曲靖市花山水庫洪水預報調度管理系統簡介

李鳳瓊

(曲靖灌區管理局,云南曲靖 655000)

曲靖市花山水庫洪水預報調度管理系統簡介

李鳳瓊

(曲靖灌區管理局,云南曲靖 655000)

介紹了曲靖市花山水庫洪水預報調度管理系統的主要功能、系統的關鍵技術,并小結了其實際運行實踐。

洪水預報調度系統;簡介;花山水庫

1 花山水庫概況

花山水庫位于云南省曲靖市花山鎮花山河上游,于 1958年底建成并投入運行,徑流面積225km2,大壩為粘土心墻土壩,壩高 33.5m,總庫容 8233萬m3,灌溉農田 0.33萬 hm2,提供部分工業用水和城市防洪任務。花山水庫洪水預報調度管理系統是國家防汛指揮系統試點項目之一,包括水情自動測報系統、洪水預報調度系統等。水情自動測報系統由水庫管理處與北京燕禹新技術開發部聯合研制,洪水預報調度系統由水庫管理處與河海大學聯合研制。該系統于 2000年 7月投入運行。

2 系統的主要功能

2.1 水情自動測報子系統

水情自動測報系統,主要包括各測站水雨情的實時采集、傳輸及水情資料的處理和整編。花山水庫徑流區及管理處周圍共設有 1個中繼站、4個水情遙測站、市防辦中心站及水庫分中心站。其中,水庫徑流區內設有 3個單雨量站、1個水位雨量站。站點布置基本覆蓋花山水庫徑流區,所采集的水雨情信息能基本滿足花山水庫洪水預報的要求。各站觀測到的水雨情信息,通過中繼站以超短波方式傳輸到市防辦中心站及花山水庫分中心站。各站每有 1mm的降雨、1cm的水位變化,即自動上傳。中心站及分中心站計算機系統將接收到的水雨情數據通過分類處理存入數據庫,供洪水預報調度系統使用。水情自動測報系統軟件將接收到的水位、雨量數據進行處理,自動生成各個站的多種報表、報圖,供查詢、統計、上報使用。該軟件還有一個很重要的功能,即動態檢測,可直接監測所有測站點的實時降雨量、水位,掌握測報區域的實時水雨情。降雨若超過警戒值,能自動報警,無人值守時,動態檢測的另一個重要作用是為定時洪水預報提供實時的水雨情數據,為提高定時洪水預報精度創造條件。

2.2 洪水預報子系統

2.2.1 定時洪水預報

定時洪水預報是根據自動測報系統采集并存入數據庫的實時雨量、水位和人工置入的蒸發量及出庫流量,每過一個時段間隔 (可人工設置,一般為 1h),自動預報未來時間 (一般設為 24h)的入庫洪峰、峰現時間、洪水總量等。預報結果會自動存庫并可查詢。定時洪水預報具有加密預報、延時設置、自動越限報警等功能。在大雨、暴雨期間,可使用加密預報,將預報間隔縮短,以隨時掌握入庫洪峰、洪量情況。為保證自動預報采用的水位、雨量等數據是實時的,可采用延時設置。例如,將整點預報延長 10min,以減少預報誤差。對一些重要參數,若超過設置的警戒值,可自動報警。定時洪水預報只是根據當前的降雨情況預報未來的入流過程,不考慮未來降雨的改變情況。因此,與當前的時間相距越遠,則預報精度越差。

2.2.2 人工干預洪水預報

人工干預洪水預報,是據遙測的當前降雨和估計的未來降雨量,預報入庫洪水,可估計多種未來降雨情況,得到未來的多種入庫洪水過程,為科學的洪水調度提供更豐富的未來可能洪水信息。輸入的未來降雨量,為面平均降雨量,各站均相同。

2.2.3 模型中間變量初值修正

模型中間變量是隨時間變化的遞推計算變量,如土壤含水量、徑流深等。在系統軟件正常運行中,軟件會自動遞推估計,但如果遙測系統出故障,軟件就無法估計出中間變量初值。此時,就需對中間變量進行修復,分為軟件自動修復和人工修復,而使用有資料的自動修復效果較好。

