小海子水库监测预报预警系统研究

梁江梅，侯 奔

（1.新疆生产建设兵团第三师图木舒克市水利工程管理服务中心，新疆 图木舒克 843900；2.山东省调水工程运行维护中心滨州分中心，山东 滨州 256600）

0 引言

近年来，极端恶劣天气频现，工程措施依然不能完全抵御水库水患灾害；小海子水库为病险水库，大坝为三类坝，因此根据水库实际情况，在人民至上、生命至上的安全发展理念指引下，建立水库预报预警机制尤为重要。

1 水库基本概况

小海子水库位于喀什地区巴楚县县城东南方麻扎山下，水库西临巴楚县县城，北面与巴楚县胜利乡、恰瓦克乡接壤，是叶尔羌河中游的一座大型拦河式平原水库[1]。设计水位水面面积147 km2，设计灌溉面积8.33 万hm2。小海子水库现状主要指标：坝线总长为25.45 km，其中南坝主坝11.8 km、副坝0.45 km、北坝主坝13.2 km，设计坝顶高程1 117.20 m。死水位1 111.13 m，死库容0.1514 亿m3，汛限水位1 115.31 m，对应库容3.07亿m3，设计水位1 115.50 m，相应库容为3.29 亿m3。

水库原为引水式平原水库，由艾里克塔木枢纽小海子水库进水闸引水。因叶河上游部分洪水由沙浪河直接进入小海子水库，再加上艾里克塔木枢纽以下河道泄洪能力不足，故小海子水库需承担艾里克塔木分洪及沙浪河洪水进库流量两部分的分洪任务，洪水下泄通道主要为突来买提河、夏可河。

2 流域水文特征

叶尔羌河[2]，发源于喀喇昆仑山北坡的喀喇昆仑山口，大致有3 个分支，即由上至下自左岸汇入的克勒青河、塔什库尔干河，以及历史上曾从平原山区流入、自干流右岸汇入的提孜那甫河。

提孜那甫河发源于昆仑山区北坡科克阿特达板，主要水源为上游冰雪消融。河源附近遍布了数量丰富的现代大陆冰川、永久冰雪，以及季节性降雪，其中河源冰川规模为350.7 km2，冰川存量为2.2×1010m3，冰河消融量约为1.7×108m3，冰河覆盖面为6.5%。海拔3 500 m 以上地区降雨量多以雪的形式下降。提孜那甫河出山口玉孜门勒克站的年平均径流量为 8.14×108m3。

2.1 径流季节变化特征

叶尔羌河径流中大部分靠融雪供给，所以最明显的特点就是在年内分布上极不平衡。从喀群水文站的四季变化规律来看，春季(3～5 月)和冬季（12～2月）水量占比接近，分别为7%、6.2%，夏季(6～8 月)最多，占68.3%，秋季(9～11 月)占18.5%，年径流四季分配见表1。

表1 叶尔羌河年径流季节分配表

2.2 洪水

根据洪水类型划分，叶尔羌河洪水可分为融雪消融型洪灾、暴雨洪水、冰川湖突发洪水、混合型洪水[3]。其中，冰川湖突发洪水(又称冰川“溃坝型”洪水)，峰型单一，虽然洪水规模不大，但洪峰流量高，持续时间较短，且洪水过程线陡涨陡跌，以异常高洪峰流量值和高起涨速率而著称。

图1 1984 年卡群站“溃坝型”洪水过程线

图2 1987 年7 月卡群站暴雨型洪水过程线

图3 1971 年8 月卡群站混合洪水过程线

3 水库目前存在的问题

北坝4+000～8+000 坝后积水较严重；南、北坝上游护坡块石普遍偏小，护坡厚度不满足设计要求；南坝坝顶宽度不足；渗流观测设施部分损坏，监测项目设置及监测频次不符合规范要求；下游河道多年来运行淤积严重，长期未进行疏浚，过流能力不足。

4 水库测报系统现状

水库水情测报正处于调试试运行过程，初步发挥着作用，建设移交后可以实现大坝区域的自动化测报；但水库上游缺乏水情、气象等监测设施。水情测报系统由中心站、流量站(入库站)、坝上水位站、雨量站组成。

流量站系统采用北斗卫星将前端采集设备数据远传到中心站，中心站通过接收软件将数据进行处理和整合，计算出流量数据并入库。前端设备包含：雷达表面流速仪，雷达水位计，采集终端RTU，供电系统，北斗卫星传输发射终端等。中心站设备包含：服务器，北斗卫星传输接收终端，数据接收及综合处理平台。前端主要设备功能：雷达表面流速仪通过雷达发射反射原理测量河道水面流速；雷达水位计通过雷达波原理测量水面高度；采集终端接收水位计及流速仪数据并内部处理后通过北斗卫星传输到中心站。系统优点：无线传输，抗干扰性能好，北斗卫星解决无网通信号缺点，组网方便、维护简单。

