大慶地區(qū)防洪工程防汛調(diào)度智能化管理分析及構(gòu)想

王都海

(黑龍江省大慶地區(qū)防洪工程管理中心， 黑龍江 大慶 163311)

0 引 言

大慶地區(qū)防洪工程(安肇新河體系)和肇蘭新河體系工程是區(qū)域內(nèi)防洪排澇的主干工程，總控制流域面積1.9萬(wàn)km2，涉及省內(nèi)4個(gè)地市的13個(gè)縣市區(qū)。2017年以來(lái)，連續(xù)四年發(fā)生洪澇災(zāi)害，防汛任務(wù)繁重。隨著國(guó)家智慧水利建設(shè)的實(shí)施，大慶地區(qū)防洪工程極有必要提升工程標(biāo)準(zhǔn)和管理手段，加大投入，積極推進(jìn)防洪調(diào)度智能化建設(shè)，有效提高防汛調(diào)度管理效率和社會(huì)服務(wù)水平[1]。

1 有關(guān)目標(biāo)及技術(shù)裝備的最新要求

1.1 水文現(xiàn)代化建設(shè)目標(biāo)的內(nèi)容

防汛調(diào)度工作的基礎(chǔ)主要來(lái)源于水文水情信息，在及時(shí)準(zhǔn)確掌握水文數(shù)據(jù)信息的基礎(chǔ)上，制定合理調(diào)度方案，為防汛決策提供科學(xué)依據(jù)。防汛調(diào)度智能化、現(xiàn)代化主要體現(xiàn)在水文智能化和現(xiàn)代化。

2005年國(guó)家出臺(tái)了《全國(guó)水文現(xiàn)代化建設(shè)指導(dǎo)意見(jiàn)》中明確闡述了水文現(xiàn)代化建設(shè)的目標(biāo)，就是要應(yīng)用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，依靠科技創(chuàng)新，建設(shè)水文信息采集系統(tǒng)、水文信息傳輸系統(tǒng)、水文數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、水文服務(wù)系統(tǒng)、辦公自動(dòng)化系統(tǒng)。形成水文現(xiàn)代化服務(wù)和管理運(yùn)行體系[2]。

從防洪調(diào)度智能化需求角度考慮，水文現(xiàn)代化建設(shè)目標(biāo)的內(nèi)容主要包括5個(gè)方面，見(jiàn)表1。

表1 水文現(xiàn)代化建設(shè)目標(biāo)的內(nèi)容構(gòu)成

以上5方面內(nèi)容，前三項(xiàng)是必備的，無(wú)需人員值守，自動(dòng)運(yùn)行生成數(shù)據(jù)；后兩項(xiàng)則提升空間大，需要相應(yīng)軟件開(kāi)發(fā)，以及必要的硬件支持。

1.2 水文現(xiàn)代化建設(shè)技術(shù)裝備方面的最新要求

依據(jù)是水利部發(fā)布的《水文現(xiàn)代化建設(shè)技術(shù)裝備的有關(guān)要求》，國(guó)家對(duì)水文現(xiàn)代化建設(shè)技術(shù)裝備方面的提出新的要求。

1)水文測(cè)站原則上按自動(dòng)站建設(shè)，實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守和自動(dòng)測(cè)報(bào)?？刂普鞯亟ǚ恳?guī)模，減少纜道、測(cè)船等大型固定設(shè)施建設(shè)。

2)降雨量應(yīng)全部采用在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)。設(shè)備選用自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備。降水量、水位等水文要素監(jiān)測(cè)，具備條件的應(yīng)全部采用在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)。無(wú)法實(shí)現(xiàn)全年水位在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)的水文測(cè)站，汛期要實(shí)現(xiàn)在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)。

3)水位采用在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)，利于水位圖像識(shí)別技術(shù)，可進(jìn)行遠(yuǎn)程校核。水位站原則上應(yīng)建設(shè)水位視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可優(yōu)先考慮性能可靠的水位圖像識(shí)別技術(shù)，并應(yīng)能實(shí)現(xiàn)水位遠(yuǎn)程校核。

