安徽省小型水库监测预警系统关键技术研究

刘 超

（安徽省·水利部淮河水利委员会水利科学研究院 合肥 230000）

1 引言

安徽省小型水库点多面广，主要分布在大别山区、皖南山区及淮河以南地区。据统计，全省在册登记水库共有5965 座，其中大型水库15 座、中型水库110 座、小型水库5840 多座。但2019年以前，建有自动测报的小型水库仅有1600 余座，大部分小型水库都是通过现场观测的方式人工报送水位信息到指挥中心，不仅精准度低、时效性差，而且人力成本高昂，一旦有险情发生，很难在最快的时间内组织抢险和进行人员转移，严重威胁了水库下游的群众生命财产安全。

安徽省小型水库监测预警系统建成后，大大提高了安徽省小型水库监测预警预报水平，实现了实时监测、精准预警、科学决策、及时发布和应急响应。本文总结了系统的建设经验，对系统的总体框架、网络通信、数据传输流程、自动监测站点技术要求和预警发布流程等关键技术进行了详细介绍，以期对全国小型水库监测预警系统的建设起到积极的示范和推动作用。

2 总体框架设计

根据水利部水利信息化顶层设计，安徽省小型水库监测预警系统的总体框架采用松耦合的分层架构，由业务功能、应用支撑、数据资源、硬件资源、安全防护体系、标准规范体系等几部分组成，见图1。系统结构每层功能相对集中和独立，能够为上一层提供很好的支撑服务，层与层之间具有明确的边界划分，松耦合的结构易于未来软硬件及应用服务的调整与扩展。

图1 系统总体框架图

2.1 业务功能

安徽省小型水库监测预警系统主要功能包括实时监测、预警处理、设施监视、责任人管理、基础信息等。

2.2 应用支撑

包括应用服务、基础服务和系统资源服务等内容。应用服务提供工作流程、用户管理、告警预警、智能表单。基础服务提供消息服务、模型服务、数据库管理等服务。系统资源服务提供数据访问接口、数据转换、数据字典等服务。系统完成了水利“一张图”、水雨情采集、通讯录、汇集平台等应用支撑系统建设，并对现有短信网关实现移动、电信、联通的三网融合。

2.3 传输网络

通过租用水利专网、无线网络并优化网络架构，实现小型水库自动监测站点采集信息的可靠稳定传输，以及省、市、县、乡各级用户对安徽省小型水库监测预警系统的访问。

2.4 信息采集

包括自动采集数据和收集整编数据。自动采集数据包括水位、雨量、视频以及安全监测信息等，收集整编数据主要包括水库水文数据、工程数据、责任人数据以及相关应急预案等。

3 网络与数据传输流程

3.1 网络通信

安徽省水利通信骨干网已覆盖省水利厅、16 个市水利局、17 个厅直单位、99 个县（区）水利局区和全省水文系统，接入水利部、淮河水利委员会、长江水利委员会骨干网，省电子政务外网。其中一级节点是省水利厅，二级节点包括市水利局、市水情分中心，三级节点是县水利局（见图2）。实现了水利专网水文系统纵向网与水利部门专网互联互通，为水利各类信息交换传输提供了快捷可靠的通信平台。

图2 安徽省水利通信网络结构图

3.2 数据传输流程

安徽省小型水库自动测报站点信息采集采用集中接收模式，信息接收地点在安徽省水文局，落地后通过交换软件与安徽省水利厅进行共享交换。自动测报站与省水文局信息采集平台的通信方式优先采用无线公网，包括4G、GPRS 等，无线公网不能覆盖的地区或有特殊要求的站点选用卫星等通讯方式，数据传输流程见图3所示。

图3 数据传输流程图

4 站点建设关键技术

4.1 站点布设

水库自动测报站点的布设应设置在岸边顺直、水位代表性好且不易淤积的位置，而且须避开放水涵、放水闸等水工建筑物泄流的紊流区，避免浮子与平衡锤间钢绳缠绕，导致水位测量失效。如果确因条件限制只能依附于放水涵闸，水位井的井管底部需改为L 型联通管，让水平进水管口避开泄流的紊流区。

雨量筒周边应避开障碍物，无法避开时，障碍物到雨量筒的距离与障碍物的高度比不得小于两倍，周边20m 范围内不得有高杆作物、树木等。除此之外，每个自动测报站点需增设水尺桩或直读式水尺，用于在现场观测水位，并在水尺桩附近设置校核水准点2 个。

