中小型水庫(kù)防洪減災(zāi)預(yù)報(bào)預(yù)警關(guān)鍵技術(shù)分析

【摘要】本文通過對(duì)目前國(guó)內(nèi)部分中小型水庫(kù)在防洪減災(zāi)的預(yù)報(bào)預(yù)警現(xiàn)狀進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)查和分析，并探尋在當(dāng)前環(huán)境下中小型水庫(kù)在防洪方面工作的不足，進(jìn)而提出相應(yīng)解決方案。即通過采用國(guó)際上較為先進(jìn)的預(yù)報(bào)警模型技術(shù)、汛情預(yù)報(bào)技術(shù)以及相關(guān)的智能監(jiān)測(cè)和分析技術(shù)等諸多模塊共同建立一個(gè)相對(duì)完整的中小型水庫(kù)防洪減災(zāi)預(yù)警預(yù)報(bào)體系，以提高其對(duì)于洪災(zāi)的預(yù)報(bào)警能力。中小型水庫(kù)的預(yù)報(bào)警系統(tǒng)在進(jìn)行洪汛情報(bào)通知時(shí)一般會(huì)采用手機(jī)短信、氣象新聞以及氣象廣播等多項(xiàng)網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的綜合利用。通過對(duì)各項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用，有助于提高預(yù)報(bào)警的效率，有助于實(shí)現(xiàn)中小型水庫(kù)在防洪減災(zāi)方面的預(yù)報(bào)警體系由原來的粗放模式向系統(tǒng)化科學(xué)化轉(zhuǎn)變，有利于水庫(kù)防洪減災(zāi)的預(yù)報(bào)警能力的提升，降低庫(kù)區(qū)危險(xiǎn)。

【關(guān)鍵詞】中小型水庫(kù)；防洪減災(zāi)；預(yù)報(bào)預(yù)警技術(shù)

前言：

我國(guó)作為一個(gè)筑壩大國(guó)，全國(guó)上下大大小小水庫(kù)不下十萬(wàn)座，其中中小型水庫(kù)占據(jù)了絕大多數(shù)的數(shù)量，然而相應(yīng)的堤壩的潰壩情況也相當(dāng)嚴(yán)重，這主要是由于多數(shù)中小型水庫(kù)在防洪減災(zāi)的預(yù)報(bào)警方面的能力和技術(shù)不足所致。因此當(dāng)前國(guó)內(nèi)防洪體系當(dāng)中的薄弱環(huán)節(jié)便在于中小型水庫(kù)的防洪減災(zāi)的預(yù)報(bào)警問題。以云南地區(qū)的中小型水庫(kù)為例，云南省境內(nèi)河流眾多，中小型水庫(kù)與壩塘達(dá)數(shù)千座，然而由于其建造歷史較為久遠(yuǎn)，因而普遍存在嚴(yán)重老化的問題，并且隨著時(shí)間的推移，多數(shù)水庫(kù)與壩塘缺乏相應(yīng)的人員管理，因而使得其原有的功能無法得到保障，其運(yùn)行維護(hù)、日常管理以及預(yù)報(bào)警能力等方面均無法滿足現(xiàn)代要求，因此容易導(dǎo)致發(fā)生潰壩情況的發(fā)生。加之生態(tài)環(huán)境的惡化，云南省對(duì)于水庫(kù)壩塘等水利設(shè)施的防洪行洪能力要求更高，而小型水庫(kù)與壩塘在面對(duì)現(xiàn)代社會(huì)的防洪要求時(shí)無法勝任，因此難以起到有效的防洪減災(zāi)以及預(yù)報(bào)警的作用。由于中小型水庫(kù)壩塘在云南省內(nèi)的數(shù)量極為龐大，若想依靠工程方面進(jìn)行其預(yù)報(bào)警能力的提升往往會(huì)事半功倍，并且未必能夠與舊有的水庫(kù)體系相容，因此可以考慮采用非工程手段加強(qiáng)水庫(kù)防洪減災(zāi)方面的預(yù)報(bào)警能力。

