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非洲热带草原气候区水情监测预警系统的研究

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严克凡陈丽骆成生

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177000km2，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