雪野水庫及流域內小型水庫安全運行預警系統建設構想

孫寧海，孫麗霞

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

1 建設水庫安全運行預警系統的重要意義

萊蕪市雪野水庫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，對減輕大汶河及東平湖防洪壓力發揮著重要作用。該水庫流域面積444km2，總庫容 2.21億m3，按100年一遇洪水設計，10000年一遇洪水校核。該水庫流域形狀呈闊葉狀，主要為石灰巖和火成巖低山丘陵區，局部植被較好。截止目前流域內建有小(一)型水庫5座；小(二)型水庫 27座，合計控制流域面積170.91km2、總庫容 1441.88萬m3、興利庫容 951.97萬 m3；小型水庫現狀防洪能力普遍較低，最低 2年一遇，最高200年一遇。

雪野水庫防洪保護下游124萬人，保護津浦等2條鐵路、濟南—青島等3條高速公路和魯中鐵礦。流域內32座小型水庫的下游普遍建有村莊，若出現嚴重險情或垮壩，將直接危及其下游約7000人的生命安全。同時，流域內小型水庫的運行安全與否，還直接影響雪野水庫的正常運行和綜合效益的發揮。

建設雪野水庫及流域內小型水庫安全運行預警系統，既可根據天氣預報和實測降雨、有關山洪地質災害預警信息，及時對小型水庫下游居民預警，防止出現洪水淹沒損失的責任事故以及超標準洪水垮壩傷亡事故；同時還可以根據雪野水庫流域內來水情況，及時分析調整下泄洪水的流量，進行科學合理調度，充分發揮攔洪錯峰的作用，并對下游沿河兩岸保護目標及時作出預警，從而實現水庫工程防洪減災、蓄水興利的最大效益。建設水庫工程安全運行預警系統，是防汛指揮決策支持系統的重要組成部分，也是重要的民生工程，具有十分重要的實用價值。

2 預警方式分析

雪野水庫及流域內小型水庫安全運行預警系統（以下簡稱雪野中心預警系統），可作為萊蕪市防洪安全預警系統的組成部分。根據水庫工程現狀管理運行模式和防洪指揮調度的有關規定，雪野中心預警系統的主要功能：一是利用外部信息，包括氣象信息、上級部門防汛指揮調度的規定和命令等，作出響應；二是利用內部信息，即來自雪野水庫及流域內各水庫，以及下游重要河道斷面水情等有關信息，對大壩工程安全運行作出評價；三是根據各方面的信息，綜合分析，做出科學合理的調度方案，按照規定權限，報經上級主管部門和防汛指揮部門批準后執行。同時對鐵路、高速公路等主管部門作出預警；四是根據上級的調度指令和實際運行情況，及時對有關方面的安全責任人員發出預警信息。

對下游大汶河跨行政區域的有關信息的傳遞，依照有關規定由市防汛指揮部辦公室作出安排。

水庫工程安全運行預警主要有以下四種型式：一是電子信息，如有線電話、計算機光纜通信、電視媒體播報，無線通信如手機通話（短信）、衛星無線通信等技術；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。即根據事先約定的信號采取行動；四是警報器、信號彈等報警；各有關村莊、重要保護單位責任人接到預警信息后，應當立即利用本單位的廣播喇叭播報信息，或組織黨員、基干民兵采取接力等方式，迅速組織做好防護和群眾安全轉移工作，以防不測事件發生。

3 預警系統的組成

基于現代通信技術的水庫安全運行預警系統應當包括以下基本內容：

3.1 氣象信息接收應用系統

通過寬帶網絡（有線、無線兩種模式），及時獲得有用的天氣預報、氣象雷達、衛星云圖、實況降雨的推進等重要信息，并分類分析，存入數據庫；通過租用公眾通信網絡（有線、無線兩種模式）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音通信、傳真接收系統；建立寬帶網絡（有線、無線兩種模式）聯系系統，能夠實現有關信息的隨時共享；應儲備一套移動通訊車或衛星通信設備，確保特殊狀態下可靠的通信聯絡。

3.2 水、雨情自動測報系統

3.2.1 水情自動測報系統

該系統包括以下內容：一是雪野水庫壩前水位、重要支流入庫流量的自動測報站；二是流域內32座小型水庫壩前水位自動測報站；三是雪野水庫溢洪閘泄洪流量測控系統；四是雪野水庫下游萊蕪市境內河道重要保護目標某斷面河水流量自動測報站。

3.2.2 雨情自動測報系統

一是雪野水庫壩址處、流域內已按規劃布設的各個雨量遙測站，即：雪野、茶葉、上游、峪門4個站的遙測系統完善；二是雪野水庫流域內32座小型水庫壩址處雨量遙測站建設；三是雪野水庫下游萊蕪市境內河道重要支流流域內各分布站點的雨量遙測站建設。

3.3 信息傳輸系統

（1）所使用的有線、無線公眾通信網、寬帶網的終端設備，經完善應滿足可靠性及傳輸速率要求；

（2）水利專網應滿足可靠性要求，遙測信號的頻率、傳輸速率等應滿足抗干擾、不碰撞、高可靠要求。應特別試驗超強降雨條件下的測報能力；

（3）如公眾無線網和遙測專網的信號強度不滿足要求，則應建設信號中繼站等設施加以解決。

3.4 洪水預報與調度支持系統

3.4.1 洪水預報系統

首先依據實測降雨信息和滿足精確度要求的流域產流、匯流模型（如P+Pa— R和經驗單位線模型等）和有關實用參數，推算分析入庫洪水總量和入庫洪水過程。并可根據天氣預報、氣象雷達和實況降雨過程推進情況，假設后續時段降雨，預測上游水庫入庫洪水情況和雪野水庫入庫洪水情況。其次能夠根據所假設時段的實際降雨情況，采用實時校正方法，跟蹤洪水變化過程；為實現上述目標，需要利用計算機編制專門程序進行洪水預報。

