1 引言
山洪是发生在山区溪流中快速、强大的地表径流现象，是特指发生在山区流域面积较小的溪沟或周期性流水的荒溪中，为历时较短，暴涨暴落的地表径流。山洪水量大，流速快，常裹带大量石块和泥沙，带来冲垮公路桥樑、毁坏村庄建筑等灾难性结果。山洪灾害常造成人身伤亡和财产损失，危害巨大。
针对山洪的防治工作重点在于对山洪的监测。降雨是引发山洪灾害的直接因素。国内外针对山洪灾害的监测重点都集体中在对水雨情的监测上。由于山洪发生地点环境的限制，山洪监测系统的数据通讯一直是一个需要解决的难题。若采用线缆，不仅铺设很麻烦，而且成本太高，难以维护。因此，现在的监测系统基本都采用无线方式。但是，无线方式存在一个不稳定的劣势。本文通过嵌入GPRS/GSM、无线数传电台、卫星三种通讯方式，开发了一个根据环境情况进行自适应的山洪监测系统。
2 山洪灾害的成因
（1）地形地貌因素
山洪灾害易发地区的地形往往是山高、坡陡、谷深，切割深度大，侵蚀沟谷发育，其地质大部分是渗透强度不大的土壤，如紫色砂页岩、泥质岩、红砂岩、板页岩发育而成的抗蚀性较弱的土壤，遇水易软化、易崩解，极有利于强降雨后地表径流迅速汇集，一遇到较强的地表径流冲击时，从而形成山洪灾害。山洪灾害形成的地形地质条件包括地形地貌、地层岩性、地质构造和新构造运动等。
（2）气象水文因素
副热带高压的北跳南移，西风带环流的南侵北退，以及东南季风与西南季风的辐合交汇，形成了山丘区不稳定的气候系统，往往造成持续或集中的高强度降雨；气温升高导致冰雪融化加快或因拦洪工程设施溃决而形成洪水。据统计，发生山洪灾害主要是由于受灾地区前期降雨持续偏多，使土壤水分饱和，地表松动，遇局地短时强降雨后，降雨迅速汇聚成地表径流而引发溪沟水位暴涨、泥石流、崩塌、山体滑坡。
从整体发生、发展的物理过程看，发生山洪灾害主要是持续的降雨和短时强降雨引发的。降雨量、降雨强度和降雨历时与山洪灾害的形成和发展关系密切。滑坡与降雨历时关系密切，滑坡的发生往往滞后于降雨。
（3）人类活动因素
山区过度开发土地，或者陡坡开荒，或工程建设对山体造成破坏，改变地形、地貌，破坏天然植被，乱砍滥伐森林，失去水源涵养作用，均易发生山洪。由于人类活动造成河道的不断被侵占，河道严重淤塞，河道的泄洪能力降低，也是山洪灾害形成的重要因素之一。加剧山洪灾害的人类活动主要包括毁林开荒和违背自然规律盲目开发等。
3 山洪灾害的监测预警
我国的山洪灾害主要以暴雨型山洪为主，降雨也是诱发山洪灾害的直接因素和激发条件，因此，对于山洪灾害的监测重点在对水雨情的监测。
监测是信息获取的手段，预警是指令执行的过程，两者有机结合，才能达到防御山洪减少损失的结果。目前，国内外山洪预警预报采取的技术途径通常是通过对山洪的危险性预测判别，研究山区山洪灾害威胁程度，划分山洪易发区和危险等级；结合先进的监测和预报技术，实时监视暴雨山洪情况，预测山洪发生的时间和危害程度，从而做出山洪的准确预测预报，如图1所示。
4山洪监测系统
对于山洪灾害的监测通常采用雨量计、土壤含水率计、地下水位计等传感器进行，条件允许时，还可布设摄像头进行图像信息采集。每一监测区通常将这三种传感器一同使用，并且在山沟流域的上、中、下游分别建立监测站，采集监测站附近的降雨量、土壤含水情况、河流水位等参数发回监测数据管理中心，数据中心接收数据并做相应的模型分析，如图2所示。
山洪监测系统采用遥测总控和分布式传感探头的集总参数电路设计方式。遥测总控采用一体化设计，将RTU（行业标准远程测控终端系统）设备、供电设备、蓄电设备以及摄像头、声光报警器等设备集成在一起，构建为一个多参数一体化自动监测终端机。终端机现对各个传感器的集中控制、监测数据的集中存储与打包发送、启动预警警报等功能。
遥测总控与数据中心的通信方式是很重要的，要求通信模块能能够在野外恶劣的环境中长时间稳定的工作。遥测主站与数据中心的通信方式采用GPRS/GSM、无线数传电台、卫星三种通讯方式。
GPRS是GSM系统的无线分组交换技术，不仅提供点对点、而且提供广域的无限IP连接，是一项高速数据处理的技术，方法是以“分组”的形式将数据传送到用户手中。GPRS是作为现行GSM网络向第3代移动通信演变的过渡技术，突出的特点是传输速率高和费用低。GPRS上行速率较GSM为高，下行速率则可达100Kbps。鉴于利用GPRS的运行速度快、运行成本低，遥测总控优先选用此通讯方式。
无线数传电台是采用数字信号处理、数字调制解调、具有前向纠错、均衡软判决等功能的无线数据传输电台。无线数传电台提供某些特殊条件下专网中监控信号的实时、可靠的数据传输，具有成本低、安装维护方便、绕射能力强、组网结构灵活、覆盖范围远的特点，适合点多而分散、地理环境复杂等场合。通过组建专网的方式，将数据发送到可与数据中心通讯的节点统一发送。
卫星通信是利用人造地球卫星作为中继站、转发无线电波实现地球站之间相互通信的一种方式，具有覆盖面大、通信频带宽、组网灵活机动等优点。由于卫星通信费用较高，除非监测站地处高山峡谷，且公网未覆盖和无条件建专用网的区域才选用。
山洪监测系统在一般情况下可以通过GPRS网络实现与数据中心的数据传输，而在GPRS网络不通，采用无线数传电台方式进行补充，仍不能接通时，利用北斗系统的通信链路进行数据传输，三种方式结合大大提高了数据传输的可靠性。
5 山洪预警系统
山洪灾害预警系统采用B/S模式，用户通过网络方式（专网或局域网）进行访问。监测系统通过遥测总控实时将监测现场的降雨量、水位、流量等信息传回数据中心，数据中心通过数据采集终端软件实现数据的数据库存储，并通过互联网信息服务发布，用户可通过网络访问查看监测信息。数据中心配置数据分析与预警服务软件，实现数据的分析和灾情预警服务功能，软件自动进行模式分析，当符合山洪发生的特征时，立即通过手机短信或机房警报方式，告知值班人员，实现了全天候无人值守的山洪预警。整个山洪监测预警系统如图3所示。
6结语
针对山洪发生地点环境的特殊情况，通过采用GPRS/GSM、无线数传电台、卫星三种无线通讯方式互补，大大提高了监测系统的可靠性。目前，3G通讯方式提供了更为快速的无线数据传输速度，但是3G网络在偏远山区仍覆盖不足。随着3G网络的健全，甚至4G网络的建设，引入3G/4G通讯方式将为山洪监测提供更为可靠，可望实现视频实时监控的目标，这将大大提高山洪灾害监测预警的技术水平和防治效果。
参考文献
[1] 肖和平,潘芳喜. 地质灾害与防御[M].北京.地震出版社，2000：26-48.
[2] 王灿. 湖南华中山洪灾害监测预警系统[J]. 中国水利,2009(11):64-65.
