雪野水庫(kù)及流域內(nèi)小型水庫(kù)安全運(yùn)行預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)構(gòu)想

孫寧海，孫麗霞

（1.山東省水利工程管理局，山東 濟(jì)南 250013；2.萊蕪市雪野水庫(kù)管理處，山東 萊蕪 271100）

1 建設(shè)水庫(kù)安全運(yùn)行預(yù)警系統(tǒng)的重要意義

萊蕪市雪野水庫(kù)大壩位于大汶河支流瀛汶河上游，是山東省大汶河流域最大最重要的防洪控制性工程之一，對(duì)減輕大汶河及東平湖防洪壓力發(fā)揮著重要作用。該水庫(kù)流域面積444km2，總庫(kù)容 2.21億m3，按100年一遇洪水設(shè)計(jì)，10000年一遇洪水校核。該水庫(kù)流域形狀呈闊葉狀，主要為石灰?guī)r和火成巖低山丘陵區(qū)，局部植被較好。截止目前流域內(nèi)建有小(一)型水庫(kù)5座；小(二)型水庫(kù) 27座，合計(jì)控制流域面積170.91km2、總庫(kù)容 1441.88萬(wàn)m3、興利庫(kù)容 951.97萬(wàn) m3；小型水庫(kù)現(xiàn)狀防洪能力普遍較低，最低 2年一遇，最高200年一遇。

雪野水庫(kù)防洪保護(hù)下游124萬(wàn)人，保護(hù)津浦等2條鐵路、濟(jì)南—青島等3條高速公路和魯中鐵礦。流域內(nèi)32座小型水庫(kù)的下游普遍建有村莊，若出現(xiàn)嚴(yán)重險(xiǎn)情或垮壩，將直接危及其下游約7000人的生命安全。同時(shí)，流域內(nèi)小型水庫(kù)的運(yùn)行安全與否，還直接影響雪野水庫(kù)的正常運(yùn)行和綜合效益的發(fā)揮。

建設(shè)雪野水庫(kù)及流域內(nèi)小型水庫(kù)安全運(yùn)行預(yù)警系統(tǒng)，既可根據(jù)天氣預(yù)報(bào)和實(shí)測(cè)降雨、有關(guān)山洪地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警信息，及時(shí)對(duì)小型水庫(kù)下游居民預(yù)警，防止出現(xiàn)洪水淹沒(méi)損失的責(zé)任事故以及超標(biāo)準(zhǔn)洪水垮壩傷亡事故；同時(shí)還可以根據(jù)雪野水庫(kù)流域內(nèi)來(lái)水情況，及時(shí)分析調(diào)整下泄洪水的流量，進(jìn)行科學(xué)合理調(diào)度，充分發(fā)揮攔洪錯(cuò)峰的作用，并對(duì)下游沿河兩岸保護(hù)目標(biāo)及時(shí)作出預(yù)警，從而實(shí)現(xiàn)水庫(kù)工程防洪減災(zāi)、蓄水興利的最大效益。建設(shè)水庫(kù)工程安全運(yùn)行預(yù)警系統(tǒng)，是防汛指揮決策支持系統(tǒng)的重要組成部分，也是重要的民生工程，具有十分重要的實(shí)用價(jià)值。

2 預(yù)警方式分析

雪野水庫(kù)及流域內(nèi)小型水庫(kù)安全運(yùn)行預(yù)警系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱雪野中心預(yù)警系統(tǒng)），可作為萊蕪市防洪安全預(yù)警系統(tǒng)的組成部分。根據(jù)水庫(kù)工程現(xiàn)狀管理運(yùn)行模式和防洪指揮調(diào)度的有關(guān)規(guī)定，雪野中心預(yù)警系統(tǒng)的主要功能：一是利用外部信息，包括氣象信息、上級(jí)部門防汛指揮調(diào)度的規(guī)定和命令等，作出響應(yīng)；二是利用內(nèi)部信息，即來(lái)自雪野水庫(kù)及流域內(nèi)各水庫(kù)，以及下游重要河道斷面水情等有關(guān)信息，對(duì)大壩工程安全運(yùn)行作出評(píng)價(jià)；三是根據(jù)各方面的信息，綜合分析，做出科學(xué)合理的調(diào)度方案，按照規(guī)定權(quán)限，報(bào)經(jīng)上級(jí)主管部門和防汛指揮部門批準(zhǔn)后執(zhí)行。同時(shí)對(duì)鐵路、高速公路等主管部門作出預(yù)警；四是根據(jù)上級(jí)的調(diào)度指令和實(shí)際運(yùn)行情況，及時(shí)對(duì)有關(guān)方面的安全責(zé)任人員發(fā)出預(yù)警信息。

