陜西三門峽庫區(qū)洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)

1、陜西三門峽庫區(qū)洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)    摘 要：陜西省三門峽庫區(qū)洪水預(yù)警預(yù)報(bào)系統(tǒng)共設(shè)中心站兩處，遙測站49處（包括13個(gè)水文站、18個(gè)水位站和18個(gè)雨量站）。系統(tǒng)設(shè)計(jì)為自報(bào)式和查詢應(yīng)答相結(jié)合的工作體制。本系統(tǒng)擬采用超短波通信和GSM短信息通信的星型網(wǎng)結(jié)構(gòu)的組網(wǎng)方式。本文介紹了陜西三門峽洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)的站網(wǎng)布設(shè)、系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)、通信組網(wǎng)方式和洪水預(yù)報(bào)調(diào)度方案。 關(guān)鍵詞：預(yù)警預(yù)報(bào)；站網(wǎng)布設(shè)；通信組網(wǎng)；工作體制 1 概述 渭河下游及二華南山支流地區(qū)為黃河流域三大防汛重點(diǎn)地區(qū)和陜西省防汛的重中之重，歷來受到各級防汛機(jī)構(gòu)及地方政府的重視。經(jīng)過四十多年的建設(shè)，渭河下游地區(qū)先后

2、建成了八個(gè)水文站，七個(gè)水位站，布設(shè)淤積測驗(yàn)斷面70余條。這些測站及設(shè)施為防汛抗洪及科研提供了大量的基本資料，作出了一定的貢獻(xiàn)，但對滿足渭河下游地區(qū)防洪保安的實(shí)際要求尚有一定距離。主要反映在：沒有形成區(qū)域的預(yù)警預(yù)報(bào)系統(tǒng)，與防汛減災(zāi)的綜合要求尚有距離；測驗(yàn)設(shè)施設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)偏低，部分信息采集現(xiàn)代化程度不高、報(bào)汛通信手段落后、預(yù)報(bào)方法不足，和水文情報(bào)預(yù)報(bào)的時(shí)效性、準(zhǔn)確性等尚有一定的距離。 建設(shè)黃河陜西省三門峽庫區(qū)洪水預(yù)警預(yù)報(bào)系統(tǒng)，推動(dòng)水文測驗(yàn)設(shè)施建設(shè)、信息采集、傳輸、氣象水文預(yù)報(bào)、會(huì)商決策等環(huán)節(jié)或系統(tǒng)的現(xiàn)代化、數(shù)字化，及時(shí)準(zhǔn)確的提供水文情報(bào)預(yù)報(bào)，是黃河陜西三門峽庫區(qū)防洪之迫切和黃河實(shí)現(xiàn)“四個(gè)不”目標(biāo)的必要

3、措施。 陜西省三門峽庫區(qū)洪水預(yù)警預(yù)報(bào)系統(tǒng)的主要功能是： （1）建設(shè)及改造現(xiàn)有水文站，使信息采集、數(shù)據(jù)處理、信息傳輸、監(jiān)控管理等方面的現(xiàn)代化水平大大提高； （2）接收氣象部門的衛(wèi)星云圖、雷達(dá)回波信息以及暴雨數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品和黃委水文局有關(guān)涇、洛、渭的雨量信息； （3）采用GSM短信平臺(tái)、超短波、有線公網(wǎng)（PSTN）相結(jié)合的通信方式，在5分鐘內(nèi)收齊區(qū)間水雨情站的水情信息的保證率為95%； （4）基于常規(guī)信息建立魏家堡至華縣、龍門至潼關(guān)、以及景村、交口河以下的洪水演進(jìn)預(yù)報(bào)模型； （5）以二華地區(qū)遙測雨量站為依據(jù)，建立南山支流降雨洪水預(yù)報(bào)模型； （6）構(gòu)建水文信息服務(wù)體系，為防汛、水資源及有關(guān)工作提供專業(yè)

4、信息服務(wù)。 2 系統(tǒng)站網(wǎng)布設(shè) 陜西省三門峽庫區(qū)洪水預(yù)警預(yù)報(bào)系統(tǒng)的站網(wǎng)布設(shè)，要能有效地控制渭河魏家堡至潼關(guān)，涇河景村至河口，北洛河交口河至河口，以及渭河下游12條南山支流洪水演進(jìn)和降雨分布，滿足渭河下游洪水預(yù)報(bào)、南山支流洪水警報(bào)、以及北洛河下游洪水預(yù)報(bào)的要求。本次設(shè)計(jì)是以現(xiàn)有站網(wǎng)為基礎(chǔ)，進(jìn)行補(bǔ)充完善。 2.1 設(shè)站原則 （1）站網(wǎng)的設(shè)計(jì)，要能有效的控制區(qū)間降雨分布及由于下墊面不均勻性對于降雨徑流的影響。 （2）能夠滿足渭河下游各站洪水預(yù)警預(yù)報(bào)需要。 （3）能夠滿足二華南山支流洪水預(yù)警預(yù)報(bào)的需要。 （4）能夠滿足北洛河下游和小北干流洪水預(yù)警預(yù)報(bào)的需要。 （5）能夠滿足監(jiān)視堤防險(xiǎn)工堤岸防護(hù)工程水位和

