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水庫泄洪放水影響調(diào)查評價及預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)

發(fā)布時間：2021-08-31 閱讀量：5696

水庫大壩安全

何秉順^1,2 嚴(yán)建華³ 陳曉龍⁴

（1 中國水利水電科學(xué)研究院北京100038 ；2 水利部防洪抗旱減災(zāi)工程技術(shù)研究中心北京 100038； 3 北京國信華源科技有限公司北京 100053；4 北京恒華科技有限公司北京 100011 )

摘要：我國在水庫泄洪（放水）預(yù)警法規(guī)、制度、規(guī)范以及系統(tǒng)建設(shè)方面基本是一片空白，每年因水庫泄洪向下游預(yù)警不及時或沒有預(yù)警而造成的河道內(nèi)外人員財產(chǎn)損失頻頻發(fā)生。本文首先介紹了國內(nèi)、國際水庫泄洪（放水）預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)的情況，針對我國以山區(qū)小型水庫為主、下游基礎(chǔ)地理資料收集困難、水庫多種管理體制并存、部分水庫管理能力薄弱或無人值守等實際，提出了泄洪（放水）影響調(diào)查評價及預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)建議，具體為“飛、測、切、算、展、布、檢、宣”八字方案，此方案具有“技術(shù)成套、低價高效、全面覆蓋、人機(jī)互補(bǔ)、宣預(yù)結(jié)合”的特點，可滿足有人值守或無人值守的水庫泄洪（放水及時向河道內(nèi)及河道外可能受淹區(qū)域及時發(fā)布預(yù)警信息、傳遞信息到戶到人的需求。

關(guān)鍵詞：水庫，泄洪，河道，調(diào)查，評價，預(yù)警，系統(tǒng)

1 前言

水庫安全事關(guān)人民群眾生命財產(chǎn)安全和社會穩(wěn)定，事關(guān)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會發(fā)展?，F(xiàn)階段的水庫大壩安全管理只是針對水庫大壩本身的安全進(jìn)行管理，并未涉及到大壩放水、泄洪時對下游的調(diào)查評估、提前預(yù)警等工作。我國在水庫泄洪（放水）預(yù)警法規(guī)、制度、規(guī)范以及系統(tǒng)建設(shè)方面基本是一片空白，而每年因水庫泄洪向下游預(yù)警不及時或沒有預(yù)警而造成的洪水上岸或河道內(nèi)休閑、游泳人員死傷頻頻發(fā)生。本文分析了我國水庫泄洪（放水）的特點，提出了適合我國實際情況的泄洪（放水）影響調(diào)查評價及預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)“飛、測、切、算、展、布、檢、宣”八字方案，此方案能夠滿足有人值守或無人值守的水庫泄洪（放水）時及時向河道內(nèi)及河道外可能受淹區(qū)域及時發(fā)布預(yù)警信息、傳遞信息到戶到人的需求。

2 國內(nèi)外水庫泄洪（放水）預(yù)警情況

2.1 國內(nèi)

我國在水庫泄洪（放水）預(yù)警法規(guī)、制度、規(guī)范以及系統(tǒng)建設(shè)方面基本是一片空白，《防洪法》、《水庫大壩安全管理條例》等法律法規(guī)，都沒有提到水庫、水電站在非汛期、汛期時放水是否要對下游可能的影響區(qū)域預(yù)警[1]。部分地區(qū)已經(jīng)逐步出臺政策，建立水庫泄洪（放水）上下游聯(lián)動機(jī)制，及時將預(yù)警信號傳遞至下游受影響區(qū)域。如貴州省防汛指揮部印發(fā)了《貴州省大型水庫（水電站）泄洪預(yù)警管理暫行辦法》^[2]，《浙江省防汛抗旱應(yīng)急預(yù)案》[3]提出，當(dāng)水庫大流量泄洪時，水庫工程管理單位應(yīng)向下游發(fā)出預(yù)警，浙江省已有部分水庫正著手編制水庫泄洪上下游聯(lián)動應(yīng)急響應(yīng)預(yù)案。

