博山區洪水預報自動化系統建設初探

王 哲 ，李擁軍 ，柴啟君

（1.淄博市博山區水務局，山東 淄博 255200；2.淄博市博山區石馬水庫管理所，山東 淄博 255200；3.淄博市博山區淋漓湖水庫管理處，山東 淄博 255200）

淄博市博山區位于泰沂山北麓，面積682 km2，耕地面積1.34萬hm2，人口46.26萬人。區內多為山區，山高坡陡，溝壑縱橫，沙石山區占43%，其余為石灰巖和頁巖。區內總的地勢為南高北低，區內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，防洪標準為5年一遇,最高點魯山主峰海拔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，防洪標準為10年一遇,最高點禹王山主峰海拔787.8 m，出界河底高程121.0 m。全區現建有中型水庫1座，小(1）型水庫4座，小(2）型水庫13座。

1 洪水預報系統建設的必要性和可行性

受特殊的地理環境和東南季風的影響，該區多年平均降雨量723 mm，汛期降雨集中，占全年降雨量的78%左右。歷史上洪澇災害頻發，突發性極強。如今當地經濟迅速發展，一旦發生洪澇災害，其損失將非常慘重。因此，充分利用現代科技手段，在本區內建立降雨和洪水觀測、預報系統，準確、及時地組織抗洪救災，最大限度地降低災害損失是十分必要的。目前，淄博市已在該區10個鎮安裝了雨量自動觀測點，在石馬水庫和4座小（1）型水庫安裝了雨量、水位及視頻自動觀測站，同時建中繼站5座，形成了全市的防汛網絡系統，為該區建立洪水預報自動化系統奠定了基礎。

2 系統建設

在全區布設雨量、水位和視頻自動觀測點，將信息傳輸到處理中心，可及時準確掌握全區的雨情、水情及災情信息，同時可在前期雨情、水情建設的基礎上預測可能發生的水情和災情，通過洪水推求、信息采集與傳輸、信息處理系統預測可能發生的水情和災情，以達到準確及時組織抗洪救災、減少災害損失的目的。

2.1 降雨觀測系統

根據地形和降雨分布情況布設JYQ-4型自計雨量器，每個雨量站控制面積以20～50 km2為宜，對重點小流域可適當加密。自計雨量器設在有專人管理的全區各中小型水庫、各鎮水利站或各村委的寬敞場地內，并配備太陽能電池板提供電能，同時安裝民用照明電源作為輔助電源。

2.2 水位觀測設施

在河道控制斷面的一側（或兩側)安裝水位觀測儀器和攝像頭。要求安裝的觀測儀器盡量靠近河道，穩定牢固，高度宜在最高洪水位上2～4 m，能夠清晰、可靠、準確地觀測河道控制斷面水位的變化，并提前預估下游淹沒情況。水位計一般選用浮球式或超聲波水位計，可同時在河道控制斷面處安裝水尺，以備必要時實施人工觀測。攝像頭一般選擇半球式，以便觀測水位和斷面周圍工程運行情況。

2.3 通信方式

一是并入山東移動（或聯通）公司的網絡傳輸；二是利用淄博市防汛辦公室設在博山區境內的魯山、岳陽山、禹王山及石馬等無線傳輸網站進入博山區防指辦公室和淄博市防汛網進行傳輸；三是人工用手機、電話、微機等報至信息中心，從而完成信息的實時傳輸。

2.4 信息處理中心

主要由微機、大屏幕顯示器、外接傳輸線及打印機等硬件和信息處理軟件組成。傳輸網線按特級布線標準安裝，以確保信息暢通。軟件系統是信息處理的關鍵，擬由軟件專家、水文專家、水利工程專家及有豐富管理經驗的管理人員組成開發小組，針對博山區的實際情況開發《博山區洪水預報自動化系統軟件》。

3 軟件系統設計

系統包括基礎資料庫、實時信息收集與儲存、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、洪澇災害情況與抗洪救災措施、資料整理分析等內容。

3.1 資料庫模塊

一是存儲流域的地質、地形及地表覆蓋情況，主要包括巖石性質及裸露情況，植被及土壤耕作情況，地表坡度與河谷比降及流域性狀等；二是存儲水庫的有關指標，如水位與庫容、泄量的關系，大壩和溢洪道的型式、結構尺寸及設計標準，存在問題等；三是存儲河道情況，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；四是存儲流域、庫區、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，抗洪救災所采取的相應措施等。

3.2 實時信息模塊

包括實時雨量、植被、土壤含水量、蒸發量、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、工程運行情況、災害情況等。

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、蒸發和植物截留量，因為只有降雨強度或某時段雨量大于地面入滲、蒸發和植物截留量時才形成地面徑流。第二步確定瞬時單位線，在無實測資料時先參照相似流域的單位線，根據流域形狀、地質情況、地面坡度及植被覆蓋情況等進行調整，可選擇幾種線形分類型試用。第三步是由降雨和瞬時單位線及實測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小流域的單位線，達到較為準確的預測洪水過程。

3.4 水庫信息模塊

當入庫洪水過程確定后，可由水庫洪水來臨時的水位和水庫水位-庫容-泄量關系推求水庫運行過程和泄洪過程，預測對庫區形成的災害和對工程的影響，并預測不同洪水對下游的影響，特別是發生潰壩等特殊情況時對下游的影響，制定相應措施。

3.5 主河道控制斷面洪水位推求模塊

相鄰兩個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口流量。由流量和河道的基本參數，采用均勻流或非均勻流等相關水力學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害，根據水位的高低判斷災害損失程度，提出相應的抗洪救災措施。當實測資料與預測資料存在較大誤差時，洪水過后應及時分析原因，修正相關參數。

4 工程投資及效益估算

4.1 工程投資估算

初步計劃安裝自動雨量觀測點21處 （現有13處）；水位、雨量和視頻觀測站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1處；開發軟件1套。預計總投資220萬元，分2年實施，第一年進行重點流域、重點水庫和主河道的觀測點布設及信息處理中心建設，第二年完成其余部分。

4.2 效益分析

1）經濟效益：該區淄河、孝婦河兩岸（堤頂以上3.0 m范圍內）共有人口7.8萬人，大中小型企業370余家，固定資產1 200億元，年產值10.6億元，基本農田2 866 hm2，年產值0.89億元，房屋1.4萬間，公路道路15.4 km，以及橋梁、通訊設施等。初步估算，如果及時成功地預報1次20年一遇的洪水，及時轉移相關人員和物資，保護有關設施，洪水過后能迅速恢復生產，將減少損失1.4億元。據該區解放以來的洪澇災害統計估算，洪水預報自動化系統建立后，平均每年減災效益3 600余萬元，減災效益非常顯著。

2）社會效益：博山區洪水預報自動化系統建立后，可對各種降雨、水情等條件變化時所形成的洪水進行預測、演示，提前一定時間預知災害情況，變被動“看洪救災”為主動“抗洪救災”。不但能極大地提高抗洪救災的科技含量和針對性，而且能為災區人員的安全提供更加可靠的保障，對促進社會穩定發揮重要作用。

3）擴展效益：該軟件可與抗旱救災、防汛調度、水資源管理、工程管理等軟件融合，形成水利信息平臺。該系統成功運行后，還可向丘陵山區推廣，由小流域向大范圍推廣，由此全面提升丘陵山區的洪水預報和抗洪救災水平。