一种双模式山洪预警控制系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种双模式山洪预警控制系统及方法，属于灾害预警技术领域，尤其与一种基于临界雨量和土壤含水量饱和度的山洪预警控制系统建立方法有关，具体地说是一种耦合了临界雨量和土壤含水量饱和度的对山洪灾害进行综合研判和预警的控制系统。该系统在山洪易发地区或地质脆弱地区建立工作站（工作站附近无山洪发生隐患），在监测区域布置土壤水分测定仪、数据传输器、自记雨量计、自动气象站、GPS基站等设施。该系统耦合了临界雨量和土壤含水量饱和度，利用这两种方法分别判定山洪发生的可能性和大小。从单一标准转变为双重保证，提高了监测的灵敏度和准确率。本发明专利技术可广泛应用于山丘区，实现对山洪灾害进行更为准确、及时、高效地监测预警。

【技术实现步骤摘要】
一种双模式山洪预警控制系统及方法
本专利技术涉及一种双模式山洪预警控制系统及方法，特别涉及一种基于临界雨量和土壤含水量饱和度的山洪预警控制系统，属于灾害预警

技术介绍
山洪是山区溪沟中发生的暴涨暴落的洪水，由于山区地面和河床坡降都较陡，降雨后产流和汇流都较快，会形成急剧涨落的洪峰，所以山洪具有突发性、水量集中、破坏力强等特点。在全球气候变化的深刻背景下，我国山丘区发生山洪灾害的次数和强度也越来越频繁和剧烈。每年因山洪暴发而得不到及时预警造成的人员和财产损失更是数不甚数。如何做到及时、准确地预警山洪，是许多灾害学方面的学者和专家的研究重点。目前，对于山洪的预警主要通过两方面来实现：第一，建立卫星遥感远距离监测系统，通过分析遥感数据和水文气象数据，对山洪可能发生的区域做出初步判断；第二，通过记录降雨量数据，建立降雨量与山洪发生的关系，利用大数据并结合人工经验，制定山洪的预警方案和措施。以上两种方法均存在不足和缺陷，如：利用卫星遥感虽然可以获得山洪暴发的大致位置，但是准确度并不高。此外，山洪发生的破坏程度和发展速度也无从所知；再如：利用建立降雨量和山洪之间的关系，这种方法需要对降雨的临界值（阈值）进行判别，对预警临界值的判定是实现可靠性预警的关键核心问题。目前，对于后者确定预警临界值，国内外的方法大致可分为以下两种：一种是基于统计学原理研究分析山洪与降雨量的数学关系，根据气象资料利用线性回归等数学方法建立山洪发生率与降雨量（或降雨强度）的数学关系，并利用这些数学关系对灾害进行预测预报；另一种是从降雨诱发山洪的机理出发，结合稳态水文概念，建立和地质结构、水文、气象相关的模型来估计临界雨量。水文和地质工作者也在实践中总结出一些新的监测方法和实物创新。中国技术专利CN204706146U介绍了一种野外山洪预警系统，当山洪来临，系统中的水位警报器被触发，灾害信息通过无线传输技术向外界传送，提高了山洪预警的即时性；中国专利CN105225427A介绍了一种基于超渗产流原理的山洪预警简便装置，以超渗产流理论为基础，将超渗产流过程模型化、可视化，普适性强，提高了山洪预警精度；中国专利CN105608840A介绍了一种基于融合定量降雨预报算法的山洪预警平台及预警方法，通过建立灾害区背景模块、实时信息模块等，将现有气象降雨预报技术纳入山洪预警应用方案中，并考虑不同预见期降雨预报的不确定性；中国专利CN104318103A介绍了一种滑坡灾害监测预警降雨阈值判定方法，它通过将模型试验和降雨触发滑坡破坏变形相关性进行耦合，在地震灾害区建立破坏地质模型，从而获得降雨滑坡预警临界参考值。因此，开发一种基于临界雨量和土壤含水量饱和度的山洪预警控制系统，从土壤含水量饱和度作为新的切入口，将临界雨量和土壤含水量饱和度进行耦合，综合研判山洪灾害等级，及时、准确、全面地做出灾害预警。该系统对于应对全球气候变化背景下，因降雨变化而导致的山洪灾害，实现双重标准下，提高对灾害提前评估的准确性，满足未来山洪预警系统发展更加全面化、智能化、精准化的要求具有理论意义和应用价值。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于临界雨量和土壤含水量饱和度的山洪预警控制系统，属于灾害预警
