小海子水庫監(jiān)測預(yù)報(bào)預(yù)警系統(tǒng)研究

梁江梅，侯 奔

（1.新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第三師圖木舒克市水利工程管理服務(wù)中心，新疆 圖木舒克 843900；2.山東省調(diào)水工程運(yùn)行維護(hù)中心濱州分中心，山東 濱州 256600）

0 引言

近年來，極端惡劣天氣頻現(xiàn)，工程措施依然不能完全抵御水庫水患災(zāi)害；小海子水庫為病險(xiǎn)水庫，大壩為三類壩，因此根據(jù)水庫實(shí)際情況，在人民至上、生命至上的安全發(fā)展理念指引下，建立水庫預(yù)報(bào)預(yù)警機(jī)制尤為重要。

1 水庫基本概況

小海子水庫位于喀什地區(qū)巴楚縣縣城東南方麻扎山下，水庫西臨巴楚縣縣城，北面與巴楚縣勝利鄉(xiāng)、恰瓦克鄉(xiāng)接壤，是葉爾羌河中游的一座大型攔河式平原水庫[1]。設(shè)計(jì)水位水面面積147 km2，設(shè)計(jì)灌溉面積8.33 萬hm2。小海子水庫現(xiàn)狀主要指標(biāo)：壩線總長為25.45 km，其中南壩主壩11.8 km、副壩0.45 km、北壩主壩13.2 km，設(shè)計(jì)壩頂高程1 117.20 m。死水位1 111.13 m，死庫容0.1514 億m3，汛限水位1 115.31 m，對應(yīng)庫容3.07億m3，設(shè)計(jì)水位1 115.50 m，相應(yīng)庫容為3.29 億m3。

水庫原為引水式平原水庫，由艾里克塔木樞紐小海子水庫進(jìn)水閘引水。因葉河上游部分洪水由沙浪河直接進(jìn)入小海子水庫，再加上艾里克塔木樞紐以下河道泄洪能力不足，故小海子水庫需承擔(dān)艾里克塔木分洪及沙浪河洪水進(jìn)庫流量兩部分的分洪任務(wù)，洪水下泄通道主要為突來買提河、夏可河。

2 流域水文特征

葉爾羌河[2]，發(fā)源于喀喇昆侖山北坡的喀喇昆侖山口，大致有3 個分支，即由上至下自左岸匯入的克勒青河、塔什庫爾干河，以及歷史上曾從平原山區(qū)流入、自干流右岸匯入的提孜那甫河。

提孜那甫河發(fā)源于昆侖山區(qū)北坡科克阿特達(dá)板，主要水源為上游冰雪消融。河源附近遍布了數(shù)量豐富的現(xiàn)代大陸冰川、永久冰雪，以及季節(jié)性降雪，其中河源冰川規(guī)模為350.7 km2，冰川存量為2.2×1010m3，冰河消融量約為1.7×108m3，冰河覆蓋面為6.5%。海拔3 500 m 以上地區(qū)降雨量多以雪的形式下降。提孜那甫河出山口玉孜門勒克站的年平均徑流量為 8.14×108m3。

2.1 徑流季節(jié)變化特征

葉爾羌河徑流中大部分靠融雪供給，所以最明顯的特點(diǎn)就是在年內(nèi)分布上極不平衡。從喀群水文站的四季變化規(guī)律來看，春季(3～5 月)和冬季（12～2月）水量占比接近，分別為7%、6.2%，夏季(6～8 月)最多，占68.3%，秋季(9～11 月)占18.5%，年徑流四季分配見表1。

表1 葉爾羌河年徑流季節(jié)分配表

2.2 洪水

根據(jù)洪水類型劃分，葉爾羌河洪水可分為融雪消融型洪災(zāi)、暴雨洪水、冰川湖突發(fā)洪水、混合型洪水[3]。其中，冰川湖突發(fā)洪水(又稱冰川“潰壩型”洪水)，峰型單一，雖然洪水規(guī)模不大，但洪峰流量高，持續(xù)時間較短，且洪水過程線陡漲陡跌，以異常高洪峰流量值和高起漲速率而著稱。

