李奋霞

（陕西省石头河水库管理局 陕西 杨凌 712100）

石头河水库始建于1969年，1984年下闸蓄水，是城市供水、农业灌溉、水力发电、防洪、水产养殖等综合利用的大（二）型水利工程，也是陕西省关中地区逐步实现南水北调（引红济石），解决渭北高原缺水问题的骨干工程之一，并逐渐成为关中西部城市的主要水源地之一。随着“引红济石”工程的实施，其社会和自身经济效益将日渐显著。

1 石头河水库洪水调度系统的必要性

石头河水库坝址位于眉县斜峪关以上1.5km的温家山，控制流域面积673km2，流域内林木茂盛，植被良好，水质优良。多年平均降雨量816mm，多集中在汛期7月～9月，河源来水大部分由汛期降雨形成。由于流域大部分为太白山自然保护区，人迹罕至，雨量采集困难。

为更好的发挥石头河水库综合效益，改变石头河水库防洪调度手段落后的局面，更合理地运用水库工程科学地调度洪水，最大限度地发挥石头河水库的防洪效益，做到适时自动采集雨水情信息，及时准确做出防洪预报，迅速提出防洪调度方案，为各级防洪指挥决策部门提供支持，减轻下游洪水灾害，石头河水库管理局积极响应水利部第十个五年规划中提出的“实现防洪指挥科学调度”、“推进水利信息化”的号召，于2000年下半年实施了洪水调度系统的建设工作，并于2001年汛期正式投入使用。

2 洪水调度系统的结构组成

2.1 系统组成

石头河水库洪水调度系统在逻辑上分为五个子系统，各个系统以数据库系统为中心组织在一起。主要由雨水情信息采集子系统、洪水预报子系统、洪水调度子系统、信息查询和数据库管理子系统及数据库子系统组成。其主要功能包括水雨情与工情信息的采集、输入、修改、查询，通过人机交互进行洪水预报、调度方案制订、评价与优选、调度成果管理、防洪工程信息管理、系统管理等。

2.2 遥测雨量站的分布

石头河水库的洪调系统总共在流域内建成了九个遥测雨量站，其名称及分布见图1。

3 水库洪水调度系统作业流程

由水雨情遥测系统采集流域内各雨量遥测站雨量数据、水位站测得水库水位数据后，再通过超短波和GPRS无线业务技术将这些数据传输到遥测系统专用服务器上，并分类储存。在洪水期间，工作人员通过人机交互提取或修改存于服务器上的水雨情数据，再通过洪水预报子系统模块做出入库洪水过程预报。根据该洪水过程预报，再结合当前库水位及本次洪水的起跳水位，人机交互提出一个适合当前的最佳调度方案。该方案将上报决策机关，经决策机关批准后由水库管理人员组织实施，比如是蓄还是泄，或者是小流量预泄等具体操作，都将在洪水预报系统的支持下进行。上级的防洪调度命令、调度参数和调度方案，即可人机交互输入与输出，又可通过计算机网络输入与输出。

4 防洪调度系统在石头河水库防汛工作中的应用

石头河洪水预报系统，其属性是任一时段或任一测站的降雨发生改变，各测站的降雨均值和累积值都会随之改变。洪调系统的基本功能就是自动获取降雨信息，并对于故障站或者信息接收暂时堵塞站点，可以人工修复或补充降雨资料。洪水预报有实时预报和假拟降雨预报。一场洪水之后，如果做实时预报，就可以点“实时预报”按钮，并根据前期降雨情况估计土壤饱和度，进而选择合适的饱和系数，如果雨量遥测站里面有故障站，就要选择“故障预报”按钮，然后根据人机交互界面的提示，选择邻近站代替。最后“确定”，就会出现本次预报的图表界面。由预报图表不但可以很清楚地看出本次降雨的洪峰流量、峰现时间、总来水量、洪水级别等基本要素，还可以根据需要用鼠标在图上相应时间段拖动的方法查出后续来水量等资料。如下图2003年的例子就是一个实时预报的典型。

在2003年8月底9月初，渭河流域连续出现大范围的暴雨天气，洪水持续时间长,强度大，使渭河迅速形成二号洪峰。石头河作为渭河一级支流，在保证自身和下游安全的前提下，责无旁贷地参与了渭河错峰削峰任务。图2是防汛人员在9月1日做的一次实时预报的结果。由图表可见，本次洪峰是五年一遇的洪水，洪峰流量为553.5m3/s。据水库日志记载，9月1日2时，库水位已经由之前的799.62m降至797.46m（石头河水库主汛期汛限水位为798m），预计还会来500多万方的水（实时预报不考虑后续降雨）。石头河防汛指挥部根据预报结果，并结合渭河错峰的任务，采取出入库基本持平的方案——既保障了水库自身安全，又减轻了渭河下游的泄洪压力。

