博山區(qū)洪水預(yù)報(bào)自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)初探

王 哲 ，李擁軍 ，柴啟君

（1.淄博市博山區(qū)水務(wù)局，山東 淄博 255200；2.淄博市博山區(qū)石馬水庫管理所，山東 淄博 255200；3.淄博市博山區(qū)淋漓湖水庫管理處，山東 淄博 255200）

淄博市博山區(qū)位于泰沂山北麓，面積682 km2，耕地面積1.34萬hm2，人口46.26萬人。區(qū)內(nèi)多為山區(qū)，山高坡陡，溝壑縱橫，沙石山區(qū)占43%，其余為石灰?guī)r和頁巖。區(qū)內(nèi)總的地勢(shì)為南高北低，區(qū)內(nèi)河流分別由淄河和孝婦河2大流域組成，其中淄河流域總面積 496.5 km2（境外 84.3 km2），支流 4 條，河道總長度92.5 km，防洪標(biāo)準(zhǔn)為5年一遇,最高點(diǎn)魯山主峰海拔1108.2 m，出界河底高程250.5 m；孝婦河流域面積218.4 km2，支流8條，河道總長72.4 km，防洪標(biāo)準(zhǔn)為10年一遇,最高點(diǎn)禹王山主峰海拔787.8 m，出界河底高程121.0 m。全區(qū)現(xiàn)建有中型水庫1座，小(1）型水庫4座，小(2）型水庫13座。

1 洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)建設(shè)的必要性和可行性

受特殊的地理環(huán)境和東南季風(fēng)的影響，該區(qū)多年平均降雨量723 mm，汛期降雨集中，占全年降雨量的78%左右。歷史上洪澇災(zāi)害頻發(fā)，突發(fā)性極強(qiáng)。如今當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，一旦發(fā)生洪澇災(zāi)害，其損失將非常慘重。因此，充分利用現(xiàn)代科技手段，在本區(qū)內(nèi)建立降雨和洪水觀測(cè)、預(yù)報(bào)系統(tǒng)，準(zhǔn)確、及時(shí)地組織抗洪救災(zāi)，最大限度地降低災(zāi)害損失是十分必要的。目前，淄博市已在該區(qū)10個(gè)鎮(zhèn)安裝了雨量自動(dòng)觀測(cè)點(diǎn)，在石馬水庫和4座?。?）型水庫安裝了雨量、水位及視頻自動(dòng)觀測(cè)站，同時(shí)建中繼站5座，形成了全市的防汛網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，為該區(qū)建立洪水預(yù)報(bào)自動(dòng)化系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)。

2 系統(tǒng)建設(shè)

在全區(qū)布設(shè)雨量、水位和視頻自動(dòng)觀測(cè)點(diǎn)，將信息傳輸?shù)教幚碇行?，可及時(shí)準(zhǔn)確掌握全區(qū)的雨情、水情及災(zāi)情信息，同時(shí)可在前期雨情、水情建設(shè)的基礎(chǔ)上預(yù)測(cè)可能發(fā)生的水情和災(zāi)情，通過洪水推求、信息采集與傳輸、信息處理系統(tǒng)預(yù)測(cè)可能發(fā)生的水情和災(zāi)情，以達(dá)到準(zhǔn)確及時(shí)組織抗洪救災(zāi)、減少災(zāi)害損失的目的。

2.1 降雨觀測(cè)系統(tǒng)

根據(jù)地形和降雨分布情況布設(shè)JYQ-4型自計(jì)雨量器，每個(gè)雨量站控制面積以20～50 km2為宜，對(duì)重點(diǎn)小流域可適當(dāng)加密。自計(jì)雨量器設(shè)在有專人管理的全區(qū)各中小型水庫、各鎮(zhèn)水利站或各村委的寬敞場(chǎng)地內(nèi)，并配備太陽能電池板提供電能，同時(shí)安裝民用照明電源作為輔助電源。

