非洲热带草原气候区水情监测预警系统的研究

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   摘要:水情预警系统是根据水文预报基本原理,采取现代化的通讯手段,完成水情监测的信息化、模型化、网络化,保障雨量信息能够及时传递至监控中心,并通过计算机处理,将雨量信息导入模型,从而得到雨量的实时信息,并制成图标,反馈给决策者,供其作出决策。本文主要以非洲热带草原气候区为例,对该区域的水情监测预警系统进行研究,以期给其他国家和地区提供相应的借鉴意义。
   关键词:非洲热带草原气候区;水情监测预警系统;研究要点
  
   一、前言
   在满足工程项目的防洪度汛要求之后,因为考虑到当前全球范围水电站存在的配套设置不完善、基础服务相对落后以及相关资料缺失等情况,所以为了更好的保证项目汛期施工的安全性,必须建立符合实际的水情监测预警系统,这是非常关键的,也值得大力推广。
   二、工程概况
   朱利叶斯-尼雷尔水电站位于坦桑尼亚联合共和国东南部Rufiji河上,鲁菲吉河是坦桑尼亚的最大河流,总流域面积177000 km2,西起姆贝亚、东至印度洋,河道长达700km。电站工程区位于Rufiji河下游的Stiegler峡谷河段,距坦桑尼亚旧首都达累斯萨拉姆交通公路里程约350km。本工程枢纽是由碾压混凝土重力坝(主坝)、坝身泄水建筑物、右岸4座副坝(含垭口辅助溢洪道)、右岸引水系统及地面厂房等几个方面组合而成的。地面式厂房长度280m,宽32m,高60m,且工厂厂房内部安装了9台立轴混流式水轮机组,单机容量235MW,电站总装机容量为2115MW。厂房基础高程44.0m,机组安装高程61.0m,尾水平台高程81.0m。工程区域属热带草原气候,6~10月份为干季,11~5月为雨季,年平均降雨量为1002mm,年平均蒸发量为2000mm;气侯特征是每年4 月至9月气温相对较低,10月~3月气温相对较高,年平均最高气温33℃,年平均最低气温19℃,由于工期紧张,本水电站浇筑方量也较大,从历史来看,本电站浇筑强度位于所有已建在建项目中世界前10位。
   三、非洲热带草原气候区水情监测预警系统
   本项目拟建立的水情监测预警系统就是以新安江模型为理论基础建立的。通过雨量站收集雨量信息,根据多次降雨推求出产流公式中的常数,得到汇水流量,另外根据流量站,测流出河道断面结构、流速、流量等信息,在得到上述全部信息后,在中心站进行汇总,将需要的所有参数代入模型公式,从而得到洪水过程线,预测洪水将要抵达的时间。完成一次水情监测预警,这个过程是连续不间断的,因此我们得到的水情信息也是不间断的。
   关于新安江模型,其是一种分布式模型,可以用于湿润地区与半湿润地区的湿润季节,这种模型是按照三层蒸散发对流域蒸散发进行计算,并且严格按照蓄满产流概念对降雨过程中产生的总径流量进行计算,通过流域蓄水曲线对下垫面不均匀对产流面积变化的影响进行充分考虑。同时在划分径流成分时按照“山坡水文学”产流理论对有限容积和测孔、底孔的自由水蓄水库把总径流划分成饱和地面径流、壤中水径流和地下水径流。同时计算汇流的过程中,单位面积内的地面径流通常情况下会采用单位线法,土壤中水径流和地下水径流的汇流采用线性水库法,通常情况下河网汇流会采用分段连续演算的Muskingum法或者滞时演算法。
   四、建立水文站的必要性和好处
   1、建立水文站的必要性
   我国水电站工程多建立在第三世界国家,基础建设一般有所欠缺,经济建设常常比较落后,导致在大坝库区汇水流域,很少有非常详实的水文资料。另外由于本项目地处国家动物保护区,野生动物多,攻击性强,也导致水文站点、雨量站点稀少,同时当地技术服务工作意识不强,降水预报不够准确。因此在本项目建立水文预警系统能有利于获取第一手实际的降雨水文并进行洪水预警,也能方便收集和保存水文气象资料,指导水电站建成后的多年降水调节。
   2、建立水文站以后的好处:
