友邻水库洪水预报调度系统技术研究与应用

张春哲，刘 恒，田作佳

( 辽宁省水利水电科学研究院，沈阳110003)

0 引 言

水库预报预警系统是水库防洪减灾非工程措施的核心内容之一。洪水预警的目标就是采用专业技术及信息通讯技术将可能发生的洪水灾害信息远程传输到控制中心，然后经过数据处理与分析，使防汛领导及时准确的了解到现场的洪水动态，并采用相关的数据模型和水文模型进行分析计算，从而得到想要的预报预警信息［1］。然后向社会发布预警信息，相关部门根据预警级别采取相应的措施，从而减小社会损失。显然，准确、及时的洪水预报有着举足轻重的作用，它的精度和实时性，都极大地制约着整个防洪指挥决策的灵敏性和实时性［2］。本文结合友邻水库的实际需求，分别建立水文模型和洪水预报调度系统，为水库提供有效的技术支持。

1 实现目标

按照国家防汛抗旱指挥系统工程的建设目标，充分利用现有资源，采用统一、标准的系统建设模式。通过友邻水库洪水预报调度系统的建设，实现水雨情监测，并对水库进行水文预报与防洪调度工作进行全面的自动化、信息化的支持; 通过从水文自动测报数据库中读取的流域各测站降水信息，计算流域日平均降水量，最终累积计算出后日8:00 的流域降水量、径流量及Pa 值，和PA 值的连续计算模块;实现常规的洪水产汇流预报，根据采集来的降水信息进行产流计算，计算出选择时间段内的径流深与前期影响雨量的变化过程，然后根据用户选择的单位线进行汇流计算;实现水库的防洪调度，在洪水预报成果的基础上，进行水库模拟调度或预案调度;成果达到国家防汛指挥系统、国家相关技术标准要求，满足各相关应用部门的需要，实现为科学防汛提供可靠支持的目标［3－4］。

2 模型建立

降雨径流预报是利用流域降雨量经过产流和汇流计算，预报出流域出口断面的径流过程［5－6］。因此，降雨径流预报主要包括两方面的内容: ①由降雨量推求净雨量; ②由净雨过程推求流域出口断面的径流过程。下面分别对产流预报模型和汇流预报模型进行阐述。

2.1 产流部分

1) 流域平均降雨量计算。采用临近的大巴、本站的实测降雨资料，取2个站的平均降雨量作为流域平均雨量。

2) 产流参数的确定。水库无蒸发资料，参考流域水文分区及水库的产流特性，确定Im=160 mm。

3) 径流深的计算。根据水库水位、库容及泄量资料，推求水库的次洪流量过程，在次洪流量过程中分割基流及前期径流过程，用时段流量累积计算入库径流深R。

4) 前期影响雨量Pa 的计算。前期影响雨量自5月1日起算，初始值取零值进行计算。

计算公式为:

式中:Pat、Pat+1分别为t、t+1日前期影响雨量，mm;Pt 为流域平均降雨，mm; Rt 为Pt 所产生的径流量，mm;K 为日折算系数;Im 为流域内最大初损值，mm。

5) 降雨径流深相关图。对1975—2000年间的15 次降雨径流关系点据进行分析，以P +Pa 为纵坐标，R 为横坐标，点绘P+Pa ～R( 降雨径流) 相关图。

2.2 汇流部分

1) 峰量相关图。对水库资料计算分析，共收集到15 次峰量相关数据( 高水部分点数据较少) ，以Qm 为横坐标，R 为纵坐标，点绘Qm ～R 相关图。

2) 推求洪水历时。汇流时间基本在2 ～2.5 h左右，洪峰出现时间符合辽西地区汇流特点。若来水量超过水库溢洪道堰底，水库泄洪，最高洪水位约在入库洪峰2 h后出现。

3 系统设计

系统的建立将充分运用水文自动测报系统采集到的水雨情信息，对友邻水库洪水预报与防洪调度工作进行全面的自动化、信息化的支持。系统由系统管理、参数维护、雨情查询、洪水预报、防洪调度、成果管理、整编报表和值班日记等子系统组成，系统功能结构见图1。

