百色市中小河流水文（位）站水情預測系統概述

梁顯俊

（百色水文中心，廣西 百色 533000）

百色市境內山岳連綿，河流密布。眾多河流源出高山峽谷，河床深切，灘多水急，落差大。汛期常出現強降雨過程，致使中小流河流暴發災害性洪水，山溪性洪水陡漲陡落，產流快，匯流時間短。為了能在百色市境內中小河流出現陡漲洪水時能迅速地準確做出全市72個中小河流水文（位）站水情預測，開發本系統。

1 設計思路

（1）整個系統是基于水情網絡來開發，從百色水情分中心的實時雨水情庫讀取各報汛站雨水情數據，遠程從自治區水情中心提取未來7 d降雨數值預報數據，利用實時和預報的降雨數據、各水文（位）站二元回歸預報模型進行分析計算，預測出各個預報斷面的洪峰水位（流量）。

（2）由于中小河流水文（位）站斷面集水流域面積較小，計算各時段面降雨量時，為了能快速計算，直接將參加計算的有關雨量站雨量，采用算術平均法計算面降雨量。

（3）本系統將站點位置處在流域邊界線上或界線內的雨量站稱為流域內雨量站；一個流域邊界線有經度、緯度范圍即有最小、最大經（緯）度值，如果一個雨量站不是流域內雨量站，但其經緯度，處在流域經度、緯度范圍內，稱這個雨量站為流域鄰近雨量站。在計算各時段流域面雨量時，可以根據收集到的流域內雨量站和鄰近雨量站遙測雨量數據可靠情況，實時選定可靠的流域內或鄰近的雨量站參加面雨量計算，不能一成不變地規定參加面雨量計算的雨量站點，避免將出現故障、遙測數據不全或錯誤的雨量站參加計算而造成計算得到的時段面雨量數值存在錯誤，偏差大。

（4）自治區水情中心雨量數值預報庫中存放有20 km×20 km網格降雨量預報值，在Mapinfo地理信息系統中將各水文（位）站流域邊界線疊加在降雨量預報20 km×20 km網格圖上，然后分析出各水文（位）站所騎跨在的所有網格，從雨量數值預報庫中讀取這些網絡降雨量預報值，經分析處理，即可得到各水文（位）站未來幾天的流域面降雨量預報數據。

2 關鍵技術

（1）在Visual Basic6.0（簡稱VB6）中引用ADO對象的ADODB類型庫，創建ADO對象實例，并通過無ODBC DSN連接到以SQL Server形式建立的實時雨水情庫、本系統預報庫、自治區水情中心雨量數值預報庫和中國洪水預報系統預報庫，從這4個數據庫提取和保存有關數據。

（2）近幾年來，我中心強化水情預測方案編制工作，不僅基于中國洪水預報平臺，利用三水源蓄滿產流、滯后演算匯流模型構建了中小河流各水文（位）站洪水預報方案，而且為了便于預報模型計算機化，開發了多元回歸預報模型建模軟件，利用該軟件可以快速地建立了各水文（位）站二元一次回歸預報模型，采用起漲水位Z起或起漲流量Q峰、流域有效面平均降雨量P，和預報對象即洪峰水位Z峰或洪峰流量Q峰建立二元一次回歸預報模型，表達公式：Z峰＝a0+a1Z起+a2P，Q峰＝a0+a1Q峰+a2P，式中a0、a1、a2分別為常量項、起漲項、雨量項的回歸系數。分析計算得到的各水文（位）站回歸系數統一存儲在本系統預報庫的二元一次回歸預報模型回歸系數表中[1]。

（3）為了能判定哪個雨量站是各水文（位）站的流域內雨量站和流域鄰近雨量站，利用Mapinfo地理信息系統準確勾繪出各水文（位）站的流域界線，讀取各水文（位）站流域界線的最小、最大經（緯）度值并統一存儲在本系統預報庫的預報斷面基本屬性表中。一個水文（位）站往往會騎跨在多個降雨量預報20 km×20 km網格上，在Mapinfo地理信息系統中將各水文（位）站流域所騎跨的所有網格代碼、流域在各個網格實際面積及其占整個面積的權重，記錄下來并存儲在單元流域預報雨量網格權重表中。在流域預報面雨量計算時，根據各水文（位）站流域所騎跨網絡代碼、在各個網格的面積權重，從雨量數值預報庫中讀取各網格雨量預報數值，乘以相應面積權重，最后累計得到該水文（位）站流域真實的雨量預報值。

3 系統開發

本系統基于Windows操作系統，以SQL server 2000或其更高版本為數據庫操作平臺，采用VB6開發完成，相關數據庫包括實時雨水情庫、本系統預報庫、自治區水情中心雨量數值預報庫和中國洪水預報系統預報庫。