對(duì)下游大汶河跨行政區(qū)域的有關(guān)信息的傳遞，依照有關(guān)規(guī)定由市防汛指揮部辦公室作出安排。

水庫(kù)工程安全運(yùn)行預(yù)警主要有以下四種型式：一是電子信息，如有線電話、計(jì)算機(jī)光纜通信、電視媒體播報(bào)，無(wú)線通信如手機(jī)通話（短信）、衛(wèi)星無(wú)線通信等技術(shù)；二是人工接力組織傳遞，充分利用可能的交通工具盡快傳遞；三是燃放煙火、擊鼓鳴鑼。即根據(jù)事先約定的信號(hào)采取行動(dòng)；四是警報(bào)器、信號(hào)彈等報(bào)警；各有關(guān)村莊、重要保護(hù)單位責(zé)任人接到預(yù)警信息后，應(yīng)當(dāng)立即利用本單位的廣播喇叭播報(bào)信息，或組織黨員、基干民兵采取接力等方式，迅速組織做好防護(hù)和群眾安全轉(zhuǎn)移工作，以防不測(cè)事件發(fā)生。

3 預(yù)警系統(tǒng)的組成

基于現(xiàn)代通信技術(shù)的水庫(kù)安全運(yùn)行預(yù)警系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)包括以下基本內(nèi)容：

3.1 氣象信息接收應(yīng)用系統(tǒng)

通過(guò)寬帶網(wǎng)絡(luò)（有線、無(wú)線兩種模式），及時(shí)獲得有用的天氣預(yù)報(bào)、氣象雷達(dá)、衛(wèi)星云圖、實(shí)況降雨的推進(jìn)等重要信息，并分類分析，存入數(shù)據(jù)庫(kù)；通過(guò)租用公眾通信網(wǎng)絡(luò)（有線、無(wú)線兩種模式）信道，建立雪野中心與萊蕪市防汛抗旱指揮部辦公室之間的語(yǔ)音通信、傳真接收系統(tǒng)；建立寬帶網(wǎng)絡(luò)（有線、無(wú)線兩種模式）聯(lián)系系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)有關(guān)信息的隨時(shí)共享；應(yīng)儲(chǔ)備一套移動(dòng)通訊車或衛(wèi)星通信設(shè)備，確保特殊狀態(tài)下可靠的通信聯(lián)絡(luò)。

3.2 水、雨情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)

3.2.1 水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)

該系統(tǒng)包括以下內(nèi)容：一是雪野水庫(kù)壩前水位、重要支流入庫(kù)流量的自動(dòng)測(cè)報(bào)站；二是流域內(nèi)32座小型水庫(kù)壩前水位自動(dòng)測(cè)報(bào)站；三是雪野水庫(kù)溢洪閘泄洪流量測(cè)控系統(tǒng)；四是雪野水庫(kù)下游萊蕪市境內(nèi)河道重要保護(hù)目標(biāo)某斷面河水流量自動(dòng)測(cè)報(bào)站。

3.2.2 雨情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)

一是雪野水庫(kù)壩址處、流域內(nèi)已按規(guī)劃布設(shè)的各個(gè)雨量遙測(cè)站，即：雪野、茶葉、上游、峪門4個(gè)站的遙測(cè)系統(tǒng)完善；二是雪野水庫(kù)流域內(nèi)32座小型水庫(kù)壩址處雨量遙測(cè)站建設(shè)；三是雪野水庫(kù)下游萊蕪市境內(nèi)河道重要支流流域內(nèi)各分布站點(diǎn)的雨量遙測(cè)站建設(shè)。

3.3 信息傳輸系統(tǒng)

（1）所使用的有線、無(wú)線公眾通信網(wǎng)、寬帶網(wǎng)的終端設(shè)備，經(jīng)完善應(yīng)滿足可靠性及傳輸速率要求；

（2）水利專網(wǎng)應(yīng)滿足可靠性要求，遙測(cè)信號(hào)的頻率、傳輸速率等應(yīng)滿足抗干擾、不碰撞、高可靠要求。應(yīng)特別試驗(yàn)超強(qiáng)降雨條件下的測(cè)報(bào)能力；

（3）如公眾無(wú)線網(wǎng)和遙測(cè)專網(wǎng)的信號(hào)強(qiáng)度不滿足要求，則應(yīng)建設(shè)信號(hào)中繼站等設(shè)施加以解決。

3.4 洪水預(yù)報(bào)與調(diào)度支持系統(tǒng)

3.4.1 洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)