图1 系统功能结构图

3.1 参数设置

本功能实现了对整个系统中所应用到的各类信息及参数的维护和统一管理。用户通过交互操作选择要修改的参数项，用户可对参数进行相应地修改。修改后的结果最终存入参数数据库，供预报调度模型使用。

本功能可维护的参数包括: 测站与站号关系、各流域包含的测站及权重、流域蒸散发参数、流域水文预报参数( 包括汇流单位线、流域抛物线系数及流域最大蓄水量参数等) 、单位线、退水单位线、水位库容关系、水位面积关系以及调度参数维护等。在参数维护界面中可直接进行差值计算，推算相应结果值。这样处理是考虑到对系统进行模块化开发，只要改变其中的测站和对应的参数等信息，就可以改变系统的结构，便于系统的后期维护和管理。

3.2 雨量查询

本功能运用开放数据库互联技术( ODBC) 开发客户端程序模块，实现对服务器端的水文自动测报SQL Server 2000 数据库的数据进行查询。客户端通过对所查询到数据的分析统计，将用户关心的数据以柱状图和数据报表的形式显示。操作过程中用户可通过友好的交互操作选择要查询的流域和时间。

3.3日常预报

本功能实现对水库常规的日常水文预报，通过从水文自动测报数据库中读取的流域测站降水信息，计算流域日平均降水量，最终累积计算出后日8:00 的流域降水量、径流量及Pa 值。水文预报方法采用蓄满产流模型进行，蒸发模式按单层进行计算。用户可通过查询历史计算成果曲线和数据表了解流域的Pa 值及产汇流变化与趋势。用户还可以将预报的结果以Excel 表格的形式进行保存和打印。

3.4 实时洪水预报

本功能实现对水库常规的洪水产汇流预报，通过从水文自动测报数据库中读取的流域测站降水信息，计算流域日平均降水量，计算出后日8:00 的流域时段降水量、径流量及时段末Pa 值，并根据用户选择的单位线进行汇流计算。水文预报方法采用蓄满产流模型进行，蒸发模式按单层进行计算，汇流计算按单位线法计算。

3.5 防洪调度

本功能实现对水库的预报入库产汇流进行模拟调度，通过工作人员输入启调水位，各泄水建筑物的调度方式、时间、泄量等，利用水量平衡原理采用试算法演算水库的水位变化过程及出库流量变化过程，并统计出调度的特征值，结果可进行维护和保存。水量平衡原理方程如下:

式中:Q1、q1分别为时段初入库、出库流量;Q2、q2分别为时段末入库、出库流量;V1、V2分别为时段初、时段末水库库容。

3.6 成果管理

本功能实现对水库预报成果、水库调度成果和历史大洪水的管理。包括对预报结果值按照不同的方案编号进行查询与维护，并且可将各预报的成果和调度成果信息进行保存，便于各部门快速准确的了解洪水的预报状况。系统开发界面见图2、图3。

图2 系统主界面

图3日常预报界面

4 结 语

友邻水库水情自动化应用系统的建立，充分运用现代化信息和水利科学技术，在综合水库多年来防洪减灾基础建设与信息化成果基础上完成。保证项目取得具有先进性、可靠性和实用性的研究开发成果。系统的建设有利于提高水库水情自动化与洪水预报水平，促进友邻水库水利信息化发展，进一步完善水库总体防洪减灾体系，防止和减轻水库洪涝灾害，确保城市的防洪安全。

［1］王文，马俊. 若干水文预报方法总数［J］. 水利水电科技进展，2005，25(1) :56 －60.

［2］刘金平，张建云. 交互式洪水预报系统及关键技术研究［J］. 水文，2004(1) :66 －69.

［3］梅松，程伟平，刘国化. 洪水预报模型的预评估机模型研究［J］.2005.24(2).119 －122.

［4］陈捍华，李培蕾. 流域洪水预报系统及其关键问题研究［J］.2005.11(2).93 －96.

［5］Minns A W ，Hall M J． Artificial neural networks as rainfall runoff models［J］．Hydro1．Sci．J，1996，41(3) :399 －417．

［6］Rajurkar M P，Kothyafi U C，Chaude U C． Modeling of the daily rainfall － runoff relationship with artificial neural network［J］．J．Hydrol，2004，285:96 －1l3.