臺灣地區(qū)共有39座水庫，每座水庫都配備了相應(yīng)的預(yù)警廣播系統(tǒng)，泄洪預(yù)警可通過防汛指揮平臺發(fā)布，水庫放水影響區(qū)域精確到鄉(xiāng)。臺灣新北市翡翠水庫無線電泄洪泄洪廣播系統(tǒng)沿翡翠水庫流域布設(shè)20多公里，共有3個主站，28個報警站^[4]。

2.2 國際

2.2.1 美國

幾乎美國所有的州都已立法，要求水庫泄洪時對下游進(jìn)行預(yù)警。美國墾務(wù)局下屬的戴維斯水壩和帕克水壩，其發(fā)布的計劃表包括未來三天的放水計劃，放水時間精確到每小時，放水量精確到立方尺/每秒。即使泄洪不按計劃進(jìn)行，還有泄洪預(yù)警系統(tǒng)來疏散危險區(qū)域人群，美國田納西流域管理局旗下31個水電站在其危險部位都安裝有泄洪預(yù)警系統(tǒng)全部設(shè)有警示牌，預(yù)警系統(tǒng)包括：警報器、頻閃燈、警示牌、以及帶有頻閃燈與警示牌的電子泄洪屏^[1]。

2.2.2 澳大利亞

澳大利亞部分水庫借助于早已普及的現(xiàn)代通信技術(shù)，向受影響公眾推送水庫放水信息，方式有電話、短信、電子郵件，可以隨時增刪。當(dāng)?shù)鼐用窕蛴慰椭恍柙谄涔倬W(wǎng)上注冊賬號，選擇全部或者特定幾座水庫，就可以收到閘門大壩每小時放水量以及停止放水的時間等信息，或者是無閘門水庫每小時溢出流量的提醒消息。當(dāng)下游水位太高可能出現(xiàn)危險時，這項服務(wù)會特別提醒注意安全。注冊用戶還可以更改提醒發(fā)送的頻率，例如只在放水量發(fā)生重大變化時進(jìn)行提醒[1]。

2.2.3 日本

日本高度重視水庫泄洪（放水）預(yù)警，國土交通省出臺了《水庫放水預(yù)警指南》^[5]，作為強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)，已經(jīng)實現(xiàn)了所有的水庫都開展泄洪影響調(diào)查評價并安裝以預(yù)警廣播為主的預(yù)警系統(tǒng)，并按照計劃進(jìn)行檢測。

3 水庫泄洪（放水）影響調(diào)查評價與預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)方案

3.1 水庫泄洪（放水）基本情況

根據(jù)第一次水利普查以及實地調(diào)查成果，我國水庫泄洪（放水）基本情況如下：

（1）大中小型水庫（水電站）共存，以小型水庫（水電站）為主，多種管理體制并存。根據(jù)第一次水利普查的成果，據(jù)第一次全國水利普查，全國共有小2型以上水庫98002座，其中大1型水庫127座，大2型水庫629座，中型水庫3938座，小1型水庫17949座，小2型水庫75359座，為世界之最。小型水庫（水電站）占絕大多數(shù)。

（2）各水庫管理單位包括省級水利部門、地市水利部門、縣級水利部門、中央企業(yè)、地方民營企業(yè)等，多種類型的管理機(jī)構(gòu)并存。

（3）水庫有計劃和隨機(jī)性放水共存、有閘門和無閘門水庫并存。水庫（水電站）放水主要有以下三種情況，一是水庫調(diào)節(jié)性放水，二是水庫發(fā)電，根據(jù)用電量的情況調(diào)整放水流量，三是緊急情況下泄洪。對于第一種情況，多有計劃性，第二和第三種情況則相對隨機(jī)。此外，相當(dāng)一部分水庫沒有閘門，采用自由溢流的方式泄洪。

（4）水庫下游下游河道地理測繪資料收集困難。為了確定不同下泄流量而對應(yīng)的淹沒范圍，首先要收集水庫下游河道地理測繪資料，而水庫在設(shè)計階段一般僅留存壩址上游有關(guān)測繪資料，再加上水庫管理機(jī)構(gòu)復(fù)雜，給資料收集工作帶來很大困難。