5、河勢的需要。 2.2 站網(wǎng)布設(shè) 本次站網(wǎng)的布設(shè)是綜合考慮陜西省三門峽庫區(qū)的自然地理特性，降雨洪水特點(diǎn)、原有站網(wǎng)的基礎(chǔ)、以及洪水預(yù)警預(yù)報(bào)的要求而做出的。共布設(shè)水文站13處，其中新建2處；水位站18處，其中新建11處，改造2處；雨量站18處，其中新建7處。 新增水文站為石川河相橋水文站（汛期站），赤水河靳家村水文站（汛期巡測站）。 新增自動(dòng)遙測水位站為渭河草灘水位站，渭河道口水位站，渭河詹家水位站，渭河華陰水位站，渭河吊橋水位站，灃河小王莊水位站，灞河梁家堡水位站，石堤河過村水位站，柳葉河柳葉水位站，長澗河長澗水位站。 新增自動(dòng)遙測雨量站為二華南山支流7處，分別遇仙河一處，石堤河一處，赤水河一處，

6、羅紋河一處，方山河一處，羅夫河一處，柳葉河一處。 2.3 站網(wǎng)論證 2.3.1 能控制二華南山支流降雨的不均勻分布 二華南山支流降雨較豐，降雨的時(shí)空分布極不均勻， 有時(shí)暴雨籠罩的面積較小，強(qiáng)度大，降雨梯度大。因此，遙測雨量站網(wǎng)設(shè)計(jì)在空間均勻分布的原則上，適當(dāng)考慮暴雨中心地帶。本次設(shè)計(jì)的29處報(bào)汛雨量站，二華南山支流區(qū)域16處，可基本滿足二華南山支流暴雨空間分布控制。 2.3.2 能起到控制洪水的作用 陜西省三門峽庫區(qū)共設(shè)水文站13處，布設(shè)水位站18處，以便掌握洪水從魏家堡至河口之間渭河干流、涇河景村以下至河口、北洛河交口河以下至河口等的洪水演進(jìn)情況。水文站和水位站的設(shè)置，可以起到監(jiān)測洪水的作用

7、，同時(shí)亦能監(jiān)測斷流情況。 2.3.3 能滿足渭河干流洪水預(yù)警預(yù)報(bào)的需要 本設(shè)計(jì)的洪水預(yù)報(bào)是渭河干流的洪水演進(jìn)預(yù)報(bào)，涇河入渭的洪峰預(yù)報(bào)，北洛河入渭的洪峰預(yù)報(bào)，小北干流洪峰預(yù)報(bào)，二華南山支流入渭的洪峰預(yù)報(bào)。本次設(shè)計(jì)的水文站、水位站、雨量站可基本滿足庫區(qū)洪水預(yù)警預(yù)報(bào)的需要。 2.3.4 能滿足WMO推薦的站網(wǎng)密度的最低標(biāo)準(zhǔn) 陜西省三門峽庫區(qū)屬半濕潤帶，WMO推薦的站網(wǎng)最低密度標(biāo)準(zhǔn)為：雨量站100250Km2/站，水文站為3005000Km2/站。本次站網(wǎng)布設(shè)滿足WMO推薦的站網(wǎng)密度的最低標(biāo)準(zhǔn)。 3 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)與通信組網(wǎng)方式 3.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu) 陜西省三門峽庫區(qū)洪水預(yù)警預(yù)報(bào)系統(tǒng)是由降雨、洪水信息監(jiān)

