友鄰水庫洪水預報調度系統技術研究與應用

張春哲，劉 恒，田作佳

( 遼寧省水利水電科學研究院，沈陽110003)

0 引 言

水庫預報預警系統是水庫防洪減災非工程措施的核心內容之一。洪水預警的目標就是采用專業技術及信息通訊技術將可能發生的洪水災害信息遠程傳輸到控制中心，然后經過數據處理與分析，使防汛領導及時準確的了解到現場的洪水動態，并采用相關的數據模型和水文模型進行分析計算，從而得到想要的預報預警信息［1］。然后向社會發布預警信息，相關部門根據預警級別采取相應的措施，從而減小社會損失。顯然，準確、及時的洪水預報有著舉足輕重的作用，它的精度和實時性，都極大地制約著整個防洪指揮決策的靈敏性和實時性［2］。本文結合友鄰水庫的實際需求，分別建立水文模型和洪水預報調度系統，為水庫提供有效的技術支持。

1 實現目標

按照國家防汛抗旱指揮系統工程的建設目標，充分利用現有資源，采用統一、標準的系統建設模式。通過友鄰水庫洪水預報調度系統的建設，實現水雨情監測，并對水庫進行水文預報與防洪調度工作進行全面的自動化、信息化的支持; 通過從水文自動測報數據庫中讀取的流域各測站降水信息，計算流域日平均降水量，最終累積計算出后日8:00 的流域降水量、徑流量及Pa 值，和PA 值的連續計算模塊;實現常規的洪水產匯流預報，根據采集來的降水信息進行產流計算，計算出選擇時間段內的徑流深與前期影響雨量的變化過程，然后根據用戶選擇的單位線進行匯流計算;實現水庫的防洪調度，在洪水預報成果的基礎上，進行水庫模擬調度或預案調度;成果達到國家防汛指揮系統、國家相關技術標準要求，滿足各相關應用部門的需要，實現為科學防汛提供可靠支持的目標［3－4］。

2 模型建立

降雨徑流預報是利用流域降雨量經過產流和匯流計算，預報出流域出口斷面的徑流過程［5－6］。因此，降雨徑流預報主要包括兩方面的內容: ①由降雨量推求凈雨量; ②由凈雨過程推求流域出口斷面的徑流過程。下面分別對產流預報模型和匯流預報模型進行闡述。

2.1 產流部分

1) 流域平均降雨量計算。采用臨近的大巴、本站的實測降雨資料，取2個站的平均降雨量作為流域平均雨量。

2) 產流參數的確定。水庫無蒸發資料，參考流域水文分區及水庫的產流特性，確定Im=160 mm。

3) 徑流深的計算。根據水庫水位、庫容及泄量資料，推求水庫的次洪流量過程，在次洪流量過程中分割基流及前期徑流過程，用時段流量累積計算入庫徑流深R。

4) 前期影響雨量Pa 的計算。前期影響雨量自5月1日起算，初始值取零值進行計算。

計算公式為:

式中:Pat、Pat+1分別為t、t+1日前期影響雨量，mm;Pt 為流域平均降雨，mm; Rt 為Pt 所產生的徑流量，mm;K 為日折算系數;Im 為流域內最大初損值，mm。

5) 降雨徑流深相關圖。對1975—2000年間的15 次降雨徑流關系點據進行分析，以P +Pa 為縱坐標，R 為橫坐標，點繪P+Pa ～R( 降雨徑流) 相關圖。

2.2 匯流部分

1) 峰量相關圖。對水庫資料計算分析，共收集到15 次峰量相關數據( 高水部分點數據較少) ，以Qm 為橫坐標，R 為縱坐標，點繪Qm ～R 相關圖。

2) 推求洪水歷時。匯流時間基本在2 ～2.5 h左右，洪峰出現時間符合遼西地區匯流特點。若來水量超過水庫溢洪道堰底，水庫泄洪，最高洪水位約在入庫洪峰2 h后出現。