2.2.4 模型參數修正

雖然不少小學都開始推崇信息化教學，但是很多教師還是沿襲了傳統的課堂教學模式，盡管也運用了信息化手段，但運用缺乏合理性和科學性，不僅手段單一，而且缺少與學生的互動，造成學生沒有參與感，信息化教學的優勢也無法發揮。除此之外，還有部分教師在教學過程中盲目運用信息化手段，只是以學生興趣為目的來使用多媒體教學，并沒有深入探討教材內容，只是信息化了，卻沒有與教材緊密結合，也就失去了信息化教學的意義。

模型參數是指蒸發折算系數、坡面匯流系數等。系統軟件在長期運行中,隨著水文資料的累計,可以自動或人工修正模型參數,以能更適應本流域水文規律,提高預報精度。

2.2.5 歷史洪水模擬

歷史洪水模擬,就是找出與當前洪水特征相似的歷史上某一場洪水,對該場洪水進行模擬計算,并與實測過程相比較。通過比較可看出當前模型模擬洪水的效果,從而判斷并掌握當前模型預報未來將發生洪水的精度和效果。歷史洪水模擬的另一個作用是模型參數的人機對話率定,即通過模型變量率定,使模型計算結果與實測過程比較吻合,減少預報誤差,這時就率定了新的模型參數,用新的模型參數對相似洪水或全部洪水進行計算,反復修改,即可率定出新的、較適宜的模型參數。

2.2.6 實時洪水模擬

實時洪水模擬,是對已經發生部分的洪水過程進行模擬,并預測未來將發生的洪水過程。他是把人工干預預報、當前洪水模擬、歷史洪水模擬、相似洪水選擇、雨量修正、模擬結果實時修正等功能結合起來的一個綜合性功能。它具有以下特點:可以修改、定正遙測有誤的降雨量;輸入的未來降雨量可以具體到某一個站而不是面平均雨量。已有一個實際洪水過程,可使用 “實時修正”功能據實際的過程進行修正再預報,精度會有所提高。

2.3 洪水調度子系統

2.3.1 方案生成

根據洪水預報結果,針對不同季節、不同階段的洪水,從系統提供的六種調度模式中,輸入、調整控制條件,得到不同的調度方案,為調度決策提供依據。六種調度模式是水位生成、出庫生成、補償生成、指令生成、預報預泄、規則調度模式。

2.3.2 方案分析

方案分析具有比較重要的作用,可為選定的關注方案作進一步的靈敏度分析,能快速、直觀地看到改變某些條件后相應得到的調度結果,快速地對多種情況進行分析、比較,為決策者選定方案增加信心。使用“方案分析”功能:在選定調度方案的調洪演示結果圖表中直觀地改變某些條件,得到新的調度方案。

2.3.3 防洪形式分析

防洪形勢是防洪決策的重要依據,它主要包括當時的工程情況和水雨情。其中,水雨情的進程與變化的趨勢,對調度決策的進行有較大影響。

2.4 數據庫管理子系統

數據庫管理子系統具有數據管理、信息查詢、報表管理等功能。數據管理包括各測站水雨情數據整編、維護和管理,出庫流量、蒸發量的錄入,入庫流量的計算,站碼、洪號、圖庫管理等;信息查詢可進行多條件、多目標查詢,能查詢水雨情、預報結果、調度實施等;報表管理中軟件自動生成多種報表和圖形,供隨時查詢或打印上報。

3 系統的關鍵技術

3.1 數據庫站碼管理技術

目前,全國還沒有統一的測站編碼方案,這給網絡數據庫的管理造成很大麻煩,限制了數據信息的共享,是目前網絡數據庫管理中的一大難點。該項目研究,提出了一套站碼轉換技術,把測站按內碼、外碼兩套編碼,通過站碼轉換管理技術,建立內、外碼關系。這樣,外碼可以按需要改變,內碼始終不變,數據庫管理不受外碼的改變而影響,有效地解決了數據庫編碼的難點。3.2 實時洪水預報綜合修正技術

