博山区洪水预报自动化系统建设初探

王 哲 ，李拥军 ，柴启君

（1.淄博市博山区水务局，山东 淄博 255200；2.淄博市博山区石马水库管理所，山东 淄博 255200；3.淄博市博山区淋漓湖水库管理处，山东 淄博 255200）

淄博市博山区位于泰沂山北麓，面积682 km2，耕地面积1.34万hm2，人口46.26万人。区内多为山区，山高坡陡，沟壑纵横，沙石山区占43%，其余为石灰岩和页岩。区内总的地势为南高北低，区内河流分别由淄河和孝妇河2大流域组成，其中淄河流域总面积 496.5 km2（境外 84.3 km2），支流 4 条，河道总长度92.5 km，防洪标准为5年一遇,最高点鲁山主峰海拔1108.2 m，出界河底高程250.5 m；孝妇河流域面积218.4 km2，支流8条，河道总长72.4 km，防洪标准为10年一遇,最高点禹王山主峰海拔787.8 m，出界河底高程121.0 m。全区现建有中型水库1座，小(1）型水库4座，小(2）型水库13座。

1 洪水预报系统建设的必要性和可行性

受特殊的地理环境和东南季风的影响，该区多年平均降雨量723 mm，汛期降雨集中，占全年降雨量的78%左右。历史上洪涝灾害频发，突发性极强。如今当地经济迅速发展，一旦发生洪涝灾害，其损失将非常惨重。因此，充分利用现代科技手段，在本区内建立降雨和洪水观测、预报系统，准确、及时地组织抗洪救灾，最大限度地降低灾害损失是十分必要的。目前，淄博市已在该区10个镇安装了雨量自动观测点，在石马水库和4座小（1）型水库安装了雨量、水位及视频自动观测站，同时建中继站5座，形成了全市的防汛网络系统，为该区建立洪水预报自动化系统奠定了基础。

2 系统建设

在全区布设雨量、水位和视频自动观测点，将信息传输到处理中心，可及时准确掌握全区的雨情、水情及灾情信息，同时可在前期雨情、水情建设的基础上预测可能发生的水情和灾情，通过洪水推求、信息采集与传输、信息处理系统预测可能发生的水情和灾情，以达到准确及时组织抗洪救灾、减少灾害损失的目的。

2.1 降雨观测系统

根据地形和降雨分布情况布设JYQ-4型自计雨量器，每个雨量站控制面积以20～50 km2为宜，对重点小流域可适当加密。自计雨量器设在有专人管理的全区各中小型水库、各镇水利站或各村委的宽敞场地内，并配备太阳能电池板提供电能，同时安装民用照明电源作为辅助电源。

2.2 水位观测设施

在河道控制断面的一侧（或两侧)安装水位观测仪器和摄像头。要求安装的观测仪器尽量靠近河道，稳定牢固，高度宜在最高洪水位上2～4 m，能够清晰、可靠、准确地观测河道控制断面水位的变化，并提前预估下游淹没情况。水位计一般选用浮球式或超声波水位计，可同时在河道控制断面处安装水尺，以备必要时实施人工观测。摄像头一般选择半球式，以便观测水位和断面周围工程运行情况。

2.3 通信方式

一是并入山东移动（或联通）公司的网络传输；二是利用淄博市防汛办公室设在博山区境内的鲁山、岳阳山、禹王山及石马等无线传输网站进入博山区防指办公室和淄博市防汛网进行传输；三是人工用手机、电话、微机等报至信息中心，从而完成信息的实时传输。

2.4 信息处理中心

主要由微机、大屏幕显示器、外接传输线及打印机等硬件和信息处理软件组成。传输网线按特级布线标准安装，以确保信息畅通。软件系统是信息处理的关键，拟由软件专家、水文专家、水利工程专家及有丰富管理经验的管理人员组成开发小组，针对博山区的实际情况开发《博山区洪水预报自动化系统软件》。

