雪野水库及流域内小型水库安全运行预警系统建设构想

孙宁海，孙丽霞

（1.山东省水利工程管理局，山东 济南 250013；2.莱芜市雪野水库管理处，山东 莱芜 271100）

1 建设水库安全运行预警系统的重要意义

莱芜市雪野水库大坝位于大汶河支流瀛汶河上游，是山东省大汶河流域最大最重要的防洪控制性工程之一，对减轻大汶河及东平湖防洪压力发挥着重要作用。该水库流域面积444km2，总库容 2.21亿m3，按100年一遇洪水设计，10000年一遇洪水校核。该水库流域形状呈阔叶状，主要为石灰岩和火成岩低山丘陵区，局部植被较好。截止目前流域内建有小(一)型水库5座；小(二)型水库 27座，合计控制流域面积170.91km2、总库容 1441.88万m3、兴利库容 951.97万 m3；小型水库现状防洪能力普遍较低，最低 2年一遇，最高200年一遇。

雪野水库防洪保护下游124万人，保护津浦等2条铁路、济南—青岛等3条高速公路和鲁中铁矿。流域内32座小型水库的下游普遍建有村庄，若出现严重险情或垮坝，将直接危及其下游约7000人的生命安全。同时，流域内小型水库的运行安全与否，还直接影响雪野水库的正常运行和综合效益的发挥。

建设雪野水库及流域内小型水库安全运行预警系统，既可根据天气预报和实测降雨、有关山洪地质灾害预警信息，及时对小型水库下游居民预警，防止出现洪水淹没损失的责任事故以及超标准洪水垮坝伤亡事故；同时还可以根据雪野水库流域内来水情况，及时分析调整下泄洪水的流量，进行科学合理调度，充分发挥拦洪错峰的作用，并对下游沿河两岸保护目标及时作出预警，从而实现水库工程防洪减灾、蓄水兴利的最大效益。建设水库工程安全运行预警系统，是防汛指挥决策支持系统的重要组成部分，也是重要的民生工程，具有十分重要的实用价值。

2 预警方式分析

雪野水库及流域内小型水库安全运行预警系统（以下简称雪野中心预警系统），可作为莱芜市防洪安全预警系统的组成部分。根据水库工程现状管理运行模式和防洪指挥调度的有关规定，雪野中心预警系统的主要功能：一是利用外部信息，包括气象信息、上级部门防汛指挥调度的规定和命令等，作出响应；二是利用内部信息，即来自雪野水库及流域内各水库，以及下游重要河道断面水情等有关信息，对大坝工程安全运行作出评价；三是根据各方面的信息，综合分析，做出科学合理的调度方案，按照规定权限，报经上级主管部门和防汛指挥部门批准后执行。同时对铁路、高速公路等主管部门作出预警；四是根据上级的调度指令和实际运行情况，及时对有关方面的安全责任人员发出预警信息。

对下游大汶河跨行政区域的有关信息的传递，依照有关规定由市防汛指挥部办公室作出安排。

水库工程安全运行预警主要有以下四种型式：一是电子信息，如有线电话、计算机光缆通信、电视媒体播报，无线通信如手机通话（短信）、卫星无线通信等技术；二是人工接力组织传递，充分利用可能的交通工具尽快传递；三是燃放烟火、击鼓鸣锣。即根据事先约定的信号采取行动；四是警报器、信号弹等报警；各有关村庄、重要保护单位责任人接到预警信息后，应当立即利用本单位的广播喇叭播报信息，或组织党员、基干民兵采取接力等方式，迅速组织做好防护和群众安全转移工作，以防不测事件发生。

3 预警系统的组成

基于现代通信技术的水库安全运行预警系统应当包括以下基本内容：

3.1 气象信息接收应用系统

通过宽带网络（有线、无线两种模式），及时获得有用的天气预报、气象雷达、卫星云图、实况降雨的推进等重要信息，并分类分析，存入数据库；通过租用公众通信网络（有线、无线两种模式）信道，建立雪野中心与莱芜市防汛抗旱指挥部办公室之间的语音通信、传真接收系统；建立宽带网络（有线、无线两种模式）联系系统，能够实现有关信息的随时共享；应储备一套移动通讯车或卫星通信设备，确保特殊状态下可靠的通信联络。

3.2 水、雨情自动测报系统

3.2.1 水情自动测报系统

该系统包括以下内容：一是雪野水库坝前水位、重要支流入库流量的自动测报站；二是流域内32座小型水库坝前水位自动测报站；三是雪野水库溢洪闸泄洪流量测控系统；四是雪野水库下游莱芜市境内河道重要保护目标某断面河水流量自动测报站。

3.2.2 雨情自动测报系统

一是雪野水库坝址处、流域内已按规划布设的各个雨量遥测站，即：雪野、茶叶、上游、峪门4个站的遥测系统完善；二是雪野水库流域内32座小型水库坝址处雨量遥测站建设；三是雪野水库下游莱芜市境内河道重要支流流域内各分布站点的雨量遥测站建设。

3.3 信息传输系统

（1）所使用的有线、无线公众通信网、宽带网的终端设备，经完善应满足可靠性及传输速率要求；

（2）水利专网应满足可靠性要求，遥测信号的频率、传输速率等应满足抗干扰、不碰撞、高可靠要求。应特别试验超强降雨条件下的测报能力；

（3）如公众无线网和遥测专网的信号强度不满足要求，则应建设信号中继站等设施加以解决。

3.4 洪水预报与调度支持系统

3.4.1 洪水预报系统

首先依据实测降雨信息和满足精确度要求的流域产流、汇流模型（如P+Pa— R和经验单位线模型等）和有关实用参数，推算分析入库洪水总量和入库洪水过程。并可根据天气预报、气象雷达和实况降雨过程推进情况，假设后续时段降雨，预测上游水库入库洪水情况和雪野水库入库洪水情况。其次能够根据所假设时段的实际降雨情况，采用实时校正方法，跟踪洪水变化过程；为实现上述目标，需要利用计算机编制专门程序进行洪水预报。