圖1 1984 年卡群站“潰壩型”洪水過程線

圖2 1987 年7 月卡群站暴雨型洪水過程線

圖3 1971 年8 月卡群站混合洪水過程線

3 水庫目前存在的問題

北壩4+000～8+000 壩后積水較嚴(yán)重；南、北壩上游護(hù)坡塊石普遍偏小，護(hù)坡厚度不滿足設(shè)計(jì)要求；南壩壩頂寬度不足；滲流觀測設(shè)施部分損壞，監(jiān)測項(xiàng)目設(shè)置及監(jiān)測頻次不符合規(guī)范要求；下游河道多年來運(yùn)行淤積嚴(yán)重，長期未進(jìn)行疏浚，過流能力不足。

4 水庫測報(bào)系統(tǒng)現(xiàn)狀

水庫水情測報(bào)正處于調(diào)試試運(yùn)行過程，初步發(fā)揮著作用，建設(shè)移交后可以實(shí)現(xiàn)大壩區(qū)域的自動化測報(bào)；但水庫上游缺乏水情、氣象等監(jiān)測設(shè)施。水情測報(bào)系統(tǒng)由中心站、流量站(入庫站)、壩上水位站、雨量站組成。

流量站系統(tǒng)采用北斗衛(wèi)星將前端采集設(shè)備數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳到中心站，中心站通過接收軟件將數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和整合，計(jì)算出流量數(shù)據(jù)并入庫。前端設(shè)備包含：雷達(dá)表面流速儀，雷達(dá)水位計(jì)，采集終端RTU，供電系統(tǒng)，北斗衛(wèi)星傳輸發(fā)射終端等。中心站設(shè)備包含：服務(wù)器，北斗衛(wèi)星傳輸接收終端，數(shù)據(jù)接收及綜合處理平臺。前端主要設(shè)備功能：雷達(dá)表面流速儀通過雷達(dá)發(fā)射反射原理測量河道水面流速；雷達(dá)水位計(jì)通過雷達(dá)波原理測量水面高度；采集終端接收水位計(jì)及流速儀數(shù)據(jù)并內(nèi)部處理后通過北斗衛(wèi)星傳輸?shù)街行恼?。系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：無線傳輸，抗干擾性能好，北斗衛(wèi)星解決無網(wǎng)通信號缺點(diǎn)，組網(wǎng)方便、維護(hù)簡單。

雨量站使用翻斗式雨量傳感器檢測自然界降水量，并將降水量轉(zhuǎn)化為顯示的數(shù)字信息量輸出，以適應(yīng)信號傳輸、處理、記錄和顯示等要求。

5 預(yù)測與預(yù)警方案制定原則

建立健全水庫安全預(yù)測與預(yù)警系統(tǒng)，并加強(qiáng)對水庫工程的巡視檢查，特別是在突發(fā)天氣來臨時加派人力開展巡邏，做到第一時間發(fā)現(xiàn)、立刻報(bào)告、最早處理。針對現(xiàn)階段洪澇災(zāi)害點(diǎn)多面廣，而且危害程度不盡相同的特點(diǎn)，在制定水庫監(jiān)測預(yù)報(bào)預(yù)警方案時遵循以下要求：

（1）充分利用已建成的水文、氣象等監(jiān)測站網(wǎng)，向水庫提供準(zhǔn)確的水雨情資料。所有措施及預(yù)案建立在小海子水庫現(xiàn)有設(shè)施、設(shè)備及人員配置上，在現(xiàn)有基礎(chǔ)上采取有效手段掌握水雨情信息、上游水量變化、入庫水量及庫水位變化，并利用現(xiàn)有設(shè)備實(shí)現(xiàn)信息傳送及預(yù)警，根據(jù)預(yù)警機(jī)制完成相關(guān)工作。

（2）預(yù)警及時、迅速、準(zhǔn)確，實(shí)時性強(qiáng)。考慮警報(bào)發(fā)出、響應(yīng)的效率，第一時間把預(yù)警信息準(zhǔn)確傳遞至可能受災(zāi)地區(qū)，為采取相應(yīng)措施贏得更多時間。

（3）投資合理、因地制宜。按照經(jīng)濟(jì)社會發(fā)達(dá)程度和水平要求的差異，綜合考慮水庫的自然地理、現(xiàn)有通信條件、電力供應(yīng)狀況、影響區(qū)居民居住地分布等情況，在確保預(yù)警信號可以有效發(fā)送的情況下，充分發(fā)揮已有優(yōu)勢，確保預(yù)警信號能以穩(wěn)定、適當(dāng)、合理的形式傳遞。