首先依據(jù)實(shí)測(cè)降雨信息和滿足精確度要求的流域產(chǎn)流、匯流模型（如P+Pa— R和經(jīng)驗(yàn)單位線模型等）和有關(guān)實(shí)用參數(shù)，推算分析入庫(kù)洪水總量和入庫(kù)洪水過(guò)程。并可根據(jù)天氣預(yù)報(bào)、氣象雷達(dá)和實(shí)況降雨過(guò)程推進(jìn)情況，假設(shè)后續(xù)時(shí)段降雨，預(yù)測(cè)上游水庫(kù)入庫(kù)洪水情況和雪野水庫(kù)入庫(kù)洪水情況。其次能夠根據(jù)所假設(shè)時(shí)段的實(shí)際降雨情況，采用實(shí)時(shí)校正方法，跟蹤洪水變化過(guò)程；為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，需要利用計(jì)算機(jī)編制專門程序進(jìn)行洪水預(yù)報(bào)。

3.4.2 洪水調(diào)度系統(tǒng)

該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)人機(jī)交互，通過(guò)綜合分析雪野水庫(kù)水情、入庫(kù)洪水、水庫(kù)上下游防洪（如錯(cuò)峰）要求、工程安全等情況，人工干預(yù)擬定不同的調(diào)度方式，經(jīng)過(guò)多次復(fù)雜的調(diào)洪演算，推薦多個(gè)可靠、合理的洪水調(diào)度方案，供領(lǐng)導(dǎo)會(huì)商決策時(shí)參考。為此，需要利用計(jì)算機(jī)編制專門程序，快速分析計(jì)算不同調(diào)度方式下的多個(gè)調(diào)度方案值。

3.4.3 洪水調(diào)度過(guò)程的仿真模擬

該系統(tǒng)能夠演示不同調(diào)度方案上、下游淹沒(méi)區(qū)域情況，分析可能受損情況以及需要防護(hù)的地點(diǎn)和安全轉(zhuǎn)移的人口等。

3.5 大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

即針對(duì)大壩不同的縱橫斷面，實(shí)現(xiàn)對(duì)壩體內(nèi)部及壩基滲流壓力的自動(dòng)觀測(cè)和資料實(shí)時(shí)分析。應(yīng)在現(xiàn)有基礎(chǔ)上進(jìn)一步完善對(duì)雪野水庫(kù)大壩的滲流壓力、工程位移等監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；對(duì)流域內(nèi)重要?。ㄒ唬┬退畮?kù)大壩的滲流壓力、工程位移等監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

3.6 數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)

數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)當(dāng)包括雪野水庫(kù)及其流域內(nèi)32座小型水庫(kù)的有關(guān)信息，并包括以下6方面內(nèi)容：（1）工程基礎(chǔ)信息。包括流域、水文、地理、工程等方面的特征值、基本參數(shù)，也就是較長(zhǎng)時(shí)期固定不變的基本信息；（2）當(dāng)前雨情信息。即一場(chǎng)降雨過(guò)程中各站點(diǎn)、逐時(shí)段的降雨信息，以及對(duì)應(yīng)的天氣預(yù)報(bào)信息；（3）水情信息。即一場(chǎng)洪水的總量、峰值、過(guò)程線、頻率和蓄水、泄水等有關(guān)信息；（4）工程運(yùn)行信息。即暴雨洪水期和高水位運(yùn)行期大壩工程的運(yùn)行動(dòng)態(tài)，包括險(xiǎn)情及處理方案；（5）歷史洪水與處理。即記錄歷史上對(duì)應(yīng)超過(guò)某一暴雨量值或洪水總量、洪峰流量量值的洪水，所對(duì)應(yīng)的暴雨量值、洪水、災(zāi)害、調(diào)度處理方案及過(guò)程，可通過(guò)查閱，對(duì)當(dāng)前暴雨洪水的處置提供參考方案；（6）多媒體圖文信息。應(yīng)當(dāng)包括圖片、視頻文件、圖表等電子圖文信息，便于了解工程及有關(guān)情況。

3.7 視頻監(jiān)視與自動(dòng)控制系統(tǒng)

該系統(tǒng)包括三個(gè)方面的內(nèi)容：

一是雪野水庫(kù)大壩安全監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)所具備的基本功能：（1）對(duì)大壩、放水洞、溢洪閘、管理區(qū)等重點(diǎn)部位重點(diǎn)區(qū)域的視頻監(jiān)控；（2）可利用雷達(dá)對(duì)大壩和庫(kù)面進(jìn)行管理監(jiān)控；（3）對(duì)溢洪閘、放水洞閘門的遠(yuǎn)程自動(dòng)監(jiān)控；二是雪野水庫(kù)流域內(nèi)小型水庫(kù)無(wú)線視頻監(jiān)控系統(tǒng)。即對(duì)雪野水庫(kù)流域32座小型水庫(kù)大壩工程運(yùn)行情況的視頻監(jiān)控。三是雪野水庫(kù)下游萊蕪市境內(nèi)河道重要目標(biāo)處無(wú)線視頻監(jiān)控系統(tǒng)。即對(duì)下游高速公路濟(jì)南——青島2號(hào)線跨河大橋和萊蕪——明水公路跨河大橋的視頻監(jiān)控，做好有關(guān)服務(wù)。

