论澜沧江洪水预警系统的建立

摘 要: 介绍了3S技术在防洪各工作环节中发挥的作用;3S技术是澜沧江防洪数据采集的有效手段,基于3S的防洪决策会商,集洪水预测、汛情监视、防汛会商、抢险救灾等于一体,能使防汛部门在较短时间内,全面了解和掌握澜沧江防汛的实际问题,为防汛方案制定和防汛指挥提供了有力的决策依据。

关键词: 3S;澜沧江防洪;决策会商

中图分类号: TP27

1 引言

澜沧江洪水主要由暴雨形成,上游河段融雪也有一定影响,年最大洪水出现在6～10月,其中7～8月出现次数最多,洪水历时较长,一般15～20天。澜沧江流域的洪涝灾害,主要发生在中下游的云南地区,根据50～80年代近30年的资料统计,洪涝灾害平均3～5年出现一次。全流域洪水以1905年、1924年及1966年洪水最大。1905年澜沧江下游和邻近的金沙江中下游和长江上游发生大水灾,澜沧江下游允景洪调查洪峰流量达17100m3/s,下游受灾严重。1924年澜沧江、金沙江和雅砻江发生大洪水,澜沧江下游允景洪站调查洪峰15000m3/s,云南36个州县受灾严重,金沙江下游淹死人畜数千。

2 建立澜沧江洪水预警系统

将信息技术和计算机技术应用到流域管理和水资源管理,通俗地讲,就是把澜沧江装进计算机,即数字水利。数字水利的重要组成部分为:(1)条件:先进的数据采集和传输系统,关系型数据库;(2)关键:掌握现代化数值技术的人(特别是具有水利、环境综合知识背景的专门人材)是实现数字水利的根本保证;(3)核心:一系列的管理软件和数值模拟,决策的程序包(数学模型)。由系统对流域洪水频率的评估,了解防洪建筑物的现状,进行一系列预案分析,洪水风险和损失分析,制定合理的规划与措施,建立包括洪水预报在内的决策支持系统。

3 3S在防洪决策会商中的应用

将3S技术应用于防洪救灾的各阶段,能够实现澜沧江防洪的数字化,构筑确保澜沧江安澜的现代化屏障,是“数字澜沧江”建设的首要任务。从抗洪救灾的整个流程来看,3S在防洪决策会商中的应用主要体现在数据准备、汛前预测、汛期抢险和汛后评估四个环节。

其中,澜沧江基础地理信息服务提供“原型澜沧江”的真实数据,为“数字澜沧江”建设提供基础数据;澜沧江数字模拟将澜沧江装进计算机,形象、立体、直观地展示澜沧江流域地形地貌、工程体系,有利于提高防洪决策的科学化、快速化水平;汛前预测、汛情监测帮助预测和监测洪水;远程防汛会商、抢险救灾方案制定实现异地专家的远程讨论协商,从而制定及时、有效的防灾措施;防洪抢险是根据救灾方案,迅速反应应对洪灾;汛后评估是灾后工作,为救灾物资投放和灾区重建提供辅助决策。

3.1 澜沧江基础地理信息服务

澜沧江基础地理信息是观察、了解、认识澜沧江自然现象及规律的基础,是澜沧江治理开发各项工作(包括防洪减灾、水量调度、水环境监测、水资源开发利用、水土保持、水利工程规划等)必不可少的数据支持。随着“数字澜沧江”工程及澜沧江信息化的深入开展,相关业务部门及应用系统对地理信息的依赖愈加明显,对现势性、动态性及空间精度也提出更高的要求。

3S技术是目前对澜沧江基础地理信息获取、存储管理、更新、分析和应用的三大支撑技术,为澜沧江的防洪决策提供了基础的数据支持。其中,RS凭借其多分辨率、多时相、多传感器的特性,为澜沧江基础地理信息的快速采集和更新提供了新方法、新手段;GPS以其高精度、快速、实时定位的特性,广泛应用于澜沧江遥感影像的地面控制点测量;GIS为澜沧江基础地理信息的存储、管理、分析、应用提供了有效工具。

澜沧江数字模拟指根据采集到的“原型澜沧江”数据,在计算机中建立现实澜沧江的虚拟对照体,将澜沧江的流域概貌、工程信息等以数字的形式展示给用户。利用这条虚拟的河流,我们能够更加方便的模拟、分析、研究澜沧江的自然现象,探索其内在规律,为澜沧江的治理、开发和管理提供更方便、准确、快捷的决策支持,这是采集澜沧江基础地理信息的目的之一,也是“数字澜沧江”工程这一高瞻远瞩的治河理念的具体体现。

综合利用3S、网络、数据库等高新技术,建立三维数字澜沧江,以图、文、表等多种方式动态形象地展示流域场景,实现在三维环境下的洪水灾情信息显示、查询,在澜沧江的防汛指挥、工情险情会商中作用巨大。它不仅能实现防洪决策的科学化、快速化,将澜沧江防洪推向更高、更新台阶;而且,还能服务于气象水文、水土保持、水量调度、水资源保护等领域,为澜沧江的治理规划提供基础的数字化平台。