，尤其与一种基于临界雨量和土壤含水量饱和度的山洪预警控制系统建立方法有关，具体地说是一种耦合了临界雨量和土壤含水量饱和度的对山洪灾害进行综合研判和预警的控制系统。该系统在山洪易发地区或地质脆弱地区建立工作站（工作站附近无山洪发生隐患），在监测区域布置土壤水分测定仪、数据传输器、自记雨量计、自动气象站、GPS基站等设施。该系统耦合了临界雨量和土壤含水量饱和度，利用这两种方法分别判定山洪发生的可能性和大小。从单一标准转变为双重保证，提高了监测的灵敏度和准确率。本专利技术耦合了临界雨量和土壤含水量饱和度，并将其综合运用在该控制系统中。利用土壤水分测定仪对预警区域土体的含水量进行测定，EDI将其转换成相应的土壤含水量饱和度，并提出五种不同级别的山洪灾害预警等级；利用自记雨量计对监测区域的降雨量进行采集和记录，建立山洪灾害与临界雨量的关系，提出三种不同级别的山洪灾害预警等级；配合使用无人机实时高空监测，综合PIV粒子图像测试仪和高清晰野外照相机将山洪暴发的状况、发展趋势以及蔓延态势等信息实时传回监测中心。本专利技术是一种双模式、多用途、高精度、覆盖广的山洪灾害预警系统。本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：一方面，本专利技术提供一种双模式山洪预警控制系统，包括用于提供能源的能源子系统以及数据采集子系统、数据转换及传输子系统、灾害判定子系统、预警子系统，其中：数据采集子系统包括：土壤水分测定仪，用于实时采集监测区域内的土壤含水量；自记雨量计，用于实时采集监测区域内的24h降雨量；数据转换及传输子系统包括：电子数据交换器，用于将土壤水分测定仪采集到的土壤含水量转换为相应的土壤含水量饱和度；EDI数据传输器，用于将土壤含水量饱和度、24h降雨量传输至灾害判定子系统；灾害判定子系统，用于根据接收到的土壤含水量饱和度、24h降雨量，对山洪灾害的程度进行判定，并将判定结果通过EDI数据传输器传输至预警子系统；预警子系统，用于根据灾害判定子系统对山洪灾害程度的判定结果，向周边地区推送预警信号。作为本专利技术的进一步优化方案，所述数据采集子系统还包括：自动气象站，用于实时采集监测区域内的风速和气温数据；PIV粒子图像测试仪，用于实时采集监测区域内的土体的内部颗粒变化；无人机、高清晰野外照相机，用于实时采集监测区域内的土体的外部动态变化；自动气象站、PIV粒子图像测试仪、无人机、高清晰野外照相机分别与EDI数据传输器连接。作为本专利技术的进一步优化方案，所述预警子系统包括GPS基站和移动通信基站。作为本专利技术的进一步优化方案，所述能源子系统包括太阳能光伏电板、风能发电设备以及蓄电池。