（4）將自動監(jiān)控系統(tǒng)和群策群防相結(jié)合。受現(xiàn)時經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件的影響，水庫洪水災(zāi)害預(yù)警工作還需群策群防預(yù)警，并與水情、氣象監(jiān)測系統(tǒng)預(yù)警工作相結(jié)合。為有效補(bǔ)充水庫上游地區(qū)缺少監(jiān)測監(jiān)控設(shè)施的影響，必須在該區(qū)域內(nèi)安排工作人員，直接觀察雨情、水情，以準(zhǔn)確及時了解上游來水的狀況，一旦發(fā)生險(xiǎn)情能夠及時報(bào)告并通知下游群眾做好轉(zhuǎn)移疏散。

6 預(yù)警體系構(gòu)建

根據(jù)水庫特點(diǎn)，建立基于監(jiān)測系統(tǒng)預(yù)警和群策群防體系預(yù)警的雙體系預(yù)警機(jī)制。

6.1 基于監(jiān)測系統(tǒng)的預(yù)警

根據(jù)預(yù)先設(shè)定的預(yù)警程序與響應(yīng)方法，綜合分析雨情、水情及氣象等設(shè)備監(jiān)測的與洪水災(zāi)情有關(guān)的資料數(shù)據(jù)，進(jìn)行會商研究、綜合分析和判斷，評估確定警報(bào)等級并啟動對應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案，使警報(bào)信號迅速、精確地傳遞至洪水可能威脅的居民居住區(qū)和其他受災(zāi)區(qū)，引導(dǎo)接受警報(bào)的居民或其他人員按照洪水災(zāi)害防范措施，適時采取避難措施，最大程度地降低人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。

（1）預(yù)警組成。基于信息監(jiān)測系統(tǒng)的預(yù)警模式主要由信息監(jiān)測、信息匯集與會商決策、預(yù)警信息發(fā)布3 部分組成，見圖4。

圖4 預(yù)警構(gòu)成圖

（2）信息監(jiān)測。通過監(jiān)測系統(tǒng)及時獲取水情、雨情及氣象有關(guān)信息并將其匯集到中心平臺。監(jiān)測系統(tǒng)通常包含水情、雨情、天氣資料等遙測臺站的前端設(shè)備和軟件平臺，以及利用水雨情遙測臺站和巴楚縣氣象站的前端設(shè)備，進(jìn)行斷面水位、降水、圖像、天氣資料等數(shù)據(jù)的收集與傳遞。通過與氣象局、國土局等單位的網(wǎng)上聯(lián)系進(jìn)行數(shù)據(jù)互動，實(shí)現(xiàn)信息共享。

（3）信息匯集與會商決策?；谕ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)把由各種途徑獲取的信息匯集到信息中心，通過統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，完成對數(shù)據(jù)的分析處理；師市防洪預(yù)警指揮中心經(jīng)過會商決策，確認(rèn)預(yù)警級別，為預(yù)警信息發(fā)布及預(yù)警指揮提供支撐依據(jù)。

（4）預(yù)警信息發(fā)布。對信息中心獲取的信息進(jìn)行綜合評估、決策后，如果認(rèn)為達(dá)到了一定的警報(bào)級別，則需啟動相應(yīng)的應(yīng)急機(jī)制，進(jìn)入預(yù)警指揮階段，實(shí)現(xiàn)對會商決策與應(yīng)急指揮的信息發(fā)布。依據(jù)事先編制的對應(yīng)突發(fā)事件分級和潰壩事件發(fā)生的可能性，洪水和工程事故造成的預(yù)警級別分為Ⅰ～Ⅳ級，Ⅰ級為特別嚴(yán)重，并制定了對應(yīng)等級的應(yīng)急響應(yīng)方案。當(dāng)預(yù)警反應(yīng)啟動，經(jīng)會商決策并確定了預(yù)警等級后，由有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)或負(fù)責(zé)人確定啟用對應(yīng)等級響應(yīng)，發(fā)出指揮命令，并全程監(jiān)視指令實(shí)施過程。同時根據(jù)實(shí)際情況及時修改方案和命令，達(dá)到防災(zāi)減災(zāi)的目的。通過公眾信息發(fā)布平臺，將水情、雨情、氣象、洪水等各種災(zāi)害信息及應(yīng)急預(yù)案對外發(fā)布。

