中小型水庫防洪減災預報預警關鍵技術分析

【摘要】本文通過對目前國內部分中小型水庫在防洪減災的預報預警現狀進行詳細的調查和分析，并探尋在當前環境下中小型水庫在防洪方面工作的不足，進而提出相應解決方案。即通過采用國際上較為先進的預報警模型技術、汛情預報技術以及相關的智能監測和分析技術等諸多模塊共同建立一個相對完整的中小型水庫防洪減災預警預報體系，以提高其對于洪災的預報警能力。中小型水庫的預報警系統在進行洪汛情報通知時一般會采用手機短信、氣象新聞以及氣象廣播等多項網絡信息技術的綜合利用。通過對各項先進技術的應用，有助于提高預報警的效率，有助于實現中小型水庫在防洪減災方面的預報警體系由原來的粗放模式向系統化科學化轉變，有利于水庫防洪減災的預報警能力的提升，降低庫區危險。

【關鍵詞】中小型水庫；防洪減災；預報預警技術

前言：

我國作為一個筑壩大國，全國上下大大小小水庫不下十萬座，其中中小型水庫占據了絕大多數的數量，然而相應的堤壩的潰壩情況也相當嚴重，這主要是由于多數中小型水庫在防洪減災的預報警方面的能力和技術不足所致。因此當前國內防洪體系當中的薄弱環節便在于中小型水庫的防洪減災的預報警問題。以云南地區的中小型水庫為例，云南省境內河流眾多，中小型水庫與壩塘達數千座，然而由于其建造歷史較為久遠，因而普遍存在嚴重老化的問題，并且隨著時間的推移，多數水庫與壩塘缺乏相應的人員管理，因而使得其原有的功能無法得到保障，其運行維護、日常管理以及預報警能力等方面均無法滿足現代要求，因此容易導致發生潰壩情況的發生。加之生態環境的惡化，云南省對于水庫壩塘等水利設施的防洪行洪能力要求更高，而小型水庫與壩塘在面對現代社會的防洪要求時無法勝任，因此難以起到有效的防洪減災以及預報警的作用。由于中小型水庫壩塘在云南省內的數量極為龐大，若想依靠工程方面進行其預報警能力的提升往往會事半功倍，并且未必能夠與舊有的水庫體系相容，因此可以考慮采用非工程手段加強水庫防洪減災方面的預報警能力。

一、當前中小型水庫在防洪減災方面的預報警能力現狀調查

目前國內外的中小型水庫在防洪減災的預報警方面存在諸多情況，例如缺乏對于水庫以及河流基本信息的掌握能力，預報警的模式單一，預報警技術落后，預報警的數據收集過于簡略，預報警系統效率低下以及機制的不完善等等都是制約預報警能力的主要因素。

針對中小型水庫當中所存在的諸多問題，必須要抓緊對水庫在防洪減災方面的預報警系統的研究工作，依據我國的具體國情以及水庫所處流域的實際特點，加強對于先進技術的引進和借鑒，但不可盲目運用，以避免與實際情況不符的現象出現。在引進的同時應當盡量避免過于重視硬件設備，而對于軟件卻不加以重視的情況出現。預報警的科研成果主要集中于對洪汛情況的監測設備以及相關儀器的研究與發展方面。國內多數的設備生產企業普遍對于防洪預警方面知識較為缺乏，因此使得防洪預警在設備方面的進展極為緩慢，在數據的收集分析以及預警功能的保障方面，缺乏一體化的系統集成體系。同時目前多數的水庫在防洪減災的預警預報方面仍是以單個的預報為主，而對于整個流域范圍內的其他水庫沒有做到信息資源的共享，流域內的水庫信息無法做到統一調度，水庫上下游之間的階梯聯報意識不強，使得預報警效率低下，以及預報警的信息存在延遲性過高。水庫預報警制度的不健全，使得流域整體性優勢在提高洪汛預報警能力上難以有效發揮。