雨量站使用翻斗式雨量传感器检测自然界降水量，并将降水量转化为显示的数字信息量输出，以适应信号传输、处理、记录和显示等要求。

5 预测与预警方案制定原则

建立健全水库安全预测与预警系统，并加强对水库工程的巡视检查，特别是在突发天气来临时加派人力开展巡逻，做到第一时间发现、立刻报告、最早处理。针对现阶段洪涝灾害点多面广，而且危害程度不尽相同的特点，在制定水库监测预报预警方案时遵循以下要求：

（1）充分利用已建成的水文、气象等监测站网，向水库提供准确的水雨情资料。所有措施及预案建立在小海子水库现有设施、设备及人员配置上，在现有基础上采取有效手段掌握水雨情信息、上游水量变化、入库水量及库水位变化，并利用现有设备实现信息传送及预警，根据预警机制完成相关工作。

（2）预警及时、迅速、准确，实时性强。考虑警报发出、响应的效率，第一时间把预警信息准确传递至可能受灾地区，为采取相应措施赢得更多时间。

（3）投资合理、因地制宜。按照经济社会发达程度和水平要求的差异，综合考虑水库的自然地理、现有通信条件、电力供应状况、影响区居民居住地分布等情况，在确保预警信号可以有效发送的情况下，充分发挥已有优势，确保预警信号能以稳定、适当、合理的形式传递。

（4）将自动监控系统和群策群防相结合。受现时经济技术条件的影响，水库洪水灾害预警工作还需群策群防预警，并与水情、气象监测系统预警工作相结合。为有效补充水库上游地区缺少监测监控设施的影响，必须在该区域内安排工作人员，直接观察雨情、水情，以准确及时了解上游来水的状况，一旦发生险情能够及时报告并通知下游群众做好转移疏散。

6 预警体系构建

根据水库特点，建立基于监测系统预警和群策群防体系预警的双体系预警机制。

6.1 基于监测系统的预警

根据预先设定的预警程序与响应方法，综合分析雨情、水情及气象等设备监测的与洪水灾情有关的资料数据，进行会商研究、综合分析和判断，评估确定警报等级并启动对应的应急预案，使警报信号迅速、精确地传递至洪水可能威胁的居民居住区和其他受灾区，引导接受警报的居民或其他人员按照洪水灾害防范措施，适时采取避难措施，最大程度地降低人员伤亡和财产损失。

（1）预警组成。基于信息监测系统的预警模式主要由信息监测、信息汇集与会商决策、预警信息发布3 部分组成，见图4。

图4 预警构成图

（2）信息监测。通过监测系统及时获取水情、雨情及气象有关信息并将其汇集到中心平台。监测系统通常包含水情、雨情、天气资料等遥测台站的前端设备和软件平台，以及利用水雨情遥测台站和巴楚县气象站的前端设备，进行断面水位、降水、图像、天气资料等数据的收集与传递。通过与气象局、国土局等单位的网上联系进行数据互动，实现信息共享。

（3）信息汇集与会商决策。基于通信网络把由各种途径获取的信息汇集到信息中心，通过统一的数据库管理系统，完成对数据的分析处理；师市防洪预警指挥中心经过会商决策，确认预警级别，为预警信息发布及预警指挥提供支撑依据。

（4）预警信息发布。对信息中心获取的信息进行综合评估、决策后，如果认为达到了一定的警报级别，则需启动相应的应急机制，进入预警指挥阶段，实现对会商决策与应急指挥的信息发布。依据事先编制的对应突发事件分级和溃坝事件发生的可能性，洪水和工程事故造成的预警级别分为Ⅰ～Ⅳ级，Ⅰ级为特别严重，并制定了对应等级的应急响应方案。当预警反应启动，经会商决策并确定了预警等级后，由有关领导或负责人确定启用对应等级响应，发出指挥命令，并全程监视指令实施过程。同时根据实际情况及时修改方案和命令，达到防灾减灾的目的。通过公众信息发布平台，将水情、雨情、气象、洪水等各种灾害信息及应急预案对外发布。

（5）预警通信。灾情信息预警通信是向受到洪水灾情威胁的生产作业区、居民点等适时、正确地发出水文情报、洪水预警信息和疏散指令等，同时及时获取反馈信息。处于危险或受威胁的居民点、单位是接受由上逐级下达的警报信号的最基础单位，需要及时通知到。因此作为洪水警报传递和信息反馈的主要途径和通路，通信网络应当合理、实用，以适应突发通信的需要。主要包括预警信息通信方式和预警通信组网两个部分。