8、測采集、傳輸處理、存儲(chǔ)檢索、預(yù)警預(yù)報(bào)、會(huì)商服務(wù)構(gòu)成的有機(jī)整體。系統(tǒng)框架如圖1（略）所示： 3.2 水情信息采集傳輸工作體制 陜西省三門峽庫區(qū)洪水預(yù)警預(yù)報(bào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)為自報(bào)式和查詢應(yīng)答相結(jié)合的工作體制。 自報(bào)式為：定時(shí)自報(bào)和增（減）量自報(bào)相結(jié)合的方式。遙測站按規(guī)定的時(shí)段（時(shí)間間隔）或當(dāng)被測水文要素（雨量、水位）發(fā)生變化，并達(dá)到規(guī)定的增（減）量時(shí)，遙測站自動(dòng)向中心站報(bào)送實(shí)時(shí)水文數(shù)據(jù)，中心站的數(shù)據(jù)接收設(shè)備始終處于等待接收狀態(tài)。 水文站具有查詢應(yīng)答功能，在中心站可人工干預(yù)隨時(shí)或自動(dòng)定時(shí)查詢水文數(shù)據(jù)。 3.3 信息采集傳輸?shù)耐ㄐ沤M網(wǎng)方式 根據(jù)本系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)目標(biāo)要求，和現(xiàn)有庫區(qū)水位自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)、二華南山支流雨

9、量自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)采用超短波通信的實(shí)際情況，以及綜合考慮各種通信方式的特點(diǎn)，本系統(tǒng)擬采用超短波通信和GSM短信息通信的星型網(wǎng)結(jié)構(gòu)的組網(wǎng)方式。現(xiàn)有庫區(qū)水位自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)和二華南山支流雨量自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)所屬遙測站仍采用超短波通信。新設(shè)遙測站（包括水文站、水位站、雨量站）中，在已有超短波中繼站覆蓋范圍的，也采用超短波通信；新設(shè)遙測站超出已有超短波中繼站覆蓋范圍的，采用GSM短信平臺(tái)通信。水文站采用超短波通信和GSM短信平臺(tái)通信兩個(gè)信道，以保證其可靠程度（通信暢通率）。測站原有PSTN有線電話的仍然保留，作為備用傳輸信道。 本系統(tǒng)中水文站為超短波和GSM短信平臺(tái)通信兩個(gè)信道，水位站和雨量站為超短波通信信道。

10、進(jìn)行水情信息傳輸時(shí)，遙測站RTU優(yōu)先啟動(dòng)超短波通信機(jī)向中心站（通過中繼站中繼接力）傳送數(shù)據(jù)。對于水文站來說，若超短波信道不通，RTU自動(dòng)切換到GSM短信平臺(tái)信道傳輸水文數(shù)據(jù)。 4 洪水預(yù)報(bào)作業(yè) 4.1 功能、結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)根據(jù)不同功能分為信息接收處理子系統(tǒng)、洪水預(yù)報(bào)子系統(tǒng)、綜合數(shù)據(jù)庫、信息服務(wù)子系統(tǒng)等四大塊。三個(gè)子系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)見圖3（略）： 4.2 信息接收和處理子系統(tǒng) 4.2.1 信息接收 主要接收本管轄內(nèi)的雨量站、水位站、水文站及工程管理隊(duì)觀測的雨、水、沙、工情，和委、省管轄的雨、水、沙情。另外通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)或郵電網(wǎng)絡(luò)接收氣象部門的衛(wèi)星云圖雷達(dá)信息以及數(shù)字預(yù)報(bào)成果

11、和黃委水文局有關(guān)涇、洛、渭的雨量信息。 4.2.2 信息處理 信息處理包括郵電報(bào)文翻譯，多源信息的同化處理、信息轉(zhuǎn)發(fā)、入庫與預(yù)報(bào)子系統(tǒng)數(shù)據(jù)銜接等，具體信息處理內(nèi)容有： （1） 翻譯雨、水情電報(bào)報(bào)文； （2） 識別錯(cuò)誤信息并進(jìn)行處理； （3） 根據(jù)洪水預(yù)報(bào)輸入要求，生成相應(yīng)時(shí)段的水文要素過程； （4） 根據(jù)用戶信息查詢要求，制成相應(yīng)的圖表； （5） 根據(jù)人工置定的門檻，遇特殊雨水情發(fā)出預(yù)警； （6） 根據(jù)報(bào)汛任務(wù)要求向有關(guān)部門轉(zhuǎn)發(fā)信息； （7）把原始信息和處理過的相應(yīng)信息存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫，以便隨時(shí)調(diào)用。 4.3 洪水預(yù)報(bào)子系統(tǒng) 4.3.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理 數(shù)據(jù)預(yù)處理是為模型率定參數(shù)、進(jìn)行洪水預(yù)報(bào)和綜合分