4)流量測(cè)驗(yàn)以在線或自動(dòng)監(jiān)測(cè)為主，設(shè)備有多普勒流速儀、雷達(dá)測(cè)速等。

5)數(shù)據(jù)通信方面，推進(jìn)衛(wèi)星通信、物聯(lián)網(wǎng)、5G技術(shù)應(yīng)用技術(shù)。在水文測(cè)報(bào)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)用，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及設(shè)備配置應(yīng)滿足數(shù)據(jù)交換需求，基本水文測(cè)站網(wǎng)絡(luò)應(yīng)滿足視頻實(shí)時(shí)傳輸要求。

2 防汛調(diào)度自動(dòng)化調(diào)度系統(tǒng)現(xiàn)狀

1995年，開(kāi)始投資建設(shè)大慶地區(qū)防洪工程自動(dòng)化調(diào)度系統(tǒng)，用于實(shí)時(shí)接收安肇新河和肇蘭新河流域洪水監(jiān)測(cè)信息，傳輸?shù)椒篮檎{(diào)度中心，經(jīng)自動(dòng)化系統(tǒng)做出洪水預(yù)報(bào)，給出最優(yōu)調(diào)度方案，為防洪決策提供科學(xué)依據(jù)。當(dāng)時(shí)該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)26個(gè)雨量站和5個(gè)水位站水文信息的自動(dòng)采集，降雨量采用翻斗式雨量計(jì)測(cè)量，水位采用浮子式水位計(jì)測(cè)量。自動(dòng)收集的雨量、水位信息通過(guò)超短波無(wú)線通信系統(tǒng)傳到防洪調(diào)度中心。該系統(tǒng)除采集數(shù)據(jù)、信息傳輸和調(diào)度中心的硬件設(shè)備外，還包括水情譯電系統(tǒng)、防汛信息查詢系統(tǒng)、洪水預(yù)報(bào)調(diào)度系統(tǒng)、防洪會(huì)商顯示系統(tǒng)、防洪綜合數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)多年運(yùn)行，均已淘汰并無(wú)法使用。

2005年又對(duì)主要滯洪區(qū)建設(shè)了雨量、水位自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)，在王花泡、北二十里泡、中內(nèi)泡、庫(kù)里泡、污水庫(kù)建設(shè)水位觀測(cè)站和雨量觀測(cè)站，采用超短波傳輸方式，浮子式水位計(jì)，由于運(yùn)行多年設(shè)備落后，隨著廠家更新?lián)Q代，設(shè)備已無(wú)法得到及時(shí)維修，現(xiàn)已無(wú)法使用。

目前中心自動(dòng)化調(diào)度系統(tǒng)建設(shè)相對(duì)落后，自動(dòng)化程度較低，只有明青坡地在2018年建設(shè)6個(gè)雨量遙測(cè)站，分別為老虎崗、崇德、通泉、明水縣、禎祥、育林，采用GPRS/GSM通信方式，傳輸?shù)焦财脚_(tái)，再通過(guò)查詢軟件查詢數(shù)據(jù)。目前正常運(yùn)行的雨量遙測(cè)站已達(dá)10個(gè)，但還不足以滿足實(shí)際工作需要。

表2 系統(tǒng)建設(shè)及運(yùn)行基本情況一覽表

3 防汛智能化管理的有關(guān)構(gòu)想

根據(jù)目前防汛自動(dòng)化需求和大力發(fā)展智慧水利的形勢(shì)，中心需要建設(shè)防汛調(diào)度智能化管理系統(tǒng)，主要包括水情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、閘門(mén)監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)、洪水預(yù)報(bào)調(diào)度系統(tǒng)和防汛會(huì)商系統(tǒng)等4個(gè)重要組成部分。

3.1 水情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

水情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要包括4個(gè)子系統(tǒng)，分別為明青坡地水情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、幸福排干流域水情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、安肇新河水情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、肇蘭新河水情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

3.1.1 明青坡地水情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

明青坡地洪水為大慶地區(qū)洪水的主要來(lái)源之一，總控制面積2161km2，地勢(shì)東北高，西南低，地形坡度>1/1000，集水面積大，匯流快，沒(méi)有控制工程，對(duì)防汛威脅較大，因此對(duì)明青坡地洪水監(jiān)測(cè)尤為重要。明青坡地雨量遙測(cè)系統(tǒng)主要建設(shè)16個(gè)雨量站(其中已建10個(gè)，4個(gè)待建)。