   (1)信息能通过手机软件直达每个员工手中,及时降雨,瞬间了解水情,同时根据防洪预警方案作出反应。本项目网络條件相对较好,在大多数地区可以接收到比较良好的信号,定制手机APP来接收中心站处理后的水文信息,根据权限来制定不同人的手机APP权限,高权限人员可以获取全部水文信息,低权限人员获得洪水预报,既避免不必要的信息对施工人员的干扰,也可以在洪水来临的关键时期,避免因为信息传递不及时而导致宝贵的撤退时间被耽误。 为防止雨量站等遥测站点出现故障、或雨季时候人工巡查双保险,各遥测站点还配备了超短波通讯,这种超短波通讯可以保证即便在电话、网络通讯断路的情况下,遥测站点也能及时将雨情信息传递到项目指挥与施工人员耳中。
   (2)避免对雨情水情主观臆测,科学处理洪水,避免无意义调度,洪水时也能及时作出反应,避免较大的人员财产损失。在雨季施工时,有两个洪水预警的困难,一个是本区域雨量较大,但是洪水较为平缓,为了确保安全,项目会指挥现场人员撤退、设备撤离或封存,结果预料中的威胁安全的洪水没有到达,又需要组织人员设备进场,从而导致无用调度,影响了施工组织生产;另一个是本区域雨量不大,但是上游或支流的雨量很大,在毫无征兆的情况下,水位迅速上涨,人员设备紧急撤离,但是这种撤离要么不及时导致人员伤亡、设备损失,正在浇筑的仓号停仓,要么撤离不充分,导致不必要的经济损失。通过水情预警系统的建立,在推求出合理的洪水过程线以后,根据来水情况,制定河道水位对应的应急响应办法,低水位时保持静默,水位上涨时,保持警戒继续施工,水位达到预警水位,人员设备随时准备撤离,在这个机制的指导下,有效的避免无用调度与洪水突然上涨造成损失。
   (3)为以后相关项目洪水预警作出示范和指导。在完成本项目的水文预警系统的建设后,通过几年的运行运转,如果能够满足施工期的洪水预警的需要,避免了经济损失,通过后期的核算,有明显的经济效益,那么这套系统就有推广的价值,相关人员也可以做为技术指导,为本公司其他项目挽回潜在的损失、    五、非洲热带草原气候区水情监测预警系统研究开发方法及技术路线
   1、研究开发方法
   水文监测预警系统汇水部分采用新安江模型建模,通过水量站采集降雨量信息,水文站采集河道水文流量关系曲线,在具体的计算过程中,需要基于流域雨量网站的分布,采用泰森多边形法把全流域分成为很多块单位子流域,对每一个单元子流域产汇流进行计算,得出单元子流域的出口流量过程,再对出口以下的河道洪水进行验算,验算出流域出口流量过程。同时应该将每个单位子流域出口流量叠加起来,这就形成了流域出口总出流过程,分散性要综合考虑影响产流因素在流域上分布均匀度不够的情况,比如降雨量、下垫面等分布均匀度不够,从而一定程度避免其对预报结果造成的影响。
   新安江模型的产流计算公式为:
   式中:WM表示包气带张力水容量,B表示张力水容量曲线的方次,IM表示不透水面积的比值,R表示产流量,MM表示流域最大点蓄水容量,P表示降雨量;E表示蒸发量;K表示蒸散发折减系数;W表示流域蓄水容量。
   河网洪水预报采取马斯金根法用线性的槽蓄方程与水量平衡方程联解,得出流域的有限差公式,以对河道供水进行验算(见河道洪水演算法)),因此这种方法引起了高度重视。线形马斯京根槽蓄方程就是假设河段蓄量S与示储流量Q'成线形关系,以此简化验算,即:S=KQ'。
   在公式中K表示蓄量参数,因为河段蓄量可以分成为柱蓄和楔蓄两个组成部分,所以Q'是入流I和出流O的函数,即Q'=〔XI+(1-X)O〕,
   在这一公式中用X来表示入流和出流对槽蓄影响的相对比重,用K和X来基于所研究的河道特性和洪水特性进行决定,并且将其假定为常数。
   将马斯京根槽蓄方程与水量平衡方程联解,得马斯京根演算公式:
   O2=C0I2+C1I1+C2O1
   在这一公式中用I、O表示河段入流,用脚码1、2对时段除和末时刻进行表示,用C0、C1、C2表示斯京根法参数K和X的参数,他们之和为1。
   2、技术路线
   (1)流域汇水面积研究、水文资料收集。根据前期水文勘测资料,进一步整理相关的信息,划分流域、分水岭、汇水面积的基础信息。初步确需要布置站点的类型与数量,并根据想要實现的预警时间初步确定各站点的布置位置。
   (2)现场踏勘雨量站布置,水文站定点,中心站网络组装。根据初步确定的站点位置,组织专业人员与施工人员前往各位置处踏勘,在兼顾完成水量站技术指标与尽量满足和方便的施工的前提下,确定各站点的最终位置,建设各站点,使其满足水情监测预警系统的需要。在各个站点建设完毕后,组装并入系统中,使得整个系统得以正常运转运行。