12、析提供規(guī)范的數(shù)據(jù)。 （1）從數(shù)據(jù)庫中提取實(shí)時(shí)雨、水情數(shù)據(jù)并進(jìn)行合理性檢查，根據(jù)模型率定和洪水預(yù)報(bào)要求將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行插補(bǔ)外延，并分割成0.5或1.0小時(shí)為時(shí)段的降雨過程、流量過程； （2）計(jì)算單元面雨量和前期土壤含水量作為預(yù)報(bào)的前期計(jì)算工作； （3）根據(jù)需要從數(shù)據(jù)庫中提取歷史資料，經(jīng)處理后進(jìn)行典型雨洪分析。 4.3.2 率定參數(shù) 模型率定參數(shù)分兩種情況：一是利用歷史資料為建模進(jìn)行率定，二是利用最新資料對模型的相關(guān)關(guān)系進(jìn)行新點(diǎn)據(jù)的補(bǔ)充和對產(chǎn)匯流規(guī)律進(jìn)行新的率定和修改。 根據(jù)流域下墊面或河道邊界條件特征，設(shè)計(jì)合適的參數(shù)初始值、和合理的目標(biāo)函數(shù)和優(yōu)化方案進(jìn)行參數(shù)優(yōu)選，再按照實(shí)際模擬達(dá)到合格要求，最后確

13、定預(yù)報(bào)模型的參數(shù)。 4.3.3 洪水預(yù)報(bào) 本預(yù)報(bào)分兩部分：一是二華區(qū)間南山支流的洪水預(yù)報(bào)，二是渭河下游（魏家堡至華縣）、涇河下游（景村至桃園）、北洛河下游（交口河至南榮華）、小北干流（龍門至潼關(guān)）的洪水演進(jìn)預(yù)報(bào)。預(yù)報(bào)分預(yù)警預(yù)報(bào)和正式預(yù)報(bào)兩個(gè)階段： （1）二華南山支流洪水預(yù)報(bào) 先利用原有水文站和雨量站進(jìn)行模型率定和建模，待新建站運(yùn)行后再根據(jù)新的資料進(jìn)一步完善模型。本次單元產(chǎn)流初步采用新安江模型、降雨徑流相關(guān)模型、霍頓下滲模型、薩克門托模型；單元匯流計(jì)算采用地貌單位線、納須瞬時(shí)單位線；河道匯流采用馬斯京根逐段演算逐段疊加法。以上方法經(jīng)調(diào)試后最后選擇12個(gè)方案作為正式模型計(jì)算方案。 （2）河道洪水演

14、進(jìn)預(yù)報(bào) 渭河、涇河及北洛河下游和小北流河道洪水演進(jìn)預(yù)報(bào)擬采用馬斯京根多河段流量演算加區(qū)間逐段匯流疊加方法，或以區(qū)間降雨為參數(shù)進(jìn)行上下斷面洪峰相關(guān)方法。 （3）預(yù)警預(yù)報(bào) 當(dāng)渭河魏家堡站、涇河景村或小北干流龍門站、北洛河交口河站出現(xiàn)較大洪峰或二華南山支流將出現(xiàn)暴雨或大暴雨時(shí)，即預(yù)報(bào)咸陽、張家山、狀頭、潼關(guān)的洪峰流量和估算臨潼、華縣的洪峰，并根據(jù)有關(guān)部門預(yù)報(bào)的暴雨量級，估算二華南山支流的山洪流量，同時(shí)發(fā)出洪水預(yù)警預(yù)報(bào)。 當(dāng)咸陽出現(xiàn)洪峰或二華南山支流出現(xiàn)暴雨，即預(yù)報(bào)臨潼、華縣的洪峰和洪量和南山諸支流的洪峰和洪量，同時(shí)發(fā)布正式預(yù)報(bào)。 4.4 信息服務(wù)子系統(tǒng) 信息服務(wù)子系統(tǒng)實(shí)際上是一個(gè)信息成品庫和半成品庫，該系統(tǒng)除了能存儲(chǔ)不同類型的信息外，還有信息處理和信息查詢等功能。系統(tǒng)通過人機(jī)交互以圖、文、表的方式，能快速、方便、清晰地提供實(shí)時(shí)雨、水、工情和預(yù)報(bào)成果以及有關(guān)的歷史信息。服務(wù)的內(nèi)容盡可能滿足不同用戶需要。信息庫中主要內(nèi)容有： (1) 實(shí)時(shí)的時(shí)段、日、旬、月點(diǎn)、面雨量；實(shí)測水沙過程、總量；水位流量關(guān)系過程（包括內(nèi)插后等時(shí)段過程）；水庫、工程水位過程；洪水倒灌、灘地淹沒實(shí)況；水情、工情簡報(bào)等； (2) 典型歷史暴雨洪水，包括降雨、洪水來源、演進(jìn)、遭