麻家邊水庫自動調度預警系統建設方案分析探討

趙淑玲

（金堆城鉬業集團有限公司 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和生活供水，結合養魚、灌溉等。多年來公司主生產區金堆鎮多次遭受暴雨、洪水、滑坡、大風等氣象災害，尤其是2010年7.24暴雨天氣過程，更是給集團和當地人民群眾帶來了巨大的人員和財產損失。建立“金堆鉬業公司氣象監測與預報預警服務系統”，進一步提升當地氣象服務能力，重點加強氣象監測、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。

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

2 自動調度預警系統的原理、特點及結構

自動調度預警系統根據需要建立具有地域代表性的2、4、6要素自動監測站，并進行自動站數據的采集、通信、加工、發布，以及數據庫、監控統計等軟件的開發。預報預警中心站由多普勒雷達接收處理顯示系統、風云2-E衛星接收處理系統、MICAPS氣象資料綜合處理系統、SWAN短時臨近預報預警系統、基于GIS的雷達雨量實時反演監測系統、系統運行數據庫支持與實況報警系統6大部分構成。

自動調度預警系統的特點根據區域實際建設多種渠道的氣象信息和預警產品發布系統，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災害等級啟動不同級別的突發氣象災害應急響應，通過集團公司的衛星電話發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。

系統由數據采集系統、數據管理信息子系統、數據分析與評價子系統和水庫調度系統四部分主體組成，系統數據流程圖見圖1。

系統采用了四級框架結構體系：①最低層為原始數據采集層，采用傳感器實時、自動采集庫區降雨量、溫度、水位、風向、風速、氣壓六要素的數據，同時在水庫上游匯流口處建立流量監測站，采集原始數據；②中間層為數據管理層，它以數據庫技術為核心，將現場采集的各種原始數據按照一定算法還原后存入SQL后臺數據庫中，供專業人員系統分析、統計、預警使用；③為用戶層，專家根據數據庫的數據按照用戶的不同需要，根據不同的數學模型進行計算，并給出相應結果。④為水庫調度系統，調度人員根據用戶層提供的氣象信息合理調度水庫水位。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。

3 自動調度預警系統在麻家邊水庫的應用

依托現有渭南市氣象業務系統和氣象預報、警報、預警信息發布系統等，引進國內外先進的數值預報模式，運用先進可靠的預報技術手段，建設一套基于Web-Gis、滿足金堆鎮區域氣象信息采集、預報、預警制作發布和與之配套的氣象信息產品服務業務系統。

項目建成后，將從根本上提升該區域的氣象預報、預警服務能力，趨利避害。更方便地為金鉬集團生產經營、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

多普勒雷達能夠監測到位于垂直地面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，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，通過引進西安多普勒雷達數據接收與處理顯示終端，可以得到數十種雷達預警產品，能夠為短時臨近天氣預報和災害性天氣預警提供必要數據。

3.1.2 風云2-E衛星接收處理系統

風云2-E衛星可以每30分鐘實時接收北半球衛星遙感資料，通過數據接收、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據支持。

3.1.3 MICAPS氣象資料綜合處理系統

MICAPS氣象信息綜合分析處理系統（MeteorologicalInformation Comprehensive Analysis And Process System），是與衛星通訊、數據庫配套的支持天氣預報制作的人機交互系統。該系統包括數據服務器、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據，顯示氣象數據的圖形和圖像，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

Swan系統是在MICAPS平臺上搭建的一套最先進的短時臨近預報預警系統，具有災害天氣實況報警、臨近預報產品顯示、單站雷達產品顯示、雷達三維顯示、預報產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測預警能力。

3.1.5 基于GIS的雷達雨量實時反演監測系統

利用雷達實時探測云和降水結構及系統發生、發展演變情況，能迅速提供一定區域的實時降水情況的特點，將雷達與自動站進行點面結合，采用一定的數學方法和GIS技術，得到能夠代表某特定區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 系統運行數據庫支持與實況報警系統

在中心站建立數據庫服務器，將自動氣象站站觀測的分鐘數據、多普勒雷達基數據、云圖、自動站資料和CMA-CAST接收的氣象資料進行存儲，為預報預警系統提供數據服務。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，自動發布報警信息，提醒工作人員注意強降水落區，在突發性短時暴雨開始時，提早發布預警。自動站實況及查詢分析顯示如圖2。

3.2 氣象信息和預警產品發布系統

3.2.1 在金鉬集團建立氣象災害監測預報預警網

該網站是基于WEB-GIS的專業氣象服務網站。網絡是速度快、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，網站建設將引入信息分級方案，對不同等級信息設立登錄權限，由金堆鉬業集團公司根據信息獲取權限分配登錄口令，用戶根據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。

該系統功能設計為：天氣預報（短時、短期、周、旬、月、季、年天氣預報）、災害預警信息、衛星云圖、雷達回波、雨情實況、自動站數據（實況、統計）、天氣圖、網站檢索、信息反饋、網上調查等。

3.2.2 在金鉬集團建立氣象預警信息短信發布系統

建立各層次、各單位、針對性強的預警信息接收號碼庫，手機短信預警業務具有強制收看、瞬時傳遞、有效預警等優勢，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，能在短時間內大批量的發布氣象災害預警信息，該系統設計了短信接收監測引擎，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導、防汛指揮部成員、生產建設各級主管、各調度指揮人員等的手機號碼，并劃分相應的信息接收優先級，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。

3.2.3 在下屬生產調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無線數據傳輸方式，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布其他氣象信息

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

4 結語

本項目研制開發適合金堆山區氣象信息的采集、預報、預警和服務，實施方案切合該地區的實際需求，合理可行，為公司領導決策、各生產單位的建設、運營和當地政府部門的防災減災等問題提供科學依據。建議該預警系統能及早開工實施，在主汛期到來之前盡早發揮作用；建議有關部門能盡快成立專門機構履行氣象服務和保障工作，切實重視氣象防災減災工作，使該區域氣象服務和保障工作常態化。陜西水利