麻家邊水庫自動調(diào)度預警系統(tǒng)建設方案分析探討

趙淑玲

（金堆城鉬業(yè)集團有限公司 陜西 華縣 710041）

1 前言

麻家邊水庫位于秦嶺南麓蒿坪川河上，總庫容1200萬m3，屬中型水庫。大壩為混凝土重力壩，共分14個壩段。第9壩段為溢流壩段，設有弧形閘門2孔，四個取水口均布置在第6壩段。第10壩段設有泄水底孔，在進口設有1扇事故檢修閘門，出口設有一個φ1700的錐形閥控制，用于水體交換、排砂、泄洪、灌溉放水等。該庫主要用于金堆城工業(yè)和生活供水，結(jié)合養(yǎng)魚、灌溉等。多年來公司主生產(chǎn)區(qū)金堆鎮(zhèn)多次遭受暴雨、洪水、滑坡、大風等氣象災害，尤其是2010年7.24暴雨天氣過程，更是給集團和當?shù)厝嗣袢罕妿砹司薮蟮娜藛T和財產(chǎn)損失。建立“金堆鉬業(yè)公司氣象監(jiān)測與預報預警服務系統(tǒng)”，進一步提升當?shù)貧庀蠓漳芰?，重點加強氣象監(jiān)測、預報和預警工作，可以有效防御和減輕各類氣象災害所造成的損失。

該區(qū)域?qū)偾貛X山脈，現(xiàn)有的氣象服務內(nèi)容及形式非常單一，氣象保障能力極度脆弱，已明顯跟不上發(fā)展需求。在集團所在區(qū)域科學布設氣象監(jiān)測站，并引進數(shù)值模式，對該區(qū)域進行精細化預報，以準確地掌握各區(qū)域的雨量、溫度實況，采用多普勒、713型等周邊多部天氣雷達嚴密監(jiān)視短期天氣走勢，利用遙感衛(wèi)星精確讀取水域和植被覆蓋等信息。該系統(tǒng)的投入使用，將為管理者采取有效預防措施提供決策依據(jù)，以最大限度地減少氣象災害造成的損失，保障企業(yè)安全生產(chǎn)，提高經(jīng)濟效益，提高區(qū)域防災、減災能力。

2 自動調(diào)度預警系統(tǒng)的原理、特點及結(jié)構(gòu)

自動調(diào)度預警系統(tǒng)根據(jù)需要建立具有地域代表性的2、4、6要素自動監(jiān)測站，并進行自動站數(shù)據(jù)的采集、通信、加工、發(fā)布，以及數(shù)據(jù)庫、監(jiān)控統(tǒng)計等軟件的開發(fā)。預報預警中心站由多普勒雷達接收處理顯示系統(tǒng)、風云2-E衛(wèi)星接收處理系統(tǒng)、MICAPS氣象資料綜合處理系統(tǒng)、SWAN短時臨近預報預警系統(tǒng)、基于GIS的雷達雨量實時反演監(jiān)測系統(tǒng)、系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)庫支持與實況報警系統(tǒng)6大部分構(gòu)成。

自動調(diào)度預警系統(tǒng)的特點根據(jù)區(qū)域?qū)嶋H建設多種渠道的氣象信息和預警產(chǎn)品發(fā)布系統(tǒng)，氣象預報預警服務重在“預防為先、提早應對”，在遇有破壞性氣象災害導致電力、通訊、交通完全中斷的極端情況下，氣象預警中心將根據(jù)災害等級啟動不同級別的突發(fā)氣象災害應急響應，通過集團公司的衛(wèi)星電話發(fā)布短時預報預警信息，對水庫運行狀況進行準確而高效的評判，供用戶決策，確保水庫運行安全。

系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)管理信息子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析與評價子系統(tǒng)和水庫調(diào)度系統(tǒng)四部分主體組成，系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程圖見圖1。