（5）部分水庫管理能力薄弱。一些水庫在責(zé)任制落實、汛前準(zhǔn)備、等方面還存在一些突出問題，甚至于出現(xiàn)無人值守、脫崗脫位的現(xiàn)象。

3.2 方案目標(biāo)

全面查清水庫泄洪（放水）影響范圍，建立水庫泄流量與下游河段水位、淹沒范圍的對應(yīng)關(guān)系。確定水庫泄洪（放水）預(yù)警指標(biāo)和預(yù)警范圍，建設(shè)覆蓋河道親水空間及沿河村落的預(yù)警系統(tǒng)，最大限度減少因水庫泄洪（放水）而帶來的人員和財產(chǎn)損失。

3.3 調(diào)查評價與預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)

3.3.1 工作流程

根據(jù)我國以山區(qū)小型水庫為主、下游基礎(chǔ)地理資料收集困難、水庫多種管理體制并存、部分水庫管理能力薄弱或無人值守等實際情況，提出了水庫泄洪（放水）影響調(diào)查評價與預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)的工作流程，具體為 “測、算、展、布、檢、建、驗、宣”八字：

（1）測。采用無人機(jī)攜帶CCD照相機(jī)、激光雷達(dá)沿水庫下游河道進(jìn)行飛行，采用激光雷達(dá)測量河道地形及沿河村落宅基地高程。對激光點云進(jìn)行處理，按照100米的間距剖切河道橫斷面，識別沿河村落宅基地高程。

（2）算。采用水力學(xué)方法進(jìn)行輸入泄洪量的河道水面線、洪水演進(jìn)時間等要素計算。

（3）展。生成正射影像和三維模型數(shù)據(jù)，逼真展現(xiàn)水庫下游河道形態(tài)與沿河村落分布情況。

（4）布。以影像圖和三維模型數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，結(jié)合實際預(yù)警對象數(shù)量配置以預(yù)警廣播、頻閃燈、顯示屏為主的預(yù)警設(shè)備，形成預(yù)警范圍及預(yù)警設(shè)備分布圖。

（5）檢。根據(jù)預(yù)警范圍及預(yù)警設(shè)備分布圖開展音達(dá)試驗，檢驗預(yù)警音頻覆蓋度，以確保水庫最大泄量對應(yīng)的淹沒區(qū)都可聽到預(yù)警音頻信號。根據(jù)檢測結(jié)果修正預(yù)警設(shè)備布設(shè)站址。

（6）建。根據(jù)修正后的預(yù)警范圍及預(yù)警設(shè)備分布圖進(jìn)行預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)。

（7）驗。根據(jù)調(diào)查評價確定的預(yù)警指標(biāo)對預(yù)警系統(tǒng)進(jìn)行放水預(yù)警驗證。

（8）宣。結(jié)合預(yù)警設(shè)備安裝布設(shè)，同步配備水庫泄洪（放水）宣傳欄，告知涉水群眾防范常識。圖1為根據(jù)日本四國地區(qū)整備局水庫放水宣教材料樣式制作的警示牌示例[5]。

圖1 水庫泄洪（放水）警示牌示例

3.3.2 預(yù)警指標(biāo)

水庫泄洪（放水）致災(zāi)主要分為常規(guī)放水和緊急泄洪兩種情形。結(jié)合現(xiàn)有防汛預(yù)警指標(biāo)及水庫放水（泄洪）特點制定Level-1、Level0、Level1、Level2四級預(yù)警指標(biāo)。

（1）Level-1 提前預(yù)警信號

預(yù)警范圍：河道范圍內(nèi)水位陡漲部位。

信號說明：水庫放水前1-2個小時，提示河道及下游可能影響的區(qū)域即將放水。

適用條件：此級別僅適合于有人值守、具有人工發(fā)布預(yù)警條件的水庫。

（2）Level0常規(guī)放水預(yù)警信號

預(yù)警范圍：河道范圍內(nèi)水位陡漲部位。

信號說明：水庫開始放水或水流量突然增大時需要對河道內(nèi)進(jìn)行游泳、釣魚、運動以及要進(jìn)入河流內(nèi)的人群發(fā)出安全提示警告。

注意事項：由于Level0信號發(fā)布的頻率較高，應(yīng)采用功率適中、不擾民的預(yù)警方式告警。Level0預(yù)警設(shè)備一般布設(shè)在沿河兩岸親水空間等地點，目的是提醒河道中和沿岸人群遠(yuǎn)離河道。

