù)以上系統(tǒng)布設(shè)原則，將該流域再劃分為5個小流域，以小流域?yàn)閱卧荚O(shè)入戶型簡易雨量站，流域中心點(diǎn)建設(shè)入戶型簡易雨量站5個；流域有2個小型水庫，采用開敞式溢洪道泄洪，在水庫溢洪道下游設(shè)置2個入戶型簡易水位站，在2條河道匯合口也設(shè)置1個水位站；流域內(nèi)受威脅居民戶572個和受威脅企業(yè)6個建設(shè)入戶型報警器家庭版578個?？紤]到防汛責(zé)任人要到行政村一級，故涉及的9個行政村村長家將安裝防汛呼叫器9套，根據(jù)通信范圍和距離加裝無線中繼站6套，具體設(shè)備布設(shè)情況見圖3。

圖3 入戶預(yù)警系統(tǒng)站網(wǎng)布置圖

該流域入戶報警系統(tǒng)應(yīng)用有以下幾個特點(diǎn)：一是突破原有的信息傳遞體制，從圖2可見，流域橫跨3個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，新型的監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)沒有按照鄉(xiāng)鎮(zhèn)行政區(qū)分布，而是按照流域布設(shè)監(jiān)測和預(yù)警設(shè)備，更加符合物理邏輯。二是結(jié)合山洪災(zāi)害調(diào)查評價成果，按照流域中心布設(shè)監(jiān)測站點(diǎn)，入戶預(yù)警設(shè)備將防洪現(xiàn)狀在百年一遇以下的居民戶全部覆蓋，確保了雨量監(jiān)測和預(yù)警信息傳送范圍準(zhǔn)確。三是在水庫溢洪道和河流交匯口布設(shè)水位監(jiān)測設(shè)備，預(yù)警終端位于河道下游居民戶內(nèi)，將河道洪峰演進(jìn)時間轉(zhuǎn)化為預(yù)警時間，增加了群眾響應(yīng)和轉(zhuǎn)移應(yīng)對時間。

4 山洪災(zāi)害預(yù)警設(shè)備革命性進(jìn)步

山洪來勢猛、流速快、破壞力大，最為關(guān)鍵的就是利用有限時間傳遞預(yù)警信息至每一個受威脅的人員并組織轉(zhuǎn)移，也就是“最后一公里”，相對于傳統(tǒng)的山洪災(zāi)害自動監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)和簡易監(jiān)測預(yù)警體系，研制的新型山洪災(zāi)害預(yù)警設(shè)備成功的解決了困擾已久的最后一公里問題。

表1 自動和簡易監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)存在的問題及新型預(yù)警設(shè)備應(yīng)對解決方案

項目	存在問題	新型預(yù)警設(shè)備應(yīng)對	問題是否解決
自動系統(tǒng)和簡易系統(tǒng)共有	響應(yīng)時間過短	預(yù)警信息直接入戶到人，省去了挨家挨戶通知傳遞的預(yù)警信息環(huán)節(jié)	一般情況下增加有效預(yù)警時間30分鐘以上
	防汛責(zé)任人壓力過大	具備無人值守時自動監(jiān)測預(yù)警并傳遞信息的功能	解決
	防汛責(zé)任人傳遞預(yù)警信息工作強(qiáng)度大	直接入戶到人，省去了挨家挨戶通知傳遞預(yù)警信息的環(huán)節(jié)	解決
	預(yù)警信息發(fā)布“漏人”“漏戶“	結(jié)合調(diào)查評價成果，原則上防洪現(xiàn)狀在百年一遇以下的居民戶全部安裝入戶報警器	解決
	預(yù)警信息不能完成保障發(fā)出	設(shè)備具有預(yù)警信息發(fā)布“四保險”機(jī)制	解決
自動系統(tǒng)	極端條件下通訊、電力中斷，系統(tǒng)失效	自組網(wǎng)，不依賴外部電力和通訊	解決
	監(jiān)測、預(yù)警發(fā)布、傳遞環(huán)節(jié)多，整體系統(tǒng)較為脆弱	形成自封閉系統(tǒng)，無中間環(huán)節(jié)	解決
	存在一定的通訊和運(yùn)行費(fèi)用	自組網(wǎng)，無通訊費(fèi)用	解決
簡易系統(tǒng)	不具備直接將信息傳遞至關(guān)聯(lián)的下游防御對象的條件	以小流域?yàn)閱卧荚O(shè)	解決
	設(shè)備保管看護(hù)難度大	和群眾日常用品結(jié)合，群眾歡迎	解決
	內(nèi)置預(yù)警指標(biāo)不準(zhǔn)	人工觀測災(zāi)情，通過一鍵發(fā)射預(yù)警信息或人工喊話通知	解決
	設(shè)備內(nèi)置預(yù)警指標(biāo)無人調(diào)整	“物防”和“人防”互相反饋，初步建立預(yù)警指標(biāo)修正調(diào)整機(jī)制	部分解決

5 結(jié)語

綜上所述，新型山洪預(yù)警設(shè)備在預(yù)警信息傳遞速度、發(fā)布保障率、發(fā)送范圍精準(zhǔn)化、設(shè)備保管體制、預(yù)警指標(biāo)修改反饋機(jī)制上都有質(zhì)的飛躍，而且有效解決了“?！焙汀叭骸眱煞N體系的固有不足。另外，人工干預(yù)報警和系統(tǒng)自動報警兩種方式互補(bǔ)、預(yù)警終端入戶到人并與日常用品相結(jié)合等思路在滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害防御中也有較大的應(yīng)用價值。

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