系統(tǒng)采用了四級框架結(jié)構(gòu)體系：①最低層為原始數(shù)據(jù)采集層，采用傳感器實時、自動采集庫區(qū)降雨量、溫度、水位、風向、風速、氣壓六要素的數(shù)據(jù)，同時在水庫上游匯流口處建立流量監(jiān)測站，采集原始數(shù)據(jù)；②中間層為數(shù)據(jù)管理層，它以數(shù)據(jù)庫技術(shù)為核心，將現(xiàn)場采集的各種原始數(shù)據(jù)按照一定算法還原后存入SQL后臺數(shù)據(jù)庫中，供專業(yè)人員系統(tǒng)分析、統(tǒng)計、預警使用；③為用戶層，專家根據(jù)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)按照用戶的不同需要，根據(jù)不同的數(shù)學模型進行計算，并給出相應結(jié)果。④為水庫調(diào)度系統(tǒng)，調(diào)度人員根據(jù)用戶層提供的氣象信息合理調(diào)度水庫水位。各層之間的通信以光纖和無線通信設備作為載體，組成一個水庫的預警系統(tǒng)。

3 自動調(diào)度預警系統(tǒng)在麻家邊水庫的應用

依托現(xiàn)有渭南市氣象業(yè)務系統(tǒng)和氣象預報、警報、預警信息發(fā)布系統(tǒng)等，引進國內(nèi)外先進的數(shù)值預報模式，運用先進可靠的預報技術(shù)手段，建設一套基于Web-Gis、滿足金堆鎮(zhèn)區(qū)域氣象信息采集、預報、預警制作發(fā)布和與之配套的氣象信息產(chǎn)品服務業(yè)務系統(tǒng)。

項目建成后，將從根本上提升該區(qū)域的氣象預報、預警服務能力，趨利避害。更方便地為金鉬集團生產(chǎn)經(jīng)營、交通運輸、群眾生活服務。

3.1 氣象災害預報預警中心站建設

3.1.1 多普勒雷達接收處理顯示系統(tǒng)

多普勒雷達能夠監(jiān)測到位于垂直地面8km～12km的高空中的對流云層的生成和變化，判斷云的移動速度，極大地提高了重大災害性天氣的監(jiān)測和預報能力。多普勒雷達可以反演出大氣風場、氣流垂直速度的分布以及湍流情況等。對觀測降水的形成，分析中小尺度天氣系統(tǒng)，警戒強對流天氣等具有重要意義，投資3000萬建立的西安涇河多普勒天氣雷達，直線距離金堆城100km，從水平距離來看，處于該雷達的最佳觀測區(qū)，通過引進西安多普勒雷達數(shù)據(jù)接收與處理顯示終端，可以得到數(shù)十種雷達預警產(chǎn)品，能夠為短時臨近天氣預報和災害性天氣預警提供必要數(shù)據(jù)。

3.1.2 風云2-E衛(wèi)星接收處理系統(tǒng)

風云2-E衛(wèi)星可以每30分鐘實時接收北半球衛(wèi)星遙感資料，通過數(shù)據(jù)接收、處理、lambert投影、紅外反演、地圖疊加，準確顯示定位我國上空的云系分布和強度，同時水汽通道顯示大氣中高層水汽分布狀況，可見光通道顯示出我國上空的云頂狀況，通過對云圖的判斷分析，為短期天氣預報的制作提供數(shù)據(jù)支持。

3.1.3 MICAPS氣象資料綜合處理系統(tǒng)

MICAPS氣象信息綜合分析處理系統(tǒng)（MeteorologicalInformation Comprehensive Analysis And Process System），是與衛(wèi)星通訊、數(shù)據(jù)庫配套的支持天氣預報制作的人機交互系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)服務器、應用服務器和客戶端三部分，其主要功能是通過檢索各種氣象數(shù)據(jù)，顯示氣象數(shù)據(jù)的圖形和圖像，對各種氣象圖形進行編輯加工。

3.1.4 SWAN短時臨近預報預警系統(tǒng)

Swan系統(tǒng)是在MICAPS平臺上搭建的一套最先進的短時臨近預報預警系統(tǒng)，具有災害天氣實況報警、臨近預報產(chǎn)品顯示、單站雷達產(chǎn)品顯示、雷達三維顯示、預報產(chǎn)品檢驗和地理信息顯示等功能，對災害性天氣具有一定的監(jiān)測預警能力。

3.1.5 基于GIS的雷達雨量實時反演監(jiān)測系統(tǒng)

利用雷達實時探測云和降水結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)發(fā)生、發(fā)展演變情況，能迅速提供一定區(qū)域的實時降水情況的特點，將雷達與自動站進行點面結(jié)合，采用一定的數(shù)學方法和GIS技術(shù)，得到能夠代表某特定區(qū)域平均降水情況的面雨量，并對格點擬合雨量進行空間分辨率的精細化反演，得到雷達圖上的特定區(qū)域面雨量圖提供精細化高分辨率雨量分布圖表，為金堆城防汛指揮提供應急參考。