二、中小型水庫在防洪減災方面的預報警技術分析

為了能夠滿足當前國內中小型水庫在防洪減災方面預報警能力的需要，通過對國內外的先進技術進行研究和分析，從而提出了相應的解決方案，以提高其預報警能力。該方案主要包括五條，分別是預報警機制的建立與完善、預報警的模型設計、洪汛災情的報告以及智能監測分析技術、防洪減災的預報警平臺的構建以及流域內氣象、水文等情報的安全收集保障建設，從而實現中小型水庫在防洪減災方面預報警能力的提高。

1 借助當前較為先進的物聯網技術進行流域內的觀測與情報收集，主要包括對于流域內降水情況、水質情況、地質環境等多項環境指標進行實時在線采集，并通過網絡傳輸實現流域內信息的共享并進行相應的存儲。其次則是利用計算機信息技術中的云計算能力以及模糊識別能力，對各種數據進行詳細的分析以及優化處理，通過水利廳的負載均衡手實現數據信息的高效計算與分析。

2 依據流域內汛期與非汛期時間節點的不同，對流域內的降水情況、Pa數值、大壩的抗雨能力等諸多項目的相關指標進行數據監測，并做好相應的記錄工作，當發生變化時應當及時進行監測。

3 通過結合所收集到的監測數據，通過借助日常預警、假擬預警以及實時告警著三種手段進行詳細的分析與計算。在這些數據計算中預警所需要的指標數據主要包括Pa數值、河流實際的來水量、流域預估水位數值、以及堤壩設施的納雨能力等。而告警指標則主要包括降雨的強度、水庫水位變化情況、12小時、24小時內的實際降雨量以及未來一定時間段內的降雨情況。

4 在進行防洪預警的模型庫建設時，需要確定水文預報情況、庫區內部洪水預報情況以及水庫調洪能力演算等諸多系統模型的要求標準。對于流域內的所有模型庫應當進行統一的電子管理，從而確保所有水庫的模型標準的統一，并且符合流域整體性的特點，從而提高預報警的精準性。

5 在進行河流數據的采集以及模型庫的建設時，也應當及時做好預報警系統的構建，主要包括數據的采集與開發利用、通信網絡的建立、標準的制定以及預報警機制的決策等。從而確保水庫預報警體系的完整高效。

6.對于野外系統中的科技設備，如自動監測系列的設備，應當結合現場保護技術以及設備避雷技術以保證設備不會因自然因素而受到破壞，同時應當分配專職人員定期進行巡邏以保證設備的正常運行，從而確保系統的運行穩定可靠。

三、水庫防洪減災中預報警系統的構建

1 開發與構建的研究思路

在進行預報警系統的開發時，可以同時建立專業預警以及決策分析系統，從而實現數據的專業分析以及洪汛情況的綜合決策的高效結合。在進行流域內系統的建設時必須要保證流域內部總體一致的原則以及各個水庫實際情況不同的原則，要做到系統模式標準統一的同時，對于各個水庫地質水文不盡相同的特征也能得到充分的體現。在進行信息的分析時應當基于個人的實際經驗，對系統所獲取的數據進行詳細的分析。在確保數據真實有效地同時，通過同步技術將本地數據與服務器的數據進行同步，進一步加強對信息的記錄以及統計。在建立流域內通用的框架體系時，對于其中部分較為特殊的模型，應當進行單獨的開發并將其納入模型庫之中，必須要確保系統具備較強的通用能力，以及適應特殊情況的能力，在需要采用面向技術人員的可視化開發時，應當盡量使操作界面的設計更加操作簡便，在進行操作系統的設計時應當以實際操作人員的習慣為設計原則，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合的通信方式，依據不同的地理環境以及信息采集方式采用全方位有保障的通信模式。

2 預報警系統的功能結構

2.1 手機預報警功能。針對目前國內小型水庫的實際情況，可以適當借助智能手機完成洪汛情況的報告，通過數據以及圖片完成流域內多數小型水庫的數據采集與上報，并經由水庫的管理人員逐層進行上報，從而保證流域內情況的詳細和及時。在報告的頻率上應當依據當天的實際情況而定，如果是晴天則可以每天上午和下午各一次即可，具體時間依各地情況不同而確定，如果是陰雨天氣則應當提高報告的頻率，盡量保證三個小時一次。