一、當(dāng)前中小型水庫(kù)在防洪減災(zāi)方面的預(yù)報(bào)警能力現(xiàn)狀調(diào)查

目前國(guó)內(nèi)外的中小型水庫(kù)在防洪減災(zāi)的預(yù)報(bào)警方面存在諸多情況，例如缺乏對(duì)于水庫(kù)以及河流基本信息的掌握能力，預(yù)報(bào)警的模式單一，預(yù)報(bào)警技術(shù)落后，預(yù)報(bào)警的數(shù)據(jù)收集過于簡(jiǎn)略，預(yù)報(bào)警系統(tǒng)效率低下以及機(jī)制的不完善等等都是制約預(yù)報(bào)警能力的主要因素。

針對(duì)中小型水庫(kù)當(dāng)中所存在的諸多問題，必須要抓緊對(duì)水庫(kù)在防洪減災(zāi)方面的預(yù)報(bào)警系統(tǒng)的研究工作，依據(jù)我國(guó)的具體國(guó)情以及水庫(kù)所處流域的實(shí)際特點(diǎn)，加強(qiáng)對(duì)于先進(jìn)技術(shù)的引進(jìn)和借鑒，但不可盲目運(yùn)用，以避免與實(shí)際情況不符的現(xiàn)象出現(xiàn)。在引進(jìn)的同時(shí)應(yīng)當(dāng)盡量避免過于重視硬件設(shè)備，而對(duì)于軟件卻不加以重視的情況出現(xiàn)。預(yù)報(bào)警的科研成果主要集中于對(duì)洪汛情況的監(jiān)測(cè)設(shè)備以及相關(guān)儀器的研究與發(fā)展方面。國(guó)內(nèi)多數(shù)的設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)普遍對(duì)于防洪預(yù)警方面知識(shí)較為缺乏，因此使得防洪預(yù)警在設(shè)備方面的進(jìn)展極為緩慢，在數(shù)據(jù)的收集分析以及預(yù)警功能的保障方面，缺乏一體化的系統(tǒng)集成體系。同時(shí)目前多數(shù)的水庫(kù)在防洪減災(zāi)的預(yù)警預(yù)報(bào)方面仍是以單個(gè)的預(yù)報(bào)為主，而對(duì)于整個(gè)流域范圍內(nèi)的其他水庫(kù)沒有做到信息資源的共享，流域內(nèi)的水庫(kù)信息無法做到統(tǒng)一調(diào)度，水庫(kù)上下游之間的階梯聯(lián)報(bào)意識(shí)不強(qiáng)，使得預(yù)報(bào)警效率低下，以及預(yù)報(bào)警的信息存在延遲性過高。水庫(kù)預(yù)報(bào)警制度的不健全，使得流域整體性優(yōu)勢(shì)在提高洪汛預(yù)報(bào)警能力上難以有效發(fā)揮。

二、中小型水庫(kù)在防洪減災(zāi)方面的預(yù)報(bào)警技術(shù)分析

為了能夠滿足當(dāng)前國(guó)內(nèi)中小型水庫(kù)在防洪減災(zāi)方面預(yù)報(bào)警能力的需要，通過對(duì)國(guó)內(nèi)外的先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行研究和分析，從而提出了相應(yīng)的解決方案，以提高其預(yù)報(bào)警能力。該方案主要包括五條，分別是預(yù)報(bào)警機(jī)制的建立與完善、預(yù)報(bào)警的模型設(shè)計(jì)、洪汛災(zāi)情的報(bào)告以及智能監(jiān)測(cè)分析技術(shù)、防洪減災(zāi)的預(yù)報(bào)警平臺(tái)的構(gòu)建以及流域內(nèi)氣象、水文等情報(bào)的安全收集保障建設(shè)，從而實(shí)現(xiàn)中小型水庫(kù)在防洪減災(zāi)方面預(yù)報(bào)警能力的提高。

1 借助當(dāng)前較為先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行流域內(nèi)的觀測(cè)與情報(bào)收集，主要包括對(duì)于流域內(nèi)降水情況、水質(zhì)情況、地質(zhì)環(huán)境等多項(xiàng)環(huán)境指標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)在線采集，并通過網(wǎng)絡(luò)傳輸實(shí)現(xiàn)流域內(nèi)信息的共享并進(jìn)行相應(yīng)的存儲(chǔ)。其次則是利用計(jì)算機(jī)信息技術(shù)中的云計(jì)算能力以及模糊識(shí)別能力，對(duì)各種數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)的分析以及優(yōu)化處理，通過水利廳的負(fù)載均衡手實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的高效計(jì)算與分析。