（3）Level1準(zhǔn)備轉(zhuǎn)移預(yù)警信號

預(yù)警范圍：對應(yīng)的預(yù)警范圍為沿河村落。

信號說明：水庫泄洪量較大，即將達(dá)到下游成災(zāi)水位。一般是指洪水到達(dá)致災(zāi)水位前30分鐘的水位線，因資料不足或其它原因無法精準(zhǔn)預(yù)判時間的情況下，可將致災(zāi)水位線以下1m作為準(zhǔn)備轉(zhuǎn)移水位線。結(jié)合調(diào)查評價成果綜合運用洪峰演進(jìn)理論、一維水動力學(xué)逆推下游準(zhǔn)備轉(zhuǎn)移水位所對應(yīng)的上游采集站點水位。發(fā)布Level1預(yù)警表示險情可能發(fā)生，應(yīng)提醒危險區(qū)人員做好轉(zhuǎn)移準(zhǔn)備。

注意事項：應(yīng)采用大功率預(yù)警廣播發(fā)布準(zhǔn)備轉(zhuǎn)移通知，確保最大泄量對應(yīng)的淹沒區(qū)都可聽到預(yù)警音頻信號。

（4）Level2立即轉(zhuǎn)移預(yù)警信號

預(yù)警范圍：沿河村落。

信號說明：一般以下游村落河堤高度或村落地勢最低的住宅地腳線所對應(yīng)的水位（成災(zāi)水位）作為預(yù)警指標(biāo)基準(zhǔn)。結(jié)合調(diào)查評價成果綜合運用洪峰演進(jìn)理論、一維水動力學(xué)逆推下游成災(zāi)水位所對應(yīng)的上游采集站點水位。發(fā)布Level2預(yù)警表示情況緊急，需要立即轉(zhuǎn)移。

注意事項：應(yīng)采用大功率預(yù)警廣播發(fā)布緊急轉(zhuǎn)移通知，確保最大泄量對應(yīng)的淹沒區(qū)都可聽到預(yù)警音頻信號。

3.3.3 預(yù)警區(qū)間

僅對水庫放水（泄洪）對下游河道水位升高占主導(dǎo)因素的河段進(jìn)行預(yù)警。

預(yù)警區(qū)間起點：水庫溢洪道出口下游河段

預(yù)警區(qū)間終點：以不受泄洪影響或者影響很小的區(qū)域為終點。一般具備以下特征：（1）主干河流或支干河流的匯流點或分流點；（2）下游水庫尾水區(qū)；（3）河流橫截面突然變寬的地點。

3.3.4 預(yù)警設(shè)備

水庫預(yù)警系統(tǒng)主要由水位監(jiān)測站、預(yù)警主控機(jī)、電子警示牌、預(yù)警廣播、移動預(yù)警車等部分組成。

（1）水位監(jiān)測站

在溢洪道出口附近安裝水位監(jiān)測站實時監(jiān)測水位變化，水位監(jiān)測設(shè)備采用電子水尺傳感器采集水位。電子水尺具有實時采集水位數(shù)據(jù)功能的高精度設(shè)備，其單支量程為1m，需要高量程時一般選擇多支級聯(lián)來擴(kuò)展量程。

（2）預(yù)警主控機(jī)

對于有人值守的水庫應(yīng)安裝預(yù)警主控機(jī)，水庫管理員根據(jù)水庫放水計劃對下游發(fā)布預(yù)警。水庫管理員可根據(jù)放水計劃規(guī)定的流量提前1-2小時發(fā)布對應(yīng)的預(yù)警級別。

（3）電子警示牌

電子警示牌是針對Level0預(yù)警點安裝的中等功率預(yù)警設(shè)備。主要以文字顯示、警燈閃爍、小功率預(yù)警音廣播的方式向在河道中和沿河游玩、洗衣、宿營的人員發(fā)出警示。電子警示牌平時處于低功耗值守狀態(tài)，接到Level0報警后開啟文字、閃光、警笛多種方式報警。