實時雨水情庫是以水利部頒布的庫表結構與標識符為標準建立的數據庫，用于存儲實時雨水情數據[2]。

本系統預報庫是系統運行最關鍵的主要支撐數據庫，主要用于存儲預報模型的有關參數值、各預報流域面平均雨量、預測計算成果，建立有二元一次回歸預報模型回歸系數表、單元流域預報雨量網格權重表、預報斷面基本屬性表等[3]。

自治區水情中心雨量數值預報庫中F_RN?FL_M表存有中央氣象局、氣象局人工、日本、歐洲等氣象預報中心預報的未來7 d的雨量預報數值[4]。

中國洪水預報系統預報庫是安裝在本機的中國洪水預報系統所建立的水情預報庫。

4 系統應用

系統相關主菜單欄中有3個主菜單：連接、自動監控、預測。打開軟件后，必須先進行數據庫連接，其次進行流域面的實時雨量和預報雨量統計，然后才能進行洪峰水位或流量的預測計算。

4.1 連接

“連接”主菜單下有4個相關的子菜單：實時水情庫、自定預報庫、雨量數值預報庫和短信設備。其中前面3個子菜單是有關數據庫連接。

（1）連接數據庫。分別單擊前面3個子菜單，在各個窗口進行相應的數據庫連接，當連接成功后各個數據庫連接窗自動關閉，否則提示連接錯誤。以連接實時水情庫為例，在連接實時庫窗口中，要設置服務器IP、數據庫、用戶、口令。這些參數都是在安裝實時雨水情數據庫和配置數據庫服務器時確定的，設置完成后，點擊“連接”按鈕，如果設置正確，連接成功，窗口自動關閉。其它數據庫的連接窗口操作與此類似。

（2）連接短信設備。在進行各水文（位）站水情超警自動監控時，如果需要啟用短信提醒功能，要進行短信設備連接。在短信設備連接窗口中，要設置短信設備連接的串口號、波特率、所用手機卡的短信中心號碼，選擇是否自動發送以及發送間隔時間。這些參數，如果第一設置后，第二次再啟動連接，本窗口自動給出上一次設置值。點擊“連接”按鈕，如果連接成功，“連接”按鈕變為“斷開”。同時注意連擇所要接收短信人員，在要接收人員名字前打勾。

4.2 有關選擇與設定

在流域實時面雨量計算、流域預報面雨量計算、二元一次回歸法預測、雨前預測、江河預測自動監控時，在窗口的最左邊方框里，其上部為報汛等級選擇框，根據需要，對所需要查詢的報汛等級站類前打“√”；其下部為縣（區）行政區域選擇框，根據需要，對所需要查詢的縣（區）行政區域前打“√”。并設定有關查詢瀏覽、統計的開始時間和結束時間。

4.3 預測

“預測”主菜單下相關有4個子菜單：流域實時面雨量計算、流域預報面雨量計算、二元一次回歸法預測、雨前預測。在進行二元一次回歸法預測前，必須先進行流域實時面雨量計算，如果在預測作業時不僅利用實時雨量，而且還想加入預報的未來雨量進行計算，要先進行流域預報面雨量計算；在雨前預測作業前，必須先進行流域預報面雨量計算。

4.3.1 流域實時面雨量計算

在流域實時面雨量計算窗口中，首先要選擇點擊某個水文（位）站名，預報斷面框內顯示出該水文（位）站名。窗口中間待選雨量站方框內列出未選用的流域內、鄰近雨量站，選用雨量站方框內列出已選用的流域內、鄰近雨量站。如果要將待選雨量站方框內的某個雨量站改為選用雨量站，點擊該雨量站，使站名前小方框內呈現打“√”，點擊“→”按鈕，所選的雨量站名從待選雨量站方框內移到選用雨量站方框內。如果要將選用雨量站方框內的某個雨量站改為待選雨量站，以此類推進行。系統有記憶功能，自動記憶上一次所選用的雨量站，一般選定好后的，較少變動。

窗口右邊以表格形式，逐時列出過去10 d內選用參與面雨量計算的各雨量站雨量、總雨量和流域面平均雨量。同時可以根據實際需要，設定好開始時間和結束時間，點擊“統計”按鈕，統計該站從開始到結束時間段內總的面雨量。

點擊“計算”按鈕，可以再次刷新列表計算；點擊“保存”按鈕，將右邊表格內該站逐時面平均雨量進行保存，以待下步預測計算調用；點擊“導入Ex?cel”按鈕，將右邊表格內數據導入到Excel電子表格簿內。其計算窗口界面如圖1所示。

圖1 流域實時面雨量計算窗口界面

4.3.2 流域預報面雨量計算

在流域預報面雨量計算窗口中，首先要選擇點擊某個水文（位）站名，預報斷面框內顯示出該水文（位）站名，窗口右邊以4個表格形式分別列出中央氣象局、日本、氣象局人工、歐洲等氣象預報中心對該站流域預報的未來7 d逐時面雨量預報數值。