2 依據(jù)流域內(nèi)汛期與非汛期時(shí)間節(jié)點(diǎn)的不同，對(duì)流域內(nèi)的降水情況、Pa數(shù)值、大壩的抗雨能力等諸多項(xiàng)目的相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，并做好相應(yīng)的記錄工作，當(dāng)發(fā)生變化時(shí)應(yīng)當(dāng)及時(shí)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

3 通過結(jié)合所收集到的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，通過借助日常預(yù)警、假擬預(yù)警以及實(shí)時(shí)告警著三種手段進(jìn)行詳細(xì)的分析與計(jì)算。在這些數(shù)據(jù)計(jì)算中預(yù)警所需要的指標(biāo)數(shù)據(jù)主要包括Pa數(shù)值、河流實(shí)際的來水量、流域預(yù)估水位數(shù)值、以及堤壩設(shè)施的納雨能力等。而告警指標(biāo)則主要包括降雨的強(qiáng)度、水庫(kù)水位變化情況、12小時(shí)、24小時(shí)內(nèi)的實(shí)際降雨量以及未來一定時(shí)間段內(nèi)的降雨情況。

4 在進(jìn)行防洪預(yù)警的模型庫(kù)建設(shè)時(shí)，需要確定水文預(yù)報(bào)情況、庫(kù)區(qū)內(nèi)部洪水預(yù)報(bào)情況以及水庫(kù)調(diào)洪能力演算等諸多系統(tǒng)模型的要求標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于流域內(nèi)的所有模型庫(kù)應(yīng)當(dāng)進(jìn)行統(tǒng)一的電子管理，從而確保所有水庫(kù)的模型標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一，并且符合流域整體性的特點(diǎn)，從而提高預(yù)報(bào)警的精準(zhǔn)性。

5 在進(jìn)行河流數(shù)據(jù)的采集以及模型庫(kù)的建設(shè)時(shí)，也應(yīng)當(dāng)及時(shí)做好預(yù)報(bào)警系統(tǒng)的構(gòu)建，主要包括數(shù)據(jù)的采集與開發(fā)利用、通信網(wǎng)絡(luò)的建立、標(biāo)準(zhǔn)的制定以及預(yù)報(bào)警機(jī)制的決策等。從而確保水庫(kù)預(yù)報(bào)警體系的完整高效。

6.對(duì)于野外系統(tǒng)中的科技設(shè)備，如自動(dòng)監(jiān)測(cè)系列的設(shè)備，應(yīng)當(dāng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)技術(shù)以及設(shè)備避雷技術(shù)以保證設(shè)備不會(huì)因自然因素而受到破壞，同時(shí)應(yīng)當(dāng)分配專職人員定期進(jìn)行巡邏以保證設(shè)備的正常運(yùn)行，從而確保系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定可靠。

三、水庫(kù)防洪減災(zāi)中預(yù)報(bào)警系統(tǒng)的構(gòu)建

1 開發(fā)與構(gòu)建的研究思路

在進(jìn)行預(yù)報(bào)警系統(tǒng)的開發(fā)時(shí)，可以同時(shí)建立專業(yè)預(yù)警以及決策分析系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的專業(yè)分析以及洪汛情況的綜合決策的高效結(jié)合。在進(jìn)行流域內(nèi)系統(tǒng)的建設(shè)時(shí)必須要保證流域內(nèi)部總體一致的原則以及各個(gè)水庫(kù)實(shí)際情況不同的原則，要做到系統(tǒng)模式標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的同時(shí)，對(duì)于各個(gè)水庫(kù)地質(zhì)水文不盡相同的特征也能得到充分的體現(xiàn)。在進(jìn)行信息的分析時(shí)應(yīng)當(dāng)基于個(gè)人的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，對(duì)系統(tǒng)所獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)的分析。在確保數(shù)據(jù)真實(shí)有效地同時(shí)，通過同步技術(shù)將本地?cái)?shù)據(jù)與服務(wù)器的數(shù)據(jù)進(jìn)行同步，進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)信息的記錄以及統(tǒng)計(jì)。在建立流域內(nèi)通用的框架體系時(shí)，對(duì)于其中部分較為特殊的模型，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行單獨(dú)的開發(fā)并將其納入模型庫(kù)之中，必須要確保系統(tǒng)具備較強(qiáng)的通用能力，以及適應(yīng)特殊情況的能力，在需要采用面向技術(shù)人員的可視化開發(fā)時(shí)，應(yīng)當(dāng)盡量使操作界面的設(shè)計(jì)更加操作簡(jiǎn)便，在進(jìn)行操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)以實(shí)際操作人員的習(xí)慣為設(shè)計(jì)原則，以確保操作人員的快速上手。在通信方面可以借助有線與無線相結(jié)合的通信方式，依據(jù)不同的地理環(huán)境以及信息采集方式采用全方位有保障的通信模式。