   (3)采集雨量信息。系统成功建立后,遥测雨量站的信息记录随即开始,此时在整个汇流面积中的降雨情况已经能够实时的传输到中心站,并开始记录,作为资料的一部分储存并开始推求汇流关系。本项目工期异常紧张,围堰的防洪标准只有5年一遇,因此,实时监测水情是满足项目施工期安全的实际需要的必要条件。根据新安江模型,想要推求洪水过程线,必须要获得降雨量,河道水位,过水断面的断面流量情况。分别对应雨量站,雷达水位计,以及ADCP走航式测流仪,然后信息汇总在中心站,通过信息处理后得出相关信息。
   (4)根据日常雨量信息对未来短时间,中长时间雨量进行预判。在雨量站收集到几次雨量信息和ADCP完成相应的测流之后,就可以根据新安江模型中的公式,推求出经验公式中雨量汇流系数。得到汇流系数,并得到雨量信息校核无误。我们就可以利用雨量信息来推求即将到来的洪水过程线,一般而言,从降雨到洪水,有几个小时到几天的过程,建立了相应的关系后,可以将洪水预警提前,如洪水流量过大,撤退的工作就会进行的更加从容,安全撤离人员和设备,挽回更多的损失。
   (5)ADCP测船建立水位流量关系曲线。在水文站建立后,缆道架设在合适的河道两岸,通过将ADCP在河道上来回移动,可以得到对应位置的河床断面情形,ADCP同时也会记录河道的水流流速情况,通过在不同水位条件下多次记录断面和流速情况,就可以建立由低水位向高水位变化的水位流量关系曲线。
   (6)设定参数,调试系统。根据项目围堰高程和防洪度汛标准,制定分级响应的水位高程线,并录入到中心站点中。几次小降雨后,整个汇水流域的雨量汇流关系曲线得以建立,河网的汇流关系曲线,洪峰到来时间与河道流速的关系也得到完善,整个水文监测预警系统便得以正式运行。
   (7)开始播报,实时监控。在系统正式运行后,开始通过定制的手机APP开始进行发报。
   六、水情监测预警系统应用中需要注意的要点
   1、数据传输与管理
   在对水情进行监测当中,监测站均是采用离散分布模式,但是由于数据都是集中管理,所以为了确保数据传输的有效性,不会选取不相同站点中的架线来传输,而是选取远程无线控制模式,在发生紧急或危机情况之下会由人工方式来采集数据,其中无线通信包括超短波传输、卫星传输以及移动数据网络等,移动数据传输得到了非常广泛的应用。现阶段,移动网络已覆盖了大部分地域,数据信息得以高速传输既可以保证传输的稳定性,还能减少运行成本投入,所以在水情检测预警系统中,大多数都是采用移动数据网络,采用这种无线通信来采集数据,可以高效、精准以及实时监测水文情况和降雨量,把所有数据都传输到信息控制中心,并且建立相应的数据库,开发建设相应的信息化软件,以此对数据进行统一管理、访问以及共享。
   3、预警
   在进行水情监测当中预警系统是重点,预警系统在应用中需要注意两个方面的内容,一是低于正常数值,该项类型的信息虽然不会引起工程灾害,但是也一定程度影响经济效益,主要是通过邮件方式发送出。二是超过安全警戒值,该类现象不仅极易引起安全事故,还会危害人们的人身安全,是通过短信发出的。如果监测数据与历史资料差异较小,系统就会把信息直接发送给管理人员,且自动化的预警;如果检测数据与历史资料的差异比较大,比如对水库进行监测过程中,会自动化的控制闸门的启动和关闭,与此同时可以向管理人员发送警报,通过高音喇叭停通知四周人民群众,人民群众在接受到通知之后就可以及时撤离。
   七、结束语
   综上所述,水情监测预警系统建设之后,通过几年的运行运转,如果能够满足施工期的洪水预警的需要,就可以避免了经济损失,提高经济效益。因此相关人员可以将水情监测预警系统作为技术指导,以此确保工作的有序进行。
   参考文献:
   [1]张云鹏.水情测报系统在水库防汛中的运用分析[J].科技创新与应用,2017(28):149-150.
   [2]刘予伟,刘东润,陈献耘.大数据在水资源管理中的应用展望[J].水资源研究,2015,04(5):470-476.
   [3]李文俊,赵文焕,杨鹏,等.长江流域控制性水利工程综合调度系统研究[J].中国防汛抗旱,2018,28(6):25-28.
   (作者单位:中国水利水电第十一工程局有限公司)
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