在窗口中間，可以根據實際需要，設定好開始時間和結束時間，點擊“統計”按鈕，分別統計列出從開始到結束時間段內中央氣象局、日本、氣象局人工、歐洲等氣象預報中心針對該站流域預報的面雨量總值。

在窗口中間，可以選定好要保存的雨量預報數值的來源，即分別在中央氣象局、日本、氣象局人工、歐洲等氣象預報中心名稱前面小方框內點擊，呈現打“√”為保存該氣象預報中心的雨量預報數值，反之空白為不保存。點擊“保存”按鈕，根據實際選定的保存來源，將所選定的氣象預報中心相應的右邊表格內所列的該站流域逐時雨量預報數值進行保存，以待下步預測計算調用；點擊“導入Ex?cel”按鈕，將右邊4個表格內數據導入到Excel電子表格簿內。其計算窗口界面如圖2所示。

圖2 流域預報面雨量計算窗口界面

4.3.3 二元一次回歸法預測

在二元一次回歸法預測計算窗口中，點擊某個水文（位）站名，預報斷面框內顯示出該水文（位）站名。在采用二元一次回歸法進行該站水情預測計算之前，須先在流域實時面雨量計算窗口中，完成該站流域實時面雨量計算并保存，為預測計算提供相應的面雨量數據。如果所選擇的水文（位）站預報斷面沒有建立有實際的二元一次回歸預測方案，可以選擇水文特性相似的某個預報斷面的二元一次回歸預測方案進行計算，計算結果是按面積倍比法推求的洪峰流量。計算有關結果分別在右邊上半部的5個頁卡列出，從左到右分別是“面雨量數據表”“面雨量過程圖”“水情數據表”“水情過程圖”“預測成果表”。其計算窗口界面如圖3所示。

圖3 二元一次回歸法預測計算窗口界面

4.3.4 江河水情雨前預測

每次強降雨出現前，百色市及各縣（區、市）應急管理局會組織各防汛成員單位召開防御強降雨會議，在會議上往往要求水文部門匯報針對這場強降雨轄區內各河流的水情預測情況。基于上述需要，開發了本系統的江河水情雨前預測模塊。在江河水情雨前預測計算窗口中，右邊有5個頁卡。設定開始時間和結束時間，點擊某個水文（位）站名，第1個頁卡的上部列出設定時間段內的逐時水情表、下部繪制出設定時間段內水情過程線。設定預測采用的預報雨量開始時間、結束時間，點擊“計算”按鈕，系統首先會根據設定的時間段，分別統計出中央氣象局、氣象局人工、日本、歐洲等氣象預報中心對選定行政區域內各水文（位）站流域預報的總面雨量，然后利用二元一次回歸法，根據當前水位、預報雨量，計算預測出各水文（位）站預見期內可能出現的洪峰水位值，最后分別在第2～5頁卡內以表格形式，依次列出利用以上各氣象預報中心的預報面雨量預測得到結果。其計算窗口界面如圖4所示。

圖4 江河水情雨前預測計算窗口界面

4.4 江河水情自動預測監控

“自動監控”主菜單下有1個相關的子菜單：江河預測。點擊該子菜單，彈出江河水情自動預測監控窗口，在窗口中有2個頁卡。點擊某個水文（位）站名，右邊第1個頁卡的上部列出設定時間段內的逐時水情表、下部繪制出設定時間段內水情過程線。點擊“監視”按鈕，系統按設定的時間間隔，不斷滾動地從實時雨水情庫中讀取各水文（位）站當前水位或流量，讀取在流域實時面雨量計算窗口中選定參加流域面雨量計算的雨量站雨量，然后利用二元一次回歸法，計算出一定預見期內各水文（位）站可能出現的最高水位預測值，結果以表格形式在右邊第2個頁卡顯示。在自動預測監控過程中，如果發現某個水文（位）站預測期內最高水位預測值超過警戒值，立即以播放語音形式進行提示，如果連接了短信設備，還會以手機短信及時發送到相關人員手機上。江河水情自動預測監控窗口界面如圖5所示。

圖5 江河水情自動預測監控窗口界面

5 結語

以前，針對百色市的14個國家基本水文（位）站斷面開發了百色市中小河流洪水預測預估系統，在廣西中小河流水文監測系統建設后，百色市新建了58個水文（位）站，水情預報斷面增加到72個，其中以集水面積小的斷面居多。根據水情預測工作新形勢、新特點、新要求，重新開發本系統。

致謝：在開發過程中，百色水文中心農日忠同志重新核繪所有涉及的水文（位）站流域界線、水情科同志編制了各水文（位）站多元回歸法預報方案，在此表示衷心感謝！