3 软件系统设计

系统包括基础资料库、实时信息收集与储存、各小流域洪水推求、水库水位变化与泄洪过程、主河道各控制断面的洪水过程、洪涝灾害情况与抗洪救灾措施、资料整理分析等内容。

3.1 资料库模块

一是存储流域的地质、地形及地表覆盖情况，主要包括岩石性质及裸露情况，植被及土壤耕作情况，地表坡度与河谷比降及流域性状等；二是存储水库的有关指标，如水位与库容、泄量的关系，大坝和溢洪道的型式、结构尺寸及设计标准，存在问题等；三是存储河道情况，主要包括河道的长度、宽度、比降和糙率，河堤情况，建筑物及河底平整度等；四是存储流域、库区、河道两岸情况，包括在不同的降雨、洪水位下可能冲毁与淹没的范围及所造成的损失，抗洪救灾所采取的相应措施等。

3.2 实时信息模块

包括实时雨量、植被、土壤含水量、蒸发量、河谷径流量、水库水位与库容、溢洪道流量、河道各控制断面水位与流量、工程运行情况、灾害情况等。

3.3 小流域洪水推求模块

第一步确定净雨量，即降雨量减去地面入渗、蒸发和植物截留量，因为只有降雨强度或某时段雨量大于地面入渗、蒸发和植物截留量时才形成地面径流。第二步确定瞬时单位线，在无实测资料时先参照相似流域的单位线，根据流域形状、地质情况、地面坡度及植被覆盖情况等进行调整，可选择几种线形分类型试用。第三步是由降雨和瞬时单位线及实测基流推求本次降雨形成的洪水过程。第四步是随着资料的积累逐步修正完善适用于各个小流域的单位线，达到较为准确的预测洪水过程。

3.4 水库信息模块

当入库洪水过程确定后，可由水库洪水来临时的水位和水库水位-库容-泄量关系推求水库运行过程和泄洪过程，预测对库区形成的灾害和对工程的影响，并预测不同洪水对下游的影响，特别是发生溃坝等特殊情况时对下游的影响，制定相应措施。

3.5 主河道控制断面洪水位推求模块

相邻两个支流入口之间为一段，将主河道分为若干段，某段的出口流量加支流汇入流量即为下一段的进口流量。由流量和河道的基本参数，采用均匀流或非均匀流等相关水力学公式推求出河道水面线。如果水位超出河堤顶高程即形成洪涝灾害，根据水位的高低判断灾害损失程度，提出相应的抗洪救灾措施。当实测资料与预测资料存在较大误差时，洪水过后应及时分析原因，修正相关参数。

4 工程投资及效益估算

4.1 工程投资估算

初步计划安装自动雨量观测点21处 （现有13处）；水位、雨量和视频观测站38处，其中水库18处（已安5处），淄河干流3处，淄河支流6处，孝妇河干流4处，孝妇河支流7处；光缆43.7 km；信息处理平台1处；开发软件1套。预计总投资220万元，分2年实施，第一年进行重点流域、重点水库和主河道的观测点布设及信息处理中心建设，第二年完成其余部分。

4.2 效益分析

1）经济效益：该区淄河、孝妇河两岸（堤顶以上3.0 m范围内）共有人口7.8万人，大中小型企业370余家，固定资产1 200亿元，年产值10.6亿元，基本农田2 866 hm2，年产值0.89亿元，房屋1.4万间，公路道路15.4 km，以及桥梁、通讯设施等。初步估算，如果及时成功地预报1次20年一遇的洪水，及时转移相关人员和物资，保护有关设施，洪水过后能迅速恢复生产，将减少损失1.4亿元。据该区解放以来的洪涝灾害统计估算，洪水预报自动化系统建立后，平均每年减灾效益3 600余万元，减灾效益非常显著。

2）社会效益：博山区洪水预报自动化系统建立后，可对各种降雨、水情等条件变化时所形成的洪水进行预测、演示，提前一定时间预知灾害情况，变被动“看洪救灾”为主动“抗洪救灾”。不但能极大地提高抗洪救灾的科技含量和针对性，而且能为灾区人员的安全提供更加可靠的保障，对促进社会稳定发挥重要作用。

3）扩展效益：该软件可与抗旱救灾、防汛调度、水资源管理、工程管理等软件融合，形成水利信息平台。该系统成功运行后，还可向丘陵山区推广，由小流域向大范围推广，由此全面提升丘陵山区的洪水预报和抗洪救灾水平。