6.2 群策群防体系预警

基于目前水库上游区域缺少水情、气象等观测设备的现状，首先在上游一定区域内设置了作业点并明确专人，以最直接的手段观察记录雨情、水情。随时了解上游来水的状况，同时根据洪水灾害调查评价结果，修订完善防汛指挥中心、乡镇和行政村的洪水预警指标。

（1）设立简易监测点。在上游一定范围内的重点防治区、危险易发区及沿河自然村均设立简易监测点。原来没设置的加以补充，洪水灾情调查新增设的危险区域也应补设简易监测点，对风险区规模较大的地区可加大监测点的数量。每个测点应有一个监测预警人员，主要任务为：查看简易降雨或简易水位设备上的降雨或水位读数；当降雨或水位超过警戒区域及时向上一级防汛部门报告，实施防汛调度或其他防洪预案措施；当降雨或水位达到或超过危险警戒位置后，通过手摇报警器、铜锣发送警报信息，告知大伙转移或撤离，并通过通信工具向下游行政村、组团发送警报信息；当接到上一级防汛部门的警报提醒后，通过手摇报警器、铜锣发送警报信息，告知大伙撤离。

（2）完善防洪预案。①建立责任制度：健全水库洪水灾害防控组织机制，由独三师防洪抗旱指挥机构统一指挥，政府主要领导担任指令首长，组员由有关职能部门领导构成。防汛指挥机构内设办公室、技术组、信息组、转移组、调度组、保障组和紧急抢险组。办公室设立专门人员管理，并明确了师防汛抗旱指挥部各工作组任务。完善师市的指挥部门组织人员的通信录或联系方式，紧急情况时能采用电话、短信的方法联络到相关人员。管理区域内的建筑场地、旅游景点、企事业单位及重要防范区要配备相应的人员负责防洪防御工作，有准确的联系方式。②逐步完善水库防洪防御预案：依据对洪水灾害调查评估的结果，以及实际状况变化趋势，对水库、连队和企事业单位的防洪防御预案加以修改完善。防洪防御预案重点包含以下内容：依据近期洪水灾害调查评估的结果，划定风险区、转移路径、安置场所和预警指标等，并测绘洪水灾害风险区分布图；各个风险区分别确定一处避灾安置场所；规定预警工作人员的职责和分工，规定预警信号，明确需要转移人员花名册和联系方式等；标明上游库区或沿河组团、行政村，将监测预警信息直接向下游组团、连队传送的方案。③完善预警队伍结构及指标：将简易监测点的预警信息员全部列入预警队伍；依据调查评估的结果，制定各个简易雨量、水情监测站点的预警指标。

（3）群策群防预警。对基层监测工作人员开展各项技术培训，让他们熟悉基本的防洪防御知识、能利用监测设备收集信息数据，并积累相应基本防汛知识，从而具有及时发布、接受、传递预警信息的技能；对遭受洪水威胁人群开展简易避灾训练和转移演习，帮助民众提高避灾能力、了解基本避灾信息、熟悉避灾道路和紧急避难地点位置，确保遇险时可以安全有序地迅速疏散。水库所属师市的防汛中心、水库管理单位、乡镇或以上简易监测站都是群策群防预警信息的主要获取渠道；各组团、连队和居民居住区接收防汛部门或监测点发出的预警信息；上游连队、组团的警报信号，应及时向下游连队、组团传达。

7 预警预报系统的应用效果

水库防汛预警预报体系从成立以来不断完善，连续经过多次融雪消融洪水、暴雨洪水的检验，极大减轻了值班值守的负担，提高了专业人员技术和水平；增强了水库的灾情预警功能，大大减少了水灾带来的自然灾害损失。

8 结束语

水库预报与预警系统的建设，大大提高了防洪工作的科学化、信息化与管理水平，根据不同程度的洪水预报，师市防汛中心发出相应级别的预报预警信息，相关部门启动相应级别的防洪预案，做好充分准备，通过水库调度运用开闸泄洪、下游沿河各级防指做好抗洪抢险准备，减少了灾害损失。建议逐步完善水库及上游水情、气象等监测设备布局，并逐渐取代传统人工的简易监控点，以提升预测预警系统效能与可靠性；同时累积与整理各种参数及实测资料，随时收集与整理有关的信息资源，并适时修正预报图表，增强预警预报系统的适用性，提高预警准确度，确保水库安全。