3.1.2 幸福排干流域水情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

幸福排干將西北排干和劉大壤堿溝來(lái)水引入青肯泡滯洪區(qū)，在青肯泡主壩東側(cè)匯入滯洪區(qū)，排干全長(zhǎng)34km，跨安達(dá)、肇東、蘭西三市縣，排干控制流域面積1066km2，其中平原區(qū)320km2，占30%，丘陵區(qū)746km2，占70%。幸福排干5a一遇流量35.8m3/s，10a一遇流量83.7m3/s，20a一遇流量146m3/s。幸福排干洪水具有來(lái)水量大，來(lái)水迅猛等特點(diǎn)，對(duì)青肯泡滯洪區(qū)威脅較大，因此對(duì)幸福排干流域進(jìn)行水情監(jiān)測(cè)十分必要。幸福排干雨量遙測(cè)系統(tǒng)主要建設(shè)6個(gè)雨量站。

表3 明青坡地水情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)站點(diǎn)分布表

表4 幸福排干流域水情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)站點(diǎn)分布

3.1.3 安肇新河水情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

安肇新河工程共設(shè)有：王花泡、北二十里泡、中內(nèi)泡、七才泡、老江身泡和庫(kù)里泡等滯洪區(qū)及安肇新河河道和明青截流溝組成，由安肇新河串通而進(jìn)行調(diào)蓄泄洪，最后經(jīng)古恰閘泄入松花江。

為了掌握安肇新河水情，保證工程安全運(yùn)行，建設(shè)安肇新河水情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)置見(jiàn)表5。

3.1.4 肇蘭新河水情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

為了掌握肇蘭新河水情，保證工程安全運(yùn)行，建設(shè)肇蘭新河水情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)置見(jiàn)表6。

表5 安肇新河水情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)置分布

表6 肇蘭新河水情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)置分布

3.2 閘門(mén)監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)

閘門(mén)控制系統(tǒng)主要對(duì)王花泡、北二十里泡、中內(nèi)泡、庫(kù)里泡、青肯泡等5個(gè)滯洪區(qū)閘門(mén)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。

表7 滯洪區(qū)閘門(mén)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)分布

3.3 洪水預(yù)報(bào)調(diào)度系統(tǒng)

建立與目前水文科學(xué)、計(jì)算機(jī)發(fā)展水平相適應(yīng)的水庫(kù)防洪調(diào)度系統(tǒng)，在預(yù)報(bào)模型方面最好選用兩種以上的模型，根據(jù)不同降雨情況準(zhǔn)確計(jì)算洪水來(lái)量，提供科學(xué)合理調(diào)度方案，為防洪搶險(xiǎn)提供理論支撐，力求把洪災(zāi)損失降到最低程度。

3.4 防汛會(huì)商系統(tǒng)

中心應(yīng)建立一個(gè)具有水情信息顯示、工情信息實(shí)時(shí)呈現(xiàn)、提供領(lǐng)導(dǎo)防洪決策依據(jù)的完整會(huì)商中心，為防汛決策提供技術(shù)支持。

4 結(jié) 論

安肇新河和肇蘭新河兩個(gè)工程體系，都是區(qū)域內(nèi)唯一防洪排澇的主干通道，涉及省內(nèi)十多個(gè)縣市區(qū)的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及城鄉(xiāng)居民生命財(cái)產(chǎn)的防洪安全?，F(xiàn)有工程運(yùn)行均超過(guò)30年，存在工程設(shè)施老化、防洪標(biāo)準(zhǔn)偏低、技術(shù)管理手段落后等問(wèn)題。按照國(guó)家水利部提出的強(qiáng)化預(yù)報(bào)、預(yù)警、預(yù)演、預(yù)案“四預(yù)”措施的要求，有必要加快提升大慶防洪工程防汛調(diào)度智能化管理能力與技術(shù)手段，改進(jìn)水文測(cè)報(bào)模式，預(yù)警信息直達(dá)防御一線，精準(zhǔn)掌握河道行洪能力、蓄滯洪區(qū)運(yùn)用風(fēng)險(xiǎn)情況，完善預(yù)警平臺(tái)，動(dòng)態(tài)完善防洪調(diào)度預(yù)案，充分發(fā)揮流域水工程體系綜合減災(zāi)功能。