（5）預(yù)警通信。災(zāi)情信息預(yù)警通信是向受到洪水災(zāi)情威脅的生產(chǎn)作業(yè)區(qū)、居民點(diǎn)等適時、正確地發(fā)出水文情報(bào)、洪水預(yù)警信息和疏散指令等，同時及時獲取反饋信息。處于危險(xiǎn)或受威脅的居民點(diǎn)、單位是接受由上逐級下達(dá)的警報(bào)信號的最基礎(chǔ)單位，需要及時通知到。因此作為洪水警報(bào)傳遞和信息反饋的主要途徑和通路，通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)當(dāng)合理、實(shí)用，以適應(yīng)突發(fā)通信的需要。主要包括預(yù)警信息通信方式和預(yù)警通信組網(wǎng)兩個部分。

6.2 群策群防體系預(yù)警

基于目前水庫上游區(qū)域缺少水情、氣象等觀測設(shè)備的現(xiàn)狀，首先在上游一定區(qū)域內(nèi)設(shè)置了作業(yè)點(diǎn)并明確專人，以最直接的手段觀察記錄雨情、水情。隨時了解上游來水的狀況，同時根據(jù)洪水災(zāi)害調(diào)查評價結(jié)果，修訂完善防汛指揮中心、鄉(xiāng)鎮(zhèn)和行政村的洪水預(yù)警指標(biāo)。

（1）設(shè)立簡易監(jiān)測點(diǎn)。在上游一定范圍內(nèi)的重點(diǎn)防治區(qū)、危險(xiǎn)易發(fā)區(qū)及沿河自然村均設(shè)立簡易監(jiān)測點(diǎn)。原來沒設(shè)置的加以補(bǔ)充，洪水災(zāi)情調(diào)查新增設(shè)的危險(xiǎn)區(qū)域也應(yīng)補(bǔ)設(shè)簡易監(jiān)測點(diǎn)，對風(fēng)險(xiǎn)區(qū)規(guī)模較大的地區(qū)可加大監(jiān)測點(diǎn)的數(shù)量。每個測點(diǎn)應(yīng)有一個監(jiān)測預(yù)警人員，主要任務(wù)為：查看簡易降雨或簡易水位設(shè)備上的降雨或水位讀數(shù)；當(dāng)降雨或水位超過警戒區(qū)域及時向上一級防汛部門報(bào)告，實(shí)施防汛調(diào)度或其他防洪預(yù)案措施；當(dāng)降雨或水位達(dá)到或超過危險(xiǎn)警戒位置后，通過手搖報(bào)警器、銅鑼發(fā)送警報(bào)信息，告知大伙轉(zhuǎn)移或撤離，并通過通信工具向下游行政村、組團(tuán)發(fā)送警報(bào)信息；當(dāng)接到上一級防汛部門的警報(bào)提醒后，通過手搖報(bào)警器、銅鑼發(fā)送警報(bào)信息，告知大伙撤離。