2.2 預報警系統的平臺服務。預報警系統需要進行綜合信息手機的平臺服務建設，從而能夠為洪汛情況的數據傳輸提供統一的信號接口、通信協議以及終端服務配置，以實現對信息的全面收集與檢測。對于工作流程以及模式應當依據流域內的整體情況而進行統一的制定。同時應當為流域的各子系統提供相應的分平臺，使其能夠依據流域內各水庫類型、水庫所屬區域、以及水文特征等進行批量選擇，從而方便中心系統的對于各地的管理與監測。

2.3 地理信息數據的采集與繪制。目前國際上普遍采用GIS技術中的點視圖進行降水情報的收集與記錄，雖然這種形式有一定的方便性，但是就水庫的防洪減災預報警能力而言缺乏較為直觀的反饋。因此應當利用GIS技術進行水庫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。并借助克立格算法完成對于流域內所有水庫降雨量、抗雨能力以及PA熟知的繪制和展示

2.4 預報警系統中的模型設計與管理。在進行模型的設計與管理時，應當注意將河流預報以及水庫自身的調洪演算能力等多項概念納入模型的設計之中，通過計算機算法以實現中小型水庫的的功能性預報與模型組合。在建立水庫模型庫時，應當將流域范圍的全部水文模型進行收集，并進行統一的設定，從而確保各水庫能夠任意選擇模型進行模擬計算，通過相互之間差異的對比以提高預報警精確性。集成省內應用的所有水文模型，對全省中小型水庫預報預警模型統一設定，各水庫可以任意選擇適合的預報模型進行計算，并可選擇多個模型同時計算，對比不同模型間的差異，進一步提高預報精度。

2.5 日常預報。通過流域內中小型水庫綜合預報警能中心的建立，可以實現對于流域內日平均降水情況、河流徑流量、水庫蓄水量以及水庫最高水位等等多項數據的收集。這主要是由于常規的日常工作效率較為低下，并且失誤率較高，通過該系統可以將計算機的信息監測與收集能力進一步加強，有助于信息收集的準確性和效率性的提升。

2.6 洪汛情況的預報警能力。考慮到多數的中小水庫普遍存在集水面積小以及匯流所需時間較短的特點，因此通過建立抗雨分析以及調洪模型的演算，能夠極為有效地提高防洪預警的時效性，保證做到快速預警。

2.7 預報警系統的同步預報能力。通過在流域內的各個水庫建立單獨的預報警系統，并借助無線電通訊方式進行數據的匯集分布與收集，從而實現對于流域內各分點的同步預報效果，能夠有效達到上下游之間以及上下層之間的聯動預警目的，有助于省廳對于全部中小型水庫的降水情況了解以及洪汛情報的需要。

2.8 氣象預警與超前預警的結合。通過借助氣象信息同以往的洪汛情況相結合，并利用軟件技術獲取該區域的降水情況從而實現對于水庫的預警，將其所提供的降水情況轉化為實際的洪汛信息，并結合水庫的實際庫存情況，結合水庫的安全荷載范圍進行分析，從而做到超前預警，以提高預警機制的預測能力。

四、總結

通過對目前國內的中小型水庫進行調查，并為其提供全面科學合理的防洪減災預報警解決方案，依托于全新系統以及機制的建立，從而為防洪減災的預報警系統提供相應的設計開發以及運行管理的全面支持。該項系統的系統集成化呈度高，并且具有較強的穩定性強，在國內外的多次實際建設也表明其質量以及標準的科學有效，借助分期多指標數據收集的全面實時預警體系與中小型水庫的庫區承受能力可以相結合，從而實現防洪減災的超前預警。這一系統的全面構建與完善也為中小型的水庫在防洪減災方面提供了全新的思考方向和現實依據。各項現代化新型收集技術以及設備的大量應用也紛紛通過了相應的工程質量考驗，因此具有較強的實用性，其成果有助于促進國內中小型水庫在管理方式的轉變，對于水庫的防洪減災能力以及預報警水平有著極大的提升。

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