另外，如果是一场持续时间较长的连续降雨，就可以做假拟预报。比如根据当前的降雨情况，假拟未来24h再降20mm，就可以估算出未来几天的来水情况。比如2010年汛期，石头河流域8月下旬及9月上旬出现局地强降雨天气，库区来水量比较集中，共产生4次洪峰大于100m3/s的洪水，其中，最大洪峰流量为440m3/s。水情自动测报系统及时、准确地为洪水预报、洪水调度工作提供了水、雨倩信息，大大增长了未来几日洪水的预见期。从8月21日至9月28日，共进行了多次洪水预报，有实时预报，也有假拟预报，增长了洪水预见期48h～72h，为上级防汛部门的调度决策提供了科学依据。四场洪水均得到了科学的蓄泄，并为渭河削峰130m3/s，占削峰的40%，极大地缓解了渭河下游的防洪压力；同时水库经过控泄一直在汛限水位以下平稳运行，确保了其自身安全。

5 石头河水库防洪调度系统的社会经济效益

石头河水库洪水调度系统的开发建成,使水库的洪水预报调度水平有了质的飞跃。在历年汛期都发挥了重要作用，为决策者正确决策提供了强有力的支持，创造了明显的社会和经济效益。

5.1 经济效益

石头河水库流域集中在太白县境内，根据太白气象局提供的中、长期天气预报，即10天或30天预报的总降雨量，将这些数据输入洪水调度系统做统一的预报分析，就可决策是否提前泄水发电。比如1981年到2010年20年的泄水总量为63276万m3，平均年泄水量3164万m3，假设这些水不被泄掉，而是全部用于纯发电，估计可发电633万度，折合人民币189.9万元。可见，洪调系统的投入使用每年可为石头河水库最少增资100多万元。

另外，石头河水库设计泄水能力较大，设计标准较高，每年为维修因泄水破坏的水工建筑物费用高达50多万元。安装洪水调度系统后，采用预报小流量预泄的方法，可以使水库泄水建筑物避免因大流量泄水带来的损害，估计每年可避免经济损失50万元。

5.2 社会效益

自石头河水库洪水调度系统投入使用以来，共完成洪水预报百余次，预报合格率达80%，极大地支持了调度决策，为下游抗洪抢险赢得了宝贵时间。就因为积极合理地参与渭河销峰错峰任务，2003年汛期还被三秦都市报美誉为“定洪神闸”。水库不仅极大地缓解了下游河流的泄洪压力，而且保护了下游岐眉两县11个乡镇22万亩耕地、21.9万人的生命财产安全，保证了17.5km铁路、52.5km公路、4座路桥畅通无阻。社会效益十分显著。

6 洪水调度系统的优缺点

6.1 洪调系统的优点

经过对石头河水库洪调系统的应用，水库洪水调度系统的优越性得到了很好的体现：缩短了洪水预见期，系统实时采集水库流域内水雨情信息,使库管单位和上级部门能及时准确地掌握流域内实时汛情；洪水预报快捷灵活，系统的洪水预报交互式界面集实时预报、模拟降雨、预报成果显示与查询、预报成果实时修正于一体,界面简洁、操作简单、查询方便快捷；功能齐全、灵活方便、可扩展，系统不仅具有极强的实用性和良好的通用性，而且易于实现模型和系统的扩充、更改及升级。

6.2 应用中仍存在的问题

石头河洪水调度系统在长达十年的应用中，创造了不少效益，同时也暴露出不少问题：信息采集站点少,控制区域有盲点存在，影响了预报精度，比如2005年9月底就是因为暴雨中心不在遥测站监测范围内，导致预报误差较大；系统的信息发送采用的是自报式单向通信信道，遥测终端机根据正点的时间向中心站发送信息，或根据监测对象的变化随机发送，这种发送方式致使传输频度较高，有可能会由于信号碰撞导致信息丢失而出现断点，这种故障越在暴雨天气越容易出现；系统只建立了简单的模型库,历史数据库不完善、利用率也不高，极大地影响了洪水预报的精度；水库流域上游缺少土壤含水量监测点,在洪水预报中,不能及时准确地得到土壤饱和程度数据,影响洪水预报的准确性。

综上所述，水库洪水调度系统的建设一定要具有前瞻性和全面性，充分考虑雨量遥测站和土壤含水量监测点的部设，以便软件的扩充升级和系统稳定性的维护；并要建立健全的洪水预报模型库和历史水文数据库，以提高预报的精度；还应该建设多种信息传送方式，避免信息的中途丢失，提高洪调系统的工作质量。陕西水利