（2）完善防洪預(yù)案。①建立責(zé)任制度：健全水庫洪水災(zāi)害防控組織機(jī)制，由獨(dú)三師防洪抗旱指揮機(jī)構(gòu)統(tǒng)一指揮，政府主要領(lǐng)導(dǎo)擔(dān)任指令首長，組員由有關(guān)職能部門領(lǐng)導(dǎo)構(gòu)成。防汛指揮機(jī)構(gòu)內(nèi)設(shè)辦公室、技術(shù)組、信息組、轉(zhuǎn)移組、調(diào)度組、保障組和緊急搶險(xiǎn)組。辦公室設(shè)立專門人員管理，并明確了師防汛抗旱指揮部各工作組任務(wù)。完善師市的指揮部門組織人員的通信錄或聯(lián)系方式，緊急情況時能采用電話、短信的方法聯(lián)絡(luò)到相關(guān)人員。管理區(qū)域內(nèi)的建筑場地、旅游景點(diǎn)、企事業(yè)單位及重要防范區(qū)要配備相應(yīng)的人員負(fù)責(zé)防洪防御工作，有準(zhǔn)確的聯(lián)系方式。②逐步完善水庫防洪防御預(yù)案：依據(jù)對洪水災(zāi)害調(diào)查評估的結(jié)果，以及實(shí)際狀況變化趨勢，對水庫、連隊(duì)和企事業(yè)單位的防洪防御預(yù)案加以修改完善。防洪防御預(yù)案重點(diǎn)包含以下內(nèi)容：依據(jù)近期洪水災(zāi)害調(diào)查評估的結(jié)果，劃定風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、轉(zhuǎn)移路徑、安置場所和預(yù)警指標(biāo)等，并測繪洪水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)分布圖；各個風(fēng)險(xiǎn)區(qū)分別確定一處避災(zāi)安置場所；規(guī)定預(yù)警工作人員的職責(zé)和分工，規(guī)定預(yù)警信號，明確需要轉(zhuǎn)移人員花名冊和聯(lián)系方式等；標(biāo)明上游庫區(qū)或沿河組團(tuán)、行政村，將監(jiān)測預(yù)警信息直接向下游組團(tuán)、連隊(duì)傳送的方案。③完善預(yù)警隊(duì)伍結(jié)構(gòu)及指標(biāo)：將簡易監(jiān)測點(diǎn)的預(yù)警信息員全部列入預(yù)警隊(duì)伍；依據(jù)調(diào)查評估的結(jié)果，制定各個簡易雨量、水情監(jiān)測站點(diǎn)的預(yù)警指標(biāo)。

（3）群策群防預(yù)警。對基層監(jiān)測工作人員開展各項(xiàng)技術(shù)培訓(xùn)，讓他們熟悉基本的防洪防御知識、能利用監(jiān)測設(shè)備收集信息數(shù)據(jù)，并積累相應(yīng)基本防汛知識，從而具有及時發(fā)布、接受、傳遞預(yù)警信息的技能；對遭受洪水威脅人群開展簡易避災(zāi)訓(xùn)練和轉(zhuǎn)移演習(xí)，幫助民眾提高避災(zāi)能力、了解基本避災(zāi)信息、熟悉避災(zāi)道路和緊急避難地點(diǎn)位置，確保遇險(xiǎn)時可以安全有序地迅速疏散。水庫所屬師市的防汛中心、水庫管理單位、鄉(xiāng)鎮(zhèn)或以上簡易監(jiān)測站都是群策群防預(yù)警信息的主要獲取渠道；各組團(tuán)、連隊(duì)和居民居住區(qū)接收防汛部門或監(jiān)測點(diǎn)發(fā)出的預(yù)警信息；上游連隊(duì)、組團(tuán)的警報(bào)信號，應(yīng)及時向下游連隊(duì)、組團(tuán)傳達(dá)。

7 預(yù)警預(yù)報(bào)系統(tǒng)的應(yīng)用效果

水庫防汛預(yù)警預(yù)報(bào)體系從成立以來不斷完善，連續(xù)經(jīng)過多次融雪消融洪水、暴雨洪水的檢驗(yàn)，極大減輕了值班值守的負(fù)擔(dān)，提高了專業(yè)人員技術(shù)和水平；增強(qiáng)了水庫的災(zāi)情預(yù)警功能，大大減少了水災(zāi)帶來的自然災(zāi)害損失。

8 結(jié)束語

水庫預(yù)報(bào)與預(yù)警系統(tǒng)的建設(shè)，大大提高了防洪工作的科學(xué)化、信息化與管理水平，根據(jù)不同程度的洪水預(yù)報(bào)，師市防汛中心發(fā)出相應(yīng)級別的預(yù)報(bào)預(yù)警信息，相關(guān)部門啟動相應(yīng)級別的防洪預(yù)案，做好充分準(zhǔn)備，通過水庫調(diào)度運(yùn)用開閘泄洪、下游沿河各級防指做好抗洪搶險(xiǎn)準(zhǔn)備，減少了災(zāi)害損失。建議逐步完善水庫及上游水情、氣象等監(jiān)測設(shè)備布局，并逐漸取代傳統(tǒng)人工的簡易監(jiān)控點(diǎn)，以提升預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)效能與可靠性；同時累積與整理各種參數(shù)及實(shí)測資料，隨時收集與整理有關(guān)的信息資源，并適時修正預(yù)報(bào)圖表，增強(qiáng)預(yù)警預(yù)報(bào)系統(tǒng)的適用性，提高預(yù)警準(zhǔn)確度，確保水庫安全。