3.8 水資源安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

包括雪野水庫(kù)水資源可供給量及水質(zhì)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；雪野水庫(kù)流域內(nèi)重要小型水庫(kù)水量及水質(zhì)的安全監(jiān)測(cè)；雪野水庫(kù)流域內(nèi)農(nóng)藥、化肥、洗滌劑等面污染源（物）的用量、降解能力等監(jiān)測(cè)。

3.9 異地會(huì)商系統(tǒng)

建立雪野水庫(kù)洪水預(yù)報(bào)調(diào)度和安全運(yùn)行的會(huì)商機(jī)制，提供會(huì)商決策所需的各類預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)信息、實(shí)測(cè)信息和歷史洪水處理信息，提供各種調(diào)度方案的啟用條件和后果預(yù)測(cè)，建設(shè)本地會(huì)商和異地會(huì)商的環(huán)境，完善有關(guān)設(shè)備設(shè)施。

3.10 信息發(fā)布系統(tǒng)

按照雪野水庫(kù)防洪預(yù)案的要求，由當(dāng)?shù)匦侣劽襟w的公共頻道滾動(dòng)播報(bào)；通過(guò)手機(jī)短信群發(fā)各有關(guān)行政責(zé)任人、技術(shù)責(zé)任人、管護(hù)責(zé)任人、受威脅村莊支部書記和村委會(huì)主任；按照預(yù)案要求，利用警報(bào)器、信號(hào)彈等對(duì)下游附近村莊報(bào)警；利用移動(dòng)車或人工分段巡視下游沿河情況，遇險(xiǎn)報(bào)警；特殊狀態(tài)下調(diào)用移動(dòng)通信車報(bào)警。

4 預(yù)警設(shè)備設(shè)施選擇

4.1 選型原則

一是先進(jìn)、可靠原則；二是經(jīng)濟(jì)、實(shí)用原則；三是易于維護(hù)管理原則。

4.2 設(shè)備選型有關(guān)要求

對(duì)水雨情遙測(cè)設(shè)備和信號(hào)傳輸中轉(zhuǎn)站，可采用太陽(yáng)能和風(fēng)能相結(jié)合的供電模式；測(cè)量雨量的設(shè)備精度應(yīng)達(dá)到誤差±0.5mm，測(cè)量水位的誤差±10mm；對(duì)有條件的重點(diǎn)?。ㄒ唬┬退畮?kù)可鋪設(shè)光纜連接到雪野水庫(kù)預(yù)警中心，并可連接到上級(jí)防汛指揮辦事機(jī)構(gòu)；對(duì)壩址處和流域內(nèi)4個(gè)雨量站及大多數(shù)小型水庫(kù)站可通過(guò)無(wú)線傳輸方式發(fā)送雨量、水位，以及視頻監(jiān)控等信息。應(yīng)充分考慮3G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的應(yīng)用。具體技術(shù)方案及設(shè)備選型應(yīng)充分利用現(xiàn)有設(shè)備設(shè)施，進(jìn)行部分改造或新建達(dá)到技術(shù)要求，經(jīng)專家論證后公開(kāi)招標(biāo)予以采購(gòu)。

5 管理維護(hù)及使用建議

建設(shè)雪野中心水庫(kù)安全運(yùn)行預(yù)警系統(tǒng)，以大型水庫(kù)的管理為依托，綜合考慮流域內(nèi)的中小型水庫(kù)工程，實(shí)行安全運(yùn)行預(yù)警系統(tǒng)一體化管理模式，是一種創(chuàng)新模式，打破了工程分級(jí)管理的有關(guān)限制，可以集中有效的技術(shù)力量進(jìn)行管理監(jiān)控，可解決管理不到位、責(zé)任不夠明確、技術(shù)力量不足和監(jiān)管不及時(shí)的情況。

為此，建議：一是盡早研究、規(guī)劃建設(shè)這一系統(tǒng)，并明確其管理使用主體是雪野水庫(kù)管理處；二是積極籌集資金。本系統(tǒng)屬于重要的民生工程，建設(shè)和管理費(fèi)用應(yīng)由雪野水庫(kù)的上級(jí)主管部門協(xié)商同級(jí)財(cái)政部門予以解決；三是嚴(yán)格使用管理。應(yīng)當(dāng)實(shí)行24h不間斷監(jiān)控，值守人員必須時(shí)刻監(jiān)視分析有關(guān)動(dòng)態(tài)情況，特別是暴雨洪水時(shí)期和水庫(kù)高水位運(yùn)行時(shí)期的安全情況，決不能掉以輕心；四是應(yīng)向主管部門申請(qǐng)?jiān)擃A(yù)警系統(tǒng)為科技示范工程，并在運(yùn)用成熟基礎(chǔ)上推廣應(yīng)用。