（4）預(yù)警廣播

預(yù)警廣播用于下游沿河居民區(qū)，大功率輸出。當(dāng)上游水庫泄洪，水庫管理人員可通過預(yù)警主控機(jī)遠(yuǎn)程通知當(dāng)?shù)鼐用褡⒁獍踩?。預(yù)警廣播布設(shè)應(yīng)進(jìn)行音達(dá)實驗保證預(yù)警廣播覆蓋范圍?？蓪ξｋU區(qū)現(xiàn)有預(yù)警廣播進(jìn)行升級改造接入水庫預(yù)警系統(tǒng)以節(jié)省建設(shè)經(jīng)費。

（5）移動預(yù)警廣播車

應(yīng)急預(yù)警設(shè)備主要用于極端情況下的應(yīng)急預(yù)警發(fā)布，具有大功率輸出、大范圍覆蓋、多信號源輸入、機(jī)動靈活的特點。

圖5.1 水庫泄洪（放水）預(yù)警系統(tǒng)拓?fù)鋱D

4 方案特點

本文所提出的技術(shù)方案具有“技術(shù)成套、低價高效、全面覆蓋、人機(jī)互補(bǔ)、宣預(yù)結(jié)合”的特點，可滿足水庫泄洪（放水）時向河道內(nèi)及河道外可能受淹區(qū)域及時發(fā)布預(yù)警信息、傳遞信息到戶到人的需求。

（1）技術(shù)成套：方案涵蓋了從水庫下游河道基礎(chǔ)地理信息獲取到預(yù)警設(shè)備布設(shè)及檢測的全過程，通過無人機(jī)航測及水力學(xué)計算，為預(yù)警設(shè)施設(shè)備布設(shè)提供預(yù)警指標(biāo)、預(yù)警響應(yīng)時間、最大預(yù)警范圍等關(guān)鍵參數(shù)，解決了大量中小水庫下游河道基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)和水文資料欠缺的問題，該成套技術(shù)可快速復(fù)制推廣。

（2）低價高效：相比傳統(tǒng)測量方式，采用無人機(jī)及機(jī)載雷達(dá)測量河道，效率提高40%以上，成本降低20%以上。

（3）全面覆蓋。首先針對河道范圍內(nèi)，對水庫放水時警告河道內(nèi)釣魚、游泳等人員離開；其次是沿河村落，開展音達(dá)試驗，檢驗預(yù)警音頻覆蓋度，以確保水庫最大泄量對應(yīng)的淹沒區(qū)都可聽到預(yù)警音頻信號。

（4）人機(jī)互補(bǔ)。針對部分水庫有人值守、部分水庫無人值守的實際情況，開發(fā)了技防和人防互補(bǔ)的預(yù)警系統(tǒng)。為有人值守的水庫配備人工預(yù)警發(fā)送設(shè)備，可在實際放水前1小時或2小時一鍵發(fā)射預(yù)警信息（人防）；同時還配備以水位、流量自動監(jiān)測和預(yù)警發(fā)布系統(tǒng)（技防），無人值守的水庫根據(jù)實時泄流量自動對下游發(fā)布預(yù)警信息，人防和技防互補(bǔ)、互備。

（4）宣預(yù)結(jié)合。既注重預(yù)警設(shè)施設(shè)備建設(shè)，也同步開展宣傳欄、警示牌等安裝布設(shè)，向下游群眾告知水庫泄洪預(yù)警信號所代表的意義，提示群眾泄洪時遠(yuǎn)離河道。

5 參考文獻(xiàn)

[1]http://news.163.com/special/reviews/dam0123.html

[2]貴州省水利廳.貴州省大型水庫（水電站）泄洪預(yù)警管理暫行辦法[C].2015

[3]浙江省防汛抗旱指揮部辦公室.浙江省防汛抗旱應(yīng)急預(yù)案[C].2015

[4]www.feitsui.gov.taipei/

[5]日本國土交通省.水庫放水預(yù)警指南[C].2009

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