洪水預報受實際流域影響大,再加上實時系統眾多誤差信息的影響,難以獲得很高精度的預報結果。特別是水庫徑流區屬山區性小流域,預報結果誤差很大,需要實時修正。但目前使用的以誤差系列為依據的修正方法,對洪水由于誤差的前后相關性小難以發揮效果,特別是在洪峰附近還會越修越差。該項目研究,提出一種以實時輸入信息和歷史信息為依據的聯想記憶—綜合模式,使用后有較好的效果。

3.3 多階段多目標洪水調度方案優選技術

水庫防洪調度,一般有三個目標:在調節一次洪水過程中,最高水位越低越好,即占用的攔洪庫容越小越好,該目標考慮的是水庫本身的防洪安全;水庫調洪末水位越接近于理想水位越好,即調洪末庫容越接近于理想庫容越好,該目標考慮兩次洪水的銜接和兼顧興利蓄水;在調節一次洪水過程中,水庫最大泄流量,或河道控制點通過的最大組合流量越小越好,該目標考慮的是水庫下游的防洪安全。該系統具備了多階段多目標調度決策模型,考慮水庫防洪不同水情、不同階段防洪目標的復雜性,通過全面分析水庫防洪各個階段的調度目標,把各階段的目標合成為綜合目標,通過優選獲得最佳的調度方案。

3.4 系統軟件的學習自適應修正技術

水庫洪水預報調度系統軟件,在許多情形下需要修正。例如,預報流域內,由于人類活動長期的累計作用,會給流域水文特征帶來影響;當系統軟件運行一段時間后,需要對系統軟件的參數進行修正,包括預報模型參數、水庫的庫容曲線等;系統軟件在運行過程中,還會遇到種種非正常因素,如中心系統設備或遙測系統設備故障等,破壞了洪水預報模型的運行環境,系統重新啟動后,需對模型運行環境作修復;還有如有些流域,在建立洪水預報方案時,沒有足夠的歷史水文資料率定模型參數,水文自動測報系統運行后,隨著水文資料的不斷累計,模型參數不斷修正等等。這些原因,都要求水庫洪水預報調度系統軟件要有一套較強的學習和自適應修正功能。本項目在水文預報模型參數、模型中間標量和水庫特征參數等許多重要的功能上,都設計有學習和自適應修正功能,使得軟件使用時間越長,越了解流域的水文特點和工情特點,使用效果越好。

4 系統運行的優劣

花山水庫洪水預報調度管理系統具備了較多功能,在保證系統正常運行、充分發揮系統作用過程中,管理和操作人員是關鍵。在花山水庫的中涵工作閘出口上游 50m處,有一個岔管,供花山水庫電站發電,該電站裝機 500kW,電站發電的尾水用于云維工業用水和花山東干渠、華惠渠等的農灌用水,利用此洪水預報調度軟件,就可把水庫的防洪和發電結合起來。2004年就是這一成果的體現,在 2004年農灌后,結合此軟件系統對水庫的多年平均降雨資料和洪水資料進行分析,采用先蓄后排原則,讓水庫蓄水到汛限水位 6400萬m3時,才開始讓電廠兩臺機組同時運行,由于此時處于高水位,很小的流量就能發出和以往大流量、低水頭時一樣多的電,這樣既節約了水量,又能兼顧水庫的防洪,所產生的效益遠遠大于其他年份。因此,該系統在實際應用中,隨著系統的不斷完善,必將對保證水庫安全運行,提高水庫的社會效益和經濟效益起到重要作用。

Instruction of Flood Forecast and Scheduling System of Huashan Reservoir in Qujing

LI Feng-qiong
(Qujing Irrigation Area Management Bureau,Qujing Yunnan 655000 China)

The main function of flood forecast and Scheduling system of Huashan reservoir in Qujing is introduced as well as the key technology of the whole system.The real operational practices are summarized.

flood forecast and scheduling system;instruction;Huashan reservoir

X32

A

1673-9655(2010)03-0023-03

2009-12-28

李鳳瓊 (1975-),女,科長,工程師,曲靖市灌區管理局。主要從事灌區建設和管理工作。