3.2 汛前预测

汛前预测包括根据历史数据和实时水雨情的预测及基于真实地形的洪水演进模拟预测。

(1)根据历史数据和实时水雨情的预测。

利用RS技术,对易发生险情区域的实时水雨情进行监测,获得这些区域的动态监测数据。利用GIS和数据库管理技术,将险情区域的历史数据(包括洪峰流量、水利工程信息、蓄滞洪区、洪水淹没信息、水雨情信息)和实时的水雨情等专题信息采集、入库,进行有效的存储管理,建立区域历史及现状专题信息数据库。根据GIS的查询统计功能,推算出澜沧江各险情区域水雨情信息与发生洪灾可能的经济损失;可能的受灾人口(涉及社会因素);迁安能力(人数、道路、车辆调度);重点保护区(交通大动脉、重要工业基地、军事要地); 抢险物资储运,提前做好防汛救灾准备。

(2)基于真实地形的洪水演进模拟预测。

基于真实地形的洪水演进模拟即在三维环境下真实、形象地表现出水流演进过程和河道泥沙冲淤变化情况。利用GIS强大的模型计算和空间分析功能,将二维水沙数学模型计算结果与澜沧江下游河道工程联系在一起,可以为澜沧江下游防汛提供有效的支持。每年汛前利用RS和GPS等先进的测绘技术,对澜沧江下游河道进行测量,根据测量结果修正数字虚拟平台的数字高程模型,然后在该虚拟三维平台上对不同级别、成因和工程条件下的洪水过程进行模拟演进。依据洪水演进结果,制订不同级别洪水条件下下游滩区人员撤退方案或其它有效的避险措施;对可能出现险情的工程,确定需要在多长时间内做好物料、人员、机械设备等抢险准备工作。

3.3 汛期抢险

(1) 汛情监测。

洪水来临,可能造成大量地块被淹,形成交通堵塞、山体滑坡、泥石流等次生灾害;另外,由于洪水蔓延速度快、淹没范围广,仅凭人力无法对洪水的淹没范围和行进情况有个宏观、直接地了解,但是,RS为解决这个问题提供了极其有效的工具。经处理过的遥感影像地形特征明显、地物特征清晰,可为防汛指挥提供静态的背景数据和瞬时的动态数据。

另外,GPS与GIS和移动通信技术集成,可生产出一种手持式防汛巡堤查险报警系统,防汛巡查员能够快速地将发生险情的地点和险情相关信息发送到指挥中心的监控系统,及时做出反应。GPS技术同样可用于野外数据(如墒情数据、水质数据、大坝变形情况等)的采集;实现监测过程自动化,无需专人监守,降低了人力、物力、财力消耗,极大提高了生产效率;还可实现全天时、全天候观测,为防汛指挥提供及时、全面的信息。

(2) 远程防汛会商。

澜沧江下游防汛指挥机构由各级防汛指挥部构成,沿江各县、乡成立相应的防汛指挥部,负责所辖河段的防汛工作。随着汛情的发展,可能需要在短时间内进行会商。在有关人员难以及时到达会场的情况下,就需要进行异地会商。根据会商的级别和规模,会商决策成员可能来自不同的省、市甚至国家,在地域上具有分布性。

(3)抢险救灾方案的制定。

确定灾情及发展趋势;救灾物数量与运输路线;为后继洪水调度方案决策提供依据;迁安人员的安置;灾后重建的准备。

在三维平台上,使用成熟的评估模型及己定的参数,对每一个调度预案进行空间模拟、计算水流方向、淹没范围、各点水深、俺没历时等等;再结合社会经济数据库,估算保护范围内减少的洪涝灾害损失和淹没区加大的洪涝灾害,用以评定各预案的优劣,找出最佳预案,迅速反应,把灾害损失降到最小。

(4)防洪抢险。

在洪水威胁地区迅速组织群众转移撤退,是防汛决策者的重要职责。利用GIS的缓冲区分析功能,确定洪水可能淹没的区域,使这些区域的人员、物资得到及时的转移。利用GIS的网络分析和叠加功能来计算道路长度,分析每一路段、桥梁的通行能力,确定最佳路径,实现抢险队伍的最佳调配和防汛物资的快速调拨。另外,在抢险过程中,工程险情的发展、抢险人员的分布、抢险物资的变动等情况也需要用GIS管理。

在防汛抢险期间,安装GPS车辆监控系统的运输车辆或船只可以实时地处于防汛指挥调度人员的监控之下,有利于抢险车辆的随时调配。

3.4 汛后评估

灾后家园重建是灾后的重要工作,基于遥感影像地图和大比例尺的地图数据,在地图上选取待规划区域,综合考虑周围地形、经济等因素,利用GIS的空间分析技术,对各规划区域进行详细的评选,确定一个可靠、实用的重建地,及时恢复灾区的规划生产。

4 结语

澜沧江洪水蔓延区域广泛,决策会商涉及人员众多。如何在短时间内把握洪水的瞬时变化及演变趋势、聚集各级防汛部门快速做出防洪决策,是有效控制洪水的首要问题。3S技术以帮助获取原型澜沧江实时信息,构建三维数字澜沧江,模拟洪水演进和泥沙冲淤变化趋势,延长了洪水预见期;帮助实现各级防洪部门的远程决策会商,快速制定救灾方案,有效缩短了抗洪救灾时间,为防洪部门掌握全局、科学指挥提供了强有力的工具,为防洪部门掌握全局、科学指挥提供了强有力的工具,为防洪工作科学化、信息化、现代化迈出了新的一大步。

参考文献

[1] 乔瑞波,李仁杰,郭风华.RS、GIS在防汛指挥决策中的应用[J].邢台学院学报,2006,21(4),8385.

[2]许志勇.全球定位系统在防汛抢险工作中的应用[J].防汛与抗旱,2002,18(3),44.

[3]闫亚萍,张华等.澜沧江下游“二级悬河”的成因及治理措施探讨[J].中国防汛抗旱,2006,20(2),5759.