3.4.2 洪水调度系统

该系统能够实现人机交互，通过综合分析雪野水库水情、入库洪水、水库上下游防洪（如错峰）要求、工程安全等情况，人工干预拟定不同的调度方式，经过多次复杂的调洪演算，推荐多个可靠、合理的洪水调度方案，供领导会商决策时参考。为此，需要利用计算机编制专门程序，快速分析计算不同调度方式下的多个调度方案值。

3.4.3 洪水调度过程的仿真模拟

该系统能够演示不同调度方案上、下游淹没区域情况，分析可能受损情况以及需要防护的地点和安全转移的人口等。

3.5 大坝安全监测系统

即针对大坝不同的纵横断面，实现对坝体内部及坝基渗流压力的自动观测和资料实时分析。应在现有基础上进一步完善对雪野水库大坝的渗流压力、工程位移等监测系统；对流域内重要小（一）型水库大坝的渗流压力、工程位移等监测系统。

3.6 数据库管理系统

数据库应当包括雪野水库及其流域内32座小型水库的有关信息，并包括以下6方面内容：（1）工程基础信息。包括流域、水文、地理、工程等方面的特征值、基本参数，也就是较长时期固定不变的基本信息；（2）当前雨情信息。即一场降雨过程中各站点、逐时段的降雨信息，以及对应的天气预报信息；（3）水情信息。即一场洪水的总量、峰值、过程线、频率和蓄水、泄水等有关信息；（4）工程运行信息。即暴雨洪水期和高水位运行期大坝工程的运行动态，包括险情及处理方案；（5）历史洪水与处理。即记录历史上对应超过某一暴雨量值或洪水总量、洪峰流量量值的洪水，所对应的暴雨量值、洪水、灾害、调度处理方案及过程，可通过查阅，对当前暴雨洪水的处置提供参考方案；（6）多媒体图文信息。应当包括图片、视频文件、图表等电子图文信息，便于了解工程及有关情况。

3.7 视频监视与自动控制系统

该系统包括三个方面的内容：

一是雪野水库大坝安全监控系统。该系统所具备的基本功能：（1）对大坝、放水洞、溢洪闸、管理区等重点部位重点区域的视频监控；（2）可利用雷达对大坝和库面进行管理监控；（3）对溢洪闸、放水洞闸门的远程自动监控；二是雪野水库流域内小型水库无线视频监控系统。即对雪野水库流域32座小型水库大坝工程运行情况的视频监控。三是雪野水库下游莱芜市境内河道重要目标处无线视频监控系统。即对下游高速公路济南——青岛2号线跨河大桥和莱芜——明水公路跨河大桥的视频监控，做好有关服务。

3.8 水资源安全监测系统

包括雪野水库水资源可供给量及水质安全监测系统；雪野水库流域内重要小型水库水量及水质的安全监测；雪野水库流域内农药、化肥、洗涤剂等面污染源（物）的用量、降解能力等监测。

3.9 异地会商系统

建立雪野水库洪水预报调度和安全运行的会商机制，提供会商决策所需的各类预测预报信息、实测信息和历史洪水处理信息，提供各种调度方案的启用条件和后果预测，建设本地会商和异地会商的环境，完善有关设备设施。

3.10 信息发布系统

按照雪野水库防洪预案的要求，由当地新闻媒体的公共频道滚动播报；通过手机短信群发各有关行政责任人、技术责任人、管护责任人、受威胁村庄支部书记和村委会主任；按照预案要求，利用警报器、信号弹等对下游附近村庄报警；利用移动车或人工分段巡视下游沿河情况，遇险报警；特殊状态下调用移动通信车报警。

4 预警设备设施选择

4.1 选型原则

一是先进、可靠原则；二是经济、实用原则；三是易于维护管理原则。

4.2 设备选型有关要求

对水雨情遥测设备和信号传输中转站，可采用太阳能和风能相结合的供电模式；测量雨量的设备精度应达到误差±0.5mm，测量水位的误差±10mm；对有条件的重点小（一）型水库可铺设光缆连接到雪野水库预警中心，并可连接到上级防汛指挥办事机构；对坝址处和流域内4个雨量站及大多数小型水库站可通过无线传输方式发送雨量、水位，以及视频监控等信息。应充分考虑3G无线网络通信技术的应用。具体技术方案及设备选型应充分利用现有设备设施，进行部分改造或新建达到技术要求，经专家论证后公开招标予以采购。

5 管理维护及使用建议

建设雪野中心水库安全运行预警系统，以大型水库的管理为依托，综合考虑流域内的中小型水库工程，实行安全运行预警系统一体化管理模式，是一种创新模式，打破了工程分级管理的有关限制，可以集中有效的技术力量进行管理监控，可解决管理不到位、责任不够明确、技术力量不足和监管不及时的情况。

为此，建议：一是尽早研究、规划建设这一系统，并明确其管理使用主体是雪野水库管理处；二是积极筹集资金。本系统属于重要的民生工程，建设和管理费用应由雪野水库的上级主管部门协商同级财政部门予以解决；三是严格使用管理。应当实行24h不间断监控，值守人员必须时刻监视分析有关动态情况，特别是暴雨洪水时期和水库高水位运行时期的安全情况，决不能掉以轻心；四是应向主管部门申请该预警系统为科技示范工程，并在运用成熟基础上推广应用。