4.2 断面勘测

断面勘测是水库水位自动监测量程确定的前期条件，水库的断面勘测有别于河道大断面，侧重于监测井位置的高程与既有放水涵闸底部高程、水库大坝坝顶高程、溢洪道堰顶高程以及水库特征水位之间的关系。断面勘测的迹线视情分两种：

（1）当井管依附于放水涵构筑物时，以放水涵栈桥方向为迹线（一般垂直于水库大坝轴线），从坝顶开始到水下，并勘测坝顶高程、溢洪道堰顶高程、放水涵底高程，同步标注历史最低水位、死水位。放水涵无栈桥时，以井管位置与大坝轴线垂直投影为迹线。

（2）当建设栈桥式时，直接以栈桥方向为迹线，断面迹线未与大坝轴线相交时，图中仍需标注大坝坝顶高程、溢洪道堰顶高程、放水涵底高程，同步标注历史最低水位、死水位。

4.3 量程确定

在对水库进行水位监测时，需要测量到水库死水位的情况。水位计最低可测水位需在死水位以下0.1～1.0m；当历史最低水位低于死水位时，水位计最低可测水位需在历史最低水位以下0.1m；水位计最高可测水位为水库坝高以上0.2m。

自动测报站浮子式水位计码盘上浮子与平衡锤之间的循环钢绳长度L=H+2h+0.3。循环钢绳的长度设置的原则是：水位为最低可测水位时，浮子不搁浅，平衡锤上沿不受限；水位为最高可测水位时，平衡锤不搁浅，浮子上沿不受限。

4.4 数据报送

小型水库自动测报站点数据报送体制采用自报式与召测两种。

（1）自报式：根据量级和需求由数据采集中心设定自报时间，在自动监测站设备控制下采用增量自报、定时自报及限时自报三种方式。

（2）召测：当监测站接收到数据采集中心的召测命令时，自动响应将相应数据发送给数据采集中心。

5 预警发布流程

根据安徽省水旱灾害防御机制体制，小型水库防汛责任主体在基层地方政府，省、市级水行政主管部门负责对辖内小型水库防汛工作进行业务指导和技术支撑。结合工作实际，安徽省小型水库监测预警系统将预警业务流程划分为预警发起、内部预警、预警研判和外部预警四个阶段，见图4。四个阶段主要工作在县级执行，省、市两级通过系统对辖内实时预警进行总览、对预警处置的及时性进行督办。

图4 预警发布流程图

5.1 预警发起

当水库雨水情自动测报站点回传的水位信息超过设定的预警指标后自动发起预警，预警由水文监测系统自动推送至基层防汛预警平台，预警指标为水库的特征水位，包括汛限水位、设计水位、校核水位和坝顶高程等。

5.2 内部预警

系统触发内部预警后，会自动调用短信网关，发送给县级水旱灾害防御责任人（水利局分管局长、相关工作人员），同时从安全角度出发，抄发水库三个责任人（行政、技术、巡查）。系统预置了全省各级水旱灾害防御责任人以及全省5965 座水库的行政、技术、巡查责任人、联系电话等信息，并在每年汛前通过系统进行更新。如果预警在一定时限内责任人未进行处置，上级主管部门可以通过系统给预警所在单位发送督办短信，并纳入年度考核。

5.3 预警研判

收到内部预警短信后，县级水旱灾害防御责任人登录系统查看相关信息并进行研判，根据研判结果有解除预警、启动外部预警两种处置措施。当研判发现降雨已经停止或者预警是由于现场设备故障导致的假预警，可以对预警进行解除并填写解除原因，当前预警流程结束；当研判发现降雨还在持续，预警可能要发生灾害，可以通过系统启动外部预警。

5.4 外部预警

启动外部预警后，县级水旱灾害防御部门通过平台向水库三个责任人（行政责任人、技术责任人、巡查责任人）发出“加强巡查，必要时组织转移”的预警提醒。

6 结语

通过开展安徽省小型水库监测预警系统技术的研究，解决了遥测站站点选址、断面勘测、设施安装、数据报送、网络通信以及预警发布等技术方面的难题，为系统的设计、项目实施奠定了技术基础，使得项目建设进展顺利，缩短了项目建设工期。该系统集信息自动采集、数据管理、业务展示、预报预警、分析决策。自2019年建成以来，系统历经了两个汛期的应用，为全省小型水库在安全运行、防汛调度等方面发挥了重要的作用，取得了很好的社会效益和经济效益■