2.2 水位觀測(cè)設(shè)施

在河道控制斷面的一側(cè)（或兩側(cè))安裝水位觀測(cè)儀器和攝像頭。要求安裝的觀測(cè)儀器盡量靠近河道，穩(wěn)定牢固，高度宜在最高洪水位上2～4 m，能夠清晰、可靠、準(zhǔn)確地觀測(cè)河道控制斷面水位的變化，并提前預(yù)估下游淹沒情況。水位計(jì)一般選用浮球式或超聲波水位計(jì)，可同時(shí)在河道控制斷面處安裝水尺，以備必要時(shí)實(shí)施人工觀測(cè)。攝像頭一般選擇半球式，以便觀測(cè)水位和斷面周圍工程運(yùn)行情況。

2.3 通信方式

一是并入山東移動(dòng)（或聯(lián)通）公司的網(wǎng)絡(luò)傳輸；二是利用淄博市防汛辦公室設(shè)在博山區(qū)境內(nèi)的魯山、岳陽山、禹王山及石馬等無線傳輸網(wǎng)站進(jìn)入博山區(qū)防指辦公室和淄博市防汛網(wǎng)進(jìn)行傳輸；三是人工用手機(jī)、電話、微機(jī)等報(bào)至信息中心，從而完成信息的實(shí)時(shí)傳輸。

2.4 信息處理中心

主要由微機(jī)、大屏幕顯示器、外接傳輸線及打印機(jī)等硬件和信息處理軟件組成。傳輸網(wǎng)線按特級(jí)布線標(biāo)準(zhǔn)安裝，以確保信息暢通。軟件系統(tǒng)是信息處理的關(guān)鍵，擬由軟件專家、水文專家、水利工程專家及有豐富管理經(jīng)驗(yàn)的管理人員組成開發(fā)小組，針對(duì)博山區(qū)的實(shí)際情況開發(fā)《博山區(qū)洪水預(yù)報(bào)自動(dòng)化系統(tǒng)軟件》。

3 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)包括基礎(chǔ)資料庫、實(shí)時(shí)信息收集與儲(chǔ)存、各小流域洪水推求、水庫水位變化與泄洪過程、主河道各控制斷面的洪水過程、洪澇災(zāi)害情況與抗洪救災(zāi)措施、資料整理分析等內(nèi)容。

3.1 資料庫模塊

一是存儲(chǔ)流域的地質(zhì)、地形及地表覆蓋情況，主要包括巖石性質(zhì)及裸露情況，植被及土壤耕作情況，地表坡度與河谷比降及流域性狀等；二是存儲(chǔ)水庫的有關(guān)指標(biāo)，如水位與庫容、泄量的關(guān)系，大壩和溢洪道的型式、結(jié)構(gòu)尺寸及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，存在問題等；三是存儲(chǔ)河道情況，主要包括河道的長度、寬度、比降和糙率，河堤情況，建筑物及河底平整度等；四是存儲(chǔ)流域、庫區(qū)、河道兩岸情況，包括在不同的降雨、洪水位下可能沖毀與淹沒的范圍及所造成的損失，抗洪救災(zāi)所采取的相應(yīng)措施等。

3.2 實(shí)時(shí)信息模塊

包括實(shí)時(shí)雨量、植被、土壤含水量、蒸發(fā)量、河谷徑流量、水庫水位與庫容、溢洪道流量、河道各控制斷面水位與流量、工程運(yùn)行情況、災(zāi)害情況等。

3.3 小流域洪水推求模塊

第一步確定凈雨量，即降雨量減去地面入滲、蒸發(fā)和植物截留量，因?yàn)橹挥薪涤陱?qiáng)度或某時(shí)段雨量大于地面入滲、蒸發(fā)和植物截留量時(shí)才形成地面徑流。第二步確定瞬時(shí)單位線，在無實(shí)測(cè)資料時(shí)先參照相似流域的單位線，根據(jù)流域形狀、地質(zhì)情況、地面坡度及植被覆蓋情況等進(jìn)行調(diào)整，可選擇幾種線形分類型試用。第三步是由降雨和瞬時(shí)單位線及實(shí)測(cè)基流推求本次降雨形成的洪水過程。第四步是隨著資料的積累逐步修正完善適用于各個(gè)小流域的單位線，達(dá)到較為準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)洪水過程。