另一方面，本专利技术还提供一种双模式山洪预警控制方法，包括如下具体步骤：1）利用土壤水分测定仪、自记雨量计分别对监测区域内的土壤含水量、24h降雨量进行实时采集；2）将采集到的土壤含水量转换为相应的土壤含水量饱和度：土壤含水量饱和度=土壤含水量/张力水容差；3）根据24h降雨量与临界雨量的倍比关系，将山洪灾害程度划分为三个等级：若24h降雨量约等于临界雨量，则系统判定为三级，即山洪黄色预警；若24h降雨量在1倍临界雨量和两倍临界雨量之间，则系统判定为二级，即山洪橙色色预警；若24h降雨量大于2倍临界雨量，则系统判定为一级，即为山洪红色预警；4）根据历时暴雨强度以及24h降雨量，确定土壤含水量饱和度的阈值，在此阈值区间内，将山洪灾害程度划分为五个等级：若实测降雨量未超过1h点暴雨量，则系统判定为五级，即山洪安全预警；若实测降雨量介于1h和3h点暴雨量之间，则系统判定为四级，即山洪低危预警；若实测降雨量介于3h和6h点暴雨量之间，则系统判定为三级，山洪中危预警；若实测降雨量介于6h和12h点暴雨量之间，则系统判定为二级，即山洪高危预警；若实测降雨量大于12h点暴雨量，则系统判定为一级，山洪极高危预警；5）将步骤3和4得到的判定结果作为预警信息，以山洪灾害发生处为中心，分别向周边地区进行推送。作为本专利技术的进一步优化方案，步本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双模式山洪预警控制系统，其特征在于，包括用于提供能源的能源子系统以及数据采集子系统、数据转换及传输子系统、灾害判定子系统、预警子系统，其中：数据采集子系统包括：土壤水分测定仪，用于实时采集监测区域内的土壤含水量；自记雨量计，用于实时采集监测区域内的24h降雨量；数据转换及传输子系统包括：电子数据交换器，用于将土壤水分测定仪采集到的土壤含水量转换为相应的土壤含水量饱和度；EDI数据传输器，用于将土壤含水量饱和度、24h降雨量传输至灾害判定子系统；灾害判定子系统，用于根据接收到的土壤含水量饱和度、24h降雨量，对山洪灾害的程度进行判定，并将判定结果通过EDI数据传输器传输至预警子系统；预警子系统，用于根据灾害判定子系统对山洪灾害程度的判定结果，向周边地区推送预警信号。

【技术特征摘要】
1.一种双模式山洪预警控制系统，其特征在于，包括用于提供能源的能源子系统以及数据采集子系统、数据转换及传输子系统、灾害判定子系统、预警子系统，其中：数据采集子系统包括：土壤水分测定仪，用于实时采集监测区域内的土壤含水量；自记雨量计，用于实时采集监测区域内的24h降雨量；数据转换及传输子系统包括：电子数据交换器，用于将土壤水分测定仪采集到的土壤含水量转换为相应的土壤含水量饱和度；EDI数据传输器，用于将土壤含水量饱和度、24h降雨量传输至灾害判定子系统；灾害判定子系统，用于根据接收到的土壤含水量饱和度、24h降雨量，对山洪灾害的程度进行判定，并将判定结果通过EDI数据传输器传输至预警子系统；预警子系统，用于根据灾害判定子系统对山洪灾害程度的判定结果，向周边地区推送预警信号。2.根据权利要求1所述的一种双模式山洪预警控制系统，其特征在于，所述数据采集子系统还包括：自动气象站，用于实时采集监测区域内的风速和气温数据；PIV粒子图像测试仪，用于实时采集监测区域内的土体的内部颗粒变化；无人机、高清晰野外照相机，用于实时采集监测区域内的土体的外部动态变化；自动气象站、PIV粒子图像测试仪、无人机、高清晰野外照相机分别与EDI数据传输器连接。3.根据权利要求1所述的一种双模式山洪预警控制系统，其特征在于，所述预警子系统包括GPS基站和移动通信基站。4.根据权利要求1所述的一种双模式山洪预警控制系统，其特征在于，所述能源子系统包括太阳能光伏电板、风能发电设备以及蓄电池。5.一种双模式山洪预警控制方法，其特征在于，包括如下具体步骤：1）利用土壤水分测定仪、自记雨量计分别对监测区域内的土壤含水量、24h降雨量进行实时...

【专利技术属性】
技术研发人员：王卫光，郑佳重，丁一民，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32