2 預(yù)報(bào)警系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)

2.1 手機(jī)預(yù)報(bào)警功能。針對(duì)目前國(guó)內(nèi)小型水庫(kù)的實(shí)際情況，可以適當(dāng)借助智能手機(jī)完成洪汛情況的報(bào)告，通過數(shù)據(jù)以及圖片完成流域內(nèi)多數(shù)小型水庫(kù)的數(shù)據(jù)采集與上報(bào)，并經(jīng)由水庫(kù)的管理人員逐層進(jìn)行上報(bào)，從而保證流域內(nèi)情況的詳細(xì)和及時(shí)。在報(bào)告的頻率上應(yīng)當(dāng)依據(jù)當(dāng)天的實(shí)際情況而定，如果是晴天則可以每天上午和下午各一次即可，具體時(shí)間依各地情況不同而確定，如果是陰雨天氣則應(yīng)當(dāng)提高報(bào)告的頻率，盡量保證三個(gè)小時(shí)一次。

2.2 預(yù)報(bào)警系統(tǒng)的平臺(tái)服務(wù)。預(yù)報(bào)警系統(tǒng)需要進(jìn)行綜合信息手機(jī)的平臺(tái)服務(wù)建設(shè)，從而能夠?yàn)楹檠辞闆r的數(shù)據(jù)傳輸提供統(tǒng)一的信號(hào)接口、通信協(xié)議以及終端服務(wù)配置，以實(shí)現(xiàn)對(duì)信息的全面收集與檢測(cè)。對(duì)于工作流程以及模式應(yīng)當(dāng)依據(jù)流域內(nèi)的整體情況而進(jìn)行統(tǒng)一的制定。同時(shí)應(yīng)當(dāng)為流域的各子系統(tǒng)提供相應(yīng)的分平臺(tái)，使其能夠依據(jù)流域內(nèi)各水庫(kù)類型、水庫(kù)所屬區(qū)域、以及水文特征等進(jìn)行批量選擇，從而方便中心系統(tǒng)的對(duì)于各地的管理與監(jiān)測(cè)。

2.3 地理信息數(shù)據(jù)的采集與繪制。目前國(guó)際上普遍采用GIS技術(shù)中的點(diǎn)視圖進(jìn)行降水情報(bào)的收集與記錄，雖然這種形式有一定的方便性，但是就水庫(kù)的防洪減災(zāi)預(yù)報(bào)警能力而言缺乏較為直觀的反饋。因此應(yīng)當(dāng)利用GIS技術(shù)進(jìn)行水庫(kù)定位搜索以及信息顯示等功能，并將其以立體視圖的方式呈現(xiàn)。并借助克立格算法完成對(duì)于流域內(nèi)所有水庫(kù)降雨量、抗雨能力以及PA熟知的繪制和展示

2.4 預(yù)報(bào)警系統(tǒng)中的模型設(shè)計(jì)與管理。在進(jìn)行模型的設(shè)計(jì)與管理時(shí)，應(yīng)當(dāng)注意將河流預(yù)報(bào)以及水庫(kù)自身的調(diào)洪演算能力等多項(xiàng)概念納入模型的設(shè)計(jì)之中，通過計(jì)算機(jī)算法以實(shí)現(xiàn)中小型水庫(kù)的的功能性預(yù)報(bào)與模型組合。在建立水庫(kù)模型庫(kù)時(shí)，應(yīng)當(dāng)將流域范圍的全部水文模型進(jìn)行收集，并進(jìn)行統(tǒng)一的設(shè)定，從而確保各水庫(kù)能夠任意選擇模型進(jìn)行模擬計(jì)算，通過相互之間差異的對(duì)比以提高預(yù)報(bào)警精確性。集成省內(nèi)應(yīng)用的所有水文模型，對(duì)全省中小型水庫(kù)預(yù)報(bào)預(yù)警模型統(tǒng)一設(shè)定，各水庫(kù)可以任意選擇適合的預(yù)報(bào)模型進(jìn)行計(jì)算，并可選擇多個(gè)模型同時(shí)計(jì)算，對(duì)比不同模型間的差異，進(jìn)一步提高預(yù)報(bào)精度。