3.4 水庫信息模塊

當(dāng)入庫洪水過程確定后，可由水庫洪水來臨時(shí)的水位和水庫水位-庫容-泄量關(guān)系推求水庫運(yùn)行過程和泄洪過程，預(yù)測(cè)對(duì)庫區(qū)形成的災(zāi)害和對(duì)工程的影響，并預(yù)測(cè)不同洪水對(duì)下游的影響，特別是發(fā)生潰壩等特殊情況時(shí)對(duì)下游的影響，制定相應(yīng)措施。

3.5 主河道控制斷面洪水位推求模塊

相鄰兩個(gè)支流入口之間為一段，將主河道分為若干段，某段的出口流量加支流匯入流量即為下一段的進(jìn)口流量。由流量和河道的基本參數(shù)，采用均勻流或非均勻流等相關(guān)水力學(xué)公式推求出河道水面線。如果水位超出河堤頂高程即形成洪澇災(zāi)害，根據(jù)水位的高低判斷災(zāi)害損失程度，提出相應(yīng)的抗洪救災(zāi)措施。當(dāng)實(shí)測(cè)資料與預(yù)測(cè)資料存在較大誤差時(shí)，洪水過后應(yīng)及時(shí)分析原因，修正相關(guān)參數(shù)。

4 工程投資及效益估算

4.1 工程投資估算

初步計(jì)劃安裝自動(dòng)雨量觀測(cè)點(diǎn)21處 （現(xiàn)有13處）；水位、雨量和視頻觀測(cè)站38處，其中水庫18處（已安5處），淄河干流3處，淄河支流6處，孝婦河干流4處，孝婦河支流7處；光纜43.7 km；信息處理平臺(tái)1處；開發(fā)軟件1套。預(yù)計(jì)總投資220萬元，分2年實(shí)施，第一年進(jìn)行重點(diǎn)流域、重點(diǎn)水庫和主河道的觀測(cè)點(diǎn)布設(shè)及信息處理中心建設(shè)，第二年完成其余部分。

4.2 效益分析

1）經(jīng)濟(jì)效益：該區(qū)淄河、孝婦河兩岸（堤頂以上3.0 m范圍內(nèi)）共有人口7.8萬人，大中小型企業(yè)370余家，固定資產(chǎn)1 200億元，年產(chǎn)值10.6億元，基本農(nóng)田2 866 hm2，年產(chǎn)值0.89億元，房屋1.4萬間，公路道路15.4 km，以及橋梁、通訊設(shè)施等。初步估算，如果及時(shí)成功地預(yù)報(bào)1次20年一遇的洪水，及時(shí)轉(zhuǎn)移相關(guān)人員和物資，保護(hù)有關(guān)設(shè)施，洪水過后能迅速恢復(fù)生產(chǎn)，將減少損失1.4億元。據(jù)該區(qū)解放以來的洪澇災(zāi)害統(tǒng)計(jì)估算，洪水預(yù)報(bào)自動(dòng)化系統(tǒng)建立后，平均每年減災(zāi)效益3 600余萬元，減災(zāi)效益非常顯著。

2）社會(huì)效益：博山區(qū)洪水預(yù)報(bào)自動(dòng)化系統(tǒng)建立后，可對(duì)各種降雨、水情等條件變化時(shí)所形成的洪水進(jìn)行預(yù)測(cè)、演示，提前一定時(shí)間預(yù)知災(zāi)害情況，變被動(dòng)“看洪救災(zāi)”為主動(dòng)“抗洪救災(zāi)”。不但能極大地提高抗洪救災(zāi)的科技含量和針對(duì)性，而且能為災(zāi)區(qū)人員的安全提供更加可靠的保障，對(duì)促進(jìn)社會(huì)穩(wěn)定發(fā)揮重要作用。

3）擴(kuò)展效益：該軟件可與抗旱救災(zāi)、防汛調(diào)度、水資源管理、工程管理等軟件融合，形成水利信息平臺(tái)。該系統(tǒng)成功運(yùn)行后，還可向丘陵山區(qū)推廣，由小流域向大范圍推廣，由此全面提升丘陵山區(qū)的洪水預(yù)報(bào)和抗洪救災(zāi)水平。