3.1.6 系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)庫支持與實況報警系統(tǒng)

在中心站建立數(shù)據(jù)庫服務器，將自動氣象站站觀測的分鐘數(shù)據(jù)、多普勒雷達基數(shù)據(jù)、云圖、自動站資料和CMA-CAST接收的氣象資料進行存儲，為預報預警系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)服務。同時加載降水實況報警服務，當實時降水量達到設定的閾值時，自動發(fā)布報警信息，提醒工作人員注意強降水落區(qū)，在突發(fā)性短時暴雨開始時，提早發(fā)布預警。自動站實況及查詢分析顯示如圖2。

3.2 氣象信息和預警產(chǎn)品發(fā)布系統(tǒng)

3.2.1 在金鉬集團建立氣象災害監(jiān)測預報預警網(wǎng)

該網(wǎng)站是基于WEB-GIS的專業(yè)氣象服務網(wǎng)站。網(wǎng)絡是速度快、容量大、涵蓋面廣的一種信息傳遞渠道且不受地域、時空限制，網(wǎng)站建設將引入信息分級方案，對不同等級信息設立登錄權(quán)限，由金堆鉬業(yè)集團公司根據(jù)信息獲取權(quán)限分配登錄口令，用戶根據(jù)分配的用戶名和密碼上機登錄，進入為集團公司專門設計的氣象信息網(wǎng)。

該系統(tǒng)功能設計為：天氣預報（短時、短期、周、旬、月、季、年天氣預報）、災害預警信息、衛(wèi)星云圖、雷達回波、雨情實況、自動站數(shù)據(jù)（實況、統(tǒng)計）、天氣圖、網(wǎng)站檢索、信息反饋、網(wǎng)上調(diào)查等。

3.2.2 在金鉬集團建立氣象預警信息短信發(fā)布系統(tǒng)

建立各層次、各單位、針對性強的預警信息接收號碼庫，手機短信預警業(yè)務具有強制收看、瞬時傳遞、有效預警等優(yōu)勢，針對集團公司所處地域通訊保障較弱的實際，引入移動MAS信息服務系統(tǒng)，能在短時間內(nèi)大批量的發(fā)布氣象災害預警信息，該系統(tǒng)設計了短信接收監(jiān)測引擎，確保預警信息百分之百到達。前期由集團公司安排專人收集包括公司各級領(lǐng)導、防汛指揮部成員、生產(chǎn)建設各級主管、各調(diào)度指揮人員等的手機號碼，并劃分相應的信息接收優(yōu)先級，做到災害信息第一時間點對點到達，為科學指揮和決策提供依據(jù)。

3.2.3 在下屬生產(chǎn)調(diào)度單位建設氣象預警電子顯示屏

氣象預警電子屏是近年來氣象部門解決氣象信息傳遞“最后一公里”的主要產(chǎn)品，具有提前預警、即時到達、信息覆蓋面廣等特點，氣象預警電子屏采用移動GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸方式，具有語音廣播、文字顯示兩種輸出功能，安裝點需要提供電力和移動通訊保障即可

3.2.4 通過電話傳真形式發(fā)布其他氣象信息

電話傳真具有其他方式不具備的優(yōu)勢，集團公司調(diào)度中心24小時值班，如果有特殊天氣隨時通過傳真將影響企業(yè)生產(chǎn)的重要天氣消息發(fā)到調(diào)度中心，再由調(diào)度中心的工作指揮安排。

4 結(jié)語

本項目研制開發(fā)適合金堆山區(qū)氣象信息的采集、預報、預警和服務，實施方案切合該地區(qū)的實際需求，合理可行，為公司領(lǐng)導決策、各生產(chǎn)單位的建設、運營和當?shù)卣块T的防災減災等問題提供科學依據(jù)。建議該預警系統(tǒng)能及早開工實施，在主汛期到來之前盡早發(fā)揮作用；建議有關(guān)部門能盡快成立專門機構(gòu)履行氣象服務和保障工作，切實重視氣象防災減災工作，使該區(qū)域氣象服務和保障工作常態(tài)化。陜西水利