3.4.2 洪水調度系統

該系統能夠實現人機交互，通過綜合分析雪野水庫水情、入庫洪水、水庫上下游防洪（如錯峰）要求、工程安全等情況，人工干預擬定不同的調度方式，經過多次復雜的調洪演算，推薦多個可靠、合理的洪水調度方案，供領導會商決策時參考。為此，需要利用計算機編制專門程序，快速分析計算不同調度方式下的多個調度方案值。

3.4.3 洪水調度過程的仿真模擬

該系統能夠演示不同調度方案上、下游淹沒區域情況，分析可能受損情況以及需要防護的地點和安全轉移的人口等。

3.5 大壩安全監測系統

即針對大壩不同的縱橫斷面，實現對壩體內部及壩基滲流壓力的自動觀測和資料實時分析。應在現有基礎上進一步完善對雪野水庫大壩的滲流壓力、工程位移等監測系統；對流域內重要小（一）型水庫大壩的滲流壓力、工程位移等監測系統。

3.6 數據庫管理系統

數據庫應當包括雪野水庫及其流域內32座小型水庫的有關信息，并包括以下6方面內容：（1）工程基礎信息。包括流域、水文、地理、工程等方面的特征值、基本參數，也就是較長時期固定不變的基本信息；（2）當前雨情信息。即一場降雨過程中各站點、逐時段的降雨信息，以及對應的天氣預報信息；（3）水情信息。即一場洪水的總量、峰值、過程線、頻率和蓄水、泄水等有關信息；（4）工程運行信息。即暴雨洪水期和高水位運行期大壩工程的運行動態，包括險情及處理方案；（5）歷史洪水與處理。即記錄歷史上對應超過某一暴雨量值或洪水總量、洪峰流量量值的洪水，所對應的暴雨量值、洪水、災害、調度處理方案及過程，可通過查閱，對當前暴雨洪水的處置提供參考方案；（6）多媒體圖文信息。應當包括圖片、視頻文件、圖表等電子圖文信息，便于了解工程及有關情況。

3.7 視頻監視與自動控制系統

該系統包括三個方面的內容：

一是雪野水庫大壩安全監控系統。該系統所具備的基本功能：（1）對大壩、放水洞、溢洪閘、管理區等重點部位重點區域的視頻監控；（2）可利用雷達對大壩和庫面進行管理監控；（3）對溢洪閘、放水洞閘門的遠程自動監控；二是雪野水庫流域內小型水庫無線視頻監控系統。即對雪野水庫流域32座小型水庫大壩工程運行情況的視頻監控。三是雪野水庫下游萊蕪市境內河道重要目標處無線視頻監控系統。即對下游高速公路濟南——青島2號線跨河大橋和萊蕪——明水公路跨河大橋的視頻監控，做好有關服務。

3.8 水資源安全監測系統

包括雪野水庫水資源可供給量及水質安全監測系統；雪野水庫流域內重要小型水庫水量及水質的安全監測；雪野水庫流域內農藥、化肥、洗滌劑等面污染源（物）的用量、降解能力等監測。

3.9 異地會商系統

建立雪野水庫洪水預報調度和安全運行的會商機制，提供會商決策所需的各類預測預報信息、實測信息和歷史洪水處理信息，提供各種調度方案的啟用條件和后果預測，建設本地會商和異地會商的環境，完善有關設備設施。

3.10 信息發布系統

按照雪野水庫防洪預案的要求，由當地新聞媒體的公共頻道滾動播報；通過手機短信群發各有關行政責任人、技術責任人、管護責任人、受威脅村莊支部書記和村委會主任；按照預案要求，利用警報器、信號彈等對下游附近村莊報警；利用移動車或人工分段巡視下游沿河情況，遇險報警；特殊狀態下調用移動通信車報警。

4 預警設備設施選擇

4.1 選型原則

一是先進、可靠原則；二是經濟、實用原則；三是易于維護管理原則。

4.2 設備選型有關要求

對水雨情遙測設備和信號傳輸中轉站，可采用太陽能和風能相結合的供電模式；測量雨量的設備精度應達到誤差±0.5mm，測量水位的誤差±10mm；對有條件的重點小（一）型水庫可鋪設光纜連接到雪野水庫預警中心，并可連接到上級防汛指揮辦事機構；對壩址處和流域內4個雨量站及大多數小型水庫站可通過無線傳輸方式發送雨量、水位，以及視頻監控等信息。應充分考慮3G無線網絡通信技術的應用。具體技術方案及設備選型應充分利用現有設備設施，進行部分改造或新建達到技術要求，經專家論證后公開招標予以采購。

5 管理維護及使用建議

建設雪野中心水庫安全運行預警系統，以大型水庫的管理為依托，綜合考慮流域內的中小型水庫工程，實行安全運行預警系統一體化管理模式，是一種創新模式，打破了工程分級管理的有關限制，可以集中有效的技術力量進行管理監控，可解決管理不到位、責任不夠明確、技術力量不足和監管不及時的情況。

為此，建議：一是盡早研究、規劃建設這一系統，并明確其管理使用主體是雪野水庫管理處；二是積極籌集資金。本系統屬于重要的民生工程，建設和管理費用應由雪野水庫的上級主管部門協商同級財政部門予以解決；三是嚴格使用管理。應當實行24h不間斷監控，值守人員必須時刻監視分析有關動態情況，特別是暴雨洪水時期和水庫高水位運行時期的安全情況，決不能掉以輕心；四是應向主管部門申請該預警系統為科技示范工程，并在運用成熟基礎上推廣應用。