2.5 日常預(yù)報(bào)。通過流域內(nèi)中小型水庫(kù)綜合預(yù)報(bào)警能中心的建立，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于流域內(nèi)日平均降水情況、河流徑流量、水庫(kù)蓄水量以及水庫(kù)最高水位等等多項(xiàng)數(shù)據(jù)的收集。這主要是由于常規(guī)的日常工作效率較為低下，并且失誤率較高，通過該系統(tǒng)可以將計(jì)算機(jī)的信息監(jiān)測(cè)與收集能力進(jìn)一步加強(qiáng)，有助于信息收集的準(zhǔn)確性和效率性的提升。

2.6 洪汛情況的預(yù)報(bào)警能力?？紤]到多數(shù)的中小水庫(kù)普遍存在集水面積小以及匯流所需時(shí)間較短的特點(diǎn)，因此通過建立抗雨分析以及調(diào)洪模型的演算，能夠極為有效地提高防洪預(yù)警的時(shí)效性，保證做到快速預(yù)警。

2.7 預(yù)報(bào)警系統(tǒng)的同步預(yù)報(bào)能力。通過在流域內(nèi)的各個(gè)水庫(kù)建立單獨(dú)的預(yù)報(bào)警系統(tǒng)，并借助無線電通訊方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的匯集分布與收集，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)于流域內(nèi)各分點(diǎn)的同步預(yù)報(bào)效果，能夠有效達(dá)到上下游之間以及上下層之間的聯(lián)動(dòng)預(yù)警目的，有助于省廳對(duì)于全部中小型水庫(kù)的降水情況了解以及洪汛情報(bào)的需要。

2.8 氣象預(yù)警與超前預(yù)警的結(jié)合。通過借助氣象信息同以往的洪汛情況相結(jié)合，并利用軟件技術(shù)獲取該區(qū)域的降水情況從而實(shí)現(xiàn)對(duì)于水庫(kù)的預(yù)警，將其所提供的降水情況轉(zhuǎn)化為實(shí)際的洪汛信息，并結(jié)合水庫(kù)的實(shí)際庫(kù)存情況，結(jié)合水庫(kù)的安全荷載范圍進(jìn)行分析，從而做到超前預(yù)警，以提高預(yù)警機(jī)制的預(yù)測(cè)能力。

四、總結(jié)

通過對(duì)目前國(guó)內(nèi)的中小型水庫(kù)進(jìn)行調(diào)查，并為其提供全面科學(xué)合理的防洪減災(zāi)預(yù)報(bào)警解決方案，依托于全新系統(tǒng)以及機(jī)制的建立，從而為防洪減災(zāi)的預(yù)報(bào)警系統(tǒng)提供相應(yīng)的設(shè)計(jì)開發(fā)以及運(yùn)行管理的全面支持。該項(xiàng)系統(tǒng)的系統(tǒng)集成化呈度高，并且具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性強(qiáng)，在國(guó)內(nèi)外的多次實(shí)際建設(shè)也表明其質(zhì)量以及標(biāo)準(zhǔn)的科學(xué)有效，借助分期多指標(biāo)數(shù)據(jù)收集的全面實(shí)時(shí)預(yù)警體系與中小型水庫(kù)的庫(kù)區(qū)承受能力可以相結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)防洪減災(zāi)的超前預(yù)警。這一系統(tǒng)的全面構(gòu)建與完善也為中小型的水庫(kù)在防洪減災(zāi)方面提供了全新的思考方向和現(xiàn)實(shí)依據(jù)。各項(xiàng)現(xiàn)代化新型收集技術(shù)以及設(shè)備的大量應(yīng)用也紛紛通過了相應(yīng)的工程質(zhì)量考驗(yàn)，因此具有較強(qiáng)的實(shí)用性，其成果有助于促進(jìn)國(guó)內(nèi)中小型水庫(kù)在管理方式的轉(zhuǎn)變，對(duì)于水庫(kù)的防洪減災(zāi)能力以及預(yù)報(bào)警水平有著極大的提升。

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