3 系統設計

系統的建立將充分運用水文自動測報系統采集到的水雨情信息，對友鄰水庫洪水預報與防洪調度工作進行全面的自動化、信息化的支持。系統由系統管理、參數維護、雨情查詢、洪水預報、防洪調度、成果管理、整編報表和值班日記等子系統組成，系統功能結構見圖1。

圖1 系統功能結構圖

3.1 參數設置

本功能實現了對整個系統中所應用到的各類信息及參數的維護和統一管理。用戶通過交互操作選擇要修改的參數項，用戶可對參數進行相應地修改。修改后的結果最終存入參數數據庫，供預報調度模型使用。

本功能可維護的參數包括: 測站與站號關系、各流域包含的測站及權重、流域蒸散發參數、流域水文預報參數( 包括匯流單位線、流域拋物線系數及流域最大蓄水量參數等) 、單位線、退水單位線、水位庫容關系、水位面積關系以及調度參數維護等。在參數維護界面中可直接進行差值計算，推算相應結果值。這樣處理是考慮到對系統進行模塊化開發，只要改變其中的測站和對應的參數等信息，就可以改變系統的結構，便于系統的后期維護和管理。

3.2 雨量查詢

本功能運用開放數據庫互聯技術( ODBC) 開發客戶端程序模塊，實現對服務器端的水文自動測報SQL Server 2000 數據庫的數據進行查詢。客戶端通過對所查詢到數據的分析統計，將用戶關心的數據以柱狀圖和數據報表的形式顯示。操作過程中用戶可通過友好的交互操作選擇要查詢的流域和時間。

3.3日常預報

本功能實現對水庫常規的日常水文預報，通過從水文自動測報數據庫中讀取的流域測站降水信息，計算流域日平均降水量，最終累積計算出后日8:00 的流域降水量、徑流量及Pa 值。水文預報方法采用蓄滿產流模型進行，蒸發模式按單層進行計算。用戶可通過查詢歷史計算成果曲線和數據表了解流域的Pa 值及產匯流變化與趨勢。用戶還可以將預報的結果以Excel 表格的形式進行保存和打印。

3.4 實時洪水預報

本功能實現對水庫常規的洪水產匯流預報，通過從水文自動測報數據庫中讀取的流域測站降水信息，計算流域日平均降水量，計算出后日8:00 的流域時段降水量、徑流量及時段末Pa 值，并根據用戶選擇的單位線進行匯流計算。水文預報方法采用蓄滿產流模型進行，蒸發模式按單層進行計算，匯流計算按單位線法計算。

3.5 防洪調度

本功能實現對水庫的預報入庫產匯流進行模擬調度，通過工作人員輸入啟調水位，各泄水建筑物的調度方式、時間、泄量等，利用水量平衡原理采用試算法演算水庫的水位變化過程及出庫流量變化過程，并統計出調度的特征值，結果可進行維護和保存。水量平衡原理方程如下:

式中:Q1、q1分別為時段初入庫、出庫流量;Q2、q2分別為時段末入庫、出庫流量;V1、V2分別為時段初、時段末水庫庫容。

3.6 成果管理

本功能實現對水庫預報成果、水庫調度成果和歷史大洪水的管理。包括對預報結果值按照不同的方案編號進行查詢與維護，并且可將各預報的成果和調度成果信息進行保存，便于各部門快速準確的了解洪水的預報狀況。系統開發界面見圖2、圖3。

圖2 系統主界面

圖3日常預報界面

4 結 語

友鄰水庫水情自動化應用系統的建立，充分運用現代化信息和水利科學技術，在綜合水庫多年來防洪減災基礎建設與信息化成果基礎上完成。保證項目取得具有先進性、可靠性和實用性的研究開發成果。系統的建設有利于提高水庫水情自動化與洪水預報水平，促進友鄰水庫水利信息化發展，進一步完善水庫總體防洪減災體系，防止和減輕水庫洪澇災害，確保城市的防洪安全。

［1］王文，馬俊. 若干水文預報方法總數［J］. 水利水電科技進展，2005，25(1) :56 －60.

［2］劉金平，張建云. 交互式洪水預報系統及關鍵技術研究［J］. 水文，2004(1) :66 －69.

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