察尔森水库洪水调度系统设计

辛忠明，尹祥国

（松辽委察尔森水库管理局，内蒙古乌兰浩特137400）

察尔森水库洪水调度系统设计

辛忠明，尹祥国

（松辽委察尔森水库管理局，内蒙古乌兰浩特137400）

察尔森水库洪水调度系统是结合察尔森水库实际情况，利用计算机软件编程技术开发出的实用性强、应用范围广、界面友好、运行稳定的应用性软件。文中通过简要论述察尔森水库洪水调度系统的设计目标，介绍系统的特点、主要功能及关键技术等，突出该系统设计开发的必要性。

洪水调度；系统设计;察尔森水库

1 工程概况

察尔森水库位于内蒙古自治区兴安盟科尔沁右翼前旗境内，距乌兰浩特市32 km。水库位于嫩江一级支流，洮儿河中游。该流域多年平均降雨量400~450 mm，其中6—8月降雨量占全年84%~ 89%。察尔森水库是一座以防洪、灌溉为主，结合发电、养鱼等综合利用的国家大（Ⅰ）型水利枢纽。水库坝址以上控制流域面积7 780 km2，多年平均径流量为8.3×108m3，水库总库容12.53×108m3，是洮儿河干流唯一的控制性工程。

2 系统设计目标及特点

2.1 系统设计目标

察尔森水库防洪调度系统设计的总体目标是基于察尔森水库的实时雨水工情信息，根据已发生降雨的洪水预报信息，或进一步考虑未来一定时期内的多种可能降雨预报信息，制定多种可行的水库防洪调度方案以作为决策的依据。主要实现数据库维护、洪水预报、洪水调度和信息查询四大功能。

2.2 系统主要特点

察尔森水库防洪调度系统基于Java技术，采用Browser/Server模式，以Web服务器和数据库服务器为中心，客户端只需用标准的浏览器进行浏览，与操作平台无关，用户操作简便；开发、管理、维护集中在服务器端，无需开发客户端应用程序[2-4]。因此，系统具有计算机技术应用上的先进性，跨平台（Unix，Windows等）的通用性，面向用户的易操作性、易维护性与可扩展性、实用性等优点。

3 系统功能模块

系统主要包括数据库维护、洪水预报、洪水调度和信息查询四大功能模块[5]。

3.1 数据库维护功能模块

察尔森水库防洪调度系统的数据库主要涉及两大部分：一部分是与实时水雨情库的接口，主要读取实时信息；另一部分是为本系统所需内容而建的专用数据库，主要是对预报、调度、系统管理、系统集成等一系列数据、参数、方法与模型进行存储与管理。综合数据库管理子系统主要包括水雨情信息（包括时段雨量、日雨量、水情信息）、预报数据（包括预报模型参数、遥测站码管理、雨量站管理、设计洪水参数）和调度数据查询（包括特征水位、水位库容关系、水位泄量关系、水库调度规划）。当提取出的数据有误或存在缺失时，可以直接进行修改维护，修改结果保存至本地系统数据库中。

3.2 洪水预报功能模块

洪水预报功能是水库防洪调度系统的重要功能之一，察尔森水库洪水调度系统以数据库为核心，进行洪水预报时遵循的工作流程：设置降雨开始与作业时间→预报准备：遥测数据提取、数据整编、设置初始PA、反推入流→交互洪水预报。

首先从水雨情自动遥测系统提取实时降雨量、水位和流量，接着设置初始PA及考虑上游引水，最后再进行产汇流洪水预报。当预报结果不理想时，进行交互洪水预报。交互洪水预报主要体现在以下几个方面：

1）直接修改预报洪水过程。根据预报经验及实测洪水与预报成果的对比，在人机交互界面上可直接修改预报的洪水过程。

2）修改产汇流预报初始条件。可人机交互修改前期影响雨量、流域平均降雨量、降雨分布，选择单位线等影响产汇流的初始条件。

3）修改模型参数。当发现预报成果不好时，可根据经验对产汇流模型的参数进行调整。

4）选取不同的预报模型。当有多个预报模型时，可交互选取各个模型进行预报，如选取大伙房模型、新安江模型、降雨径流模型等产流模型，选取不同单位线等汇流方案。

另外，洪水预报子系统模块还有假拟降雨预报的功能，即假设未来几天还发生降雨，系统可以根据假拟降雨量重新进行洪水预报。

3.3 洪水调度功能模块

察尔森水库洪水调度系统在水库防洪调度方案的基础上，根据确定的防洪高水位（20年一遇洪水位）、汛限水位，遵循洪水调度原则，确定察尔森水库防洪调度临时方案。洪水调度子系统模块包括“实时洪水调度”、“设计洪水调度”和“调度结果查询”3个子系统。洪水调度包括生成新的洪水调度方案、修改已有的洪水调度方案及调度方案评价。

3.3.1 生成新的洪水调度方案

洪水调度系统中的某一调度方案包括水库的入出流、水位过程线和水文分区的流量过程线，此方案某时刻水库的入流、出流、水位、泄量方式和闸门开启说明，调度方案的水库末库容、调洪最高水位所占防洪库容和最大泄量比例以及各个调度方案的水库出流、水位过程的汇总。

根据所选用的入库洪水过程，按洪水调度原则可自动生成水库洪水调度的规划方案，作为调度方案交互的初始方案。

3.3.2 修改调度方案

交互生成洪水调度方案作为洪水调度系统的关键技术，可实现人机交互修改调度方案。根据实际的和预报的水雨工情信息，人机交互修改输入各调洪时段的泄流量，从而预报出水库的水位变化过程。在水库的洪水调节过程中，可随时根据水库入流、出流和水库水位的变化，人机交互确定水库泄流设备的开启数及开启状态。

3.3.3 调度方案评价

调度决策人员结合调度经验，通过对各目标重要度的模糊语气描述，交互确定多目标的权重，应用多目标模糊优选模型，对多目标调度方案做出定量评价。根据水库运用的不同时期和不同情况，确定不同的目标权重值。

一般来讲，目标权重的确定遵循以下原则：根据上下游的水雨工情，分析确定各目标的相对重要度。当水库上游发生较大的洪水时，最高水位时所占防洪库容应取较大的权重；当调洪发生在汛期末时，末库容应取较大的权重；当水库下游发生较大的洪水时，水库最大泄量应取较大的权重。另外还要对目标权重进行规一化处理。

3.4 信息查询子系统

信息查询子系统主要包括水雨情信息查询和调度数据查询。实时水雨情查询可提供时段降雨、日降雨和水情信息的查询；调度信息查询主要提供特征水位、水位库容关系、水位泄量关系和水库调度规则的查询。

4 采用的关键技术

4.1 系统可扩展性和可移植性处理方法

首先，创建数据库事务对象可实现多个模型和数据源的自由选择。在划分好系统数据库后，对数据库表结构的定义是数据库设计中最重要的工作，好的表结构可以使系统适应复杂的环境变化，使系统易于扩展和移植。系统程序设计选择了面向对象的开发工具，利用面向对象的思想将流域洪水预报系统的各个部分按对象进行划分，以对象为主线来描述系统，建立流域防洪调度系统对象模型，用对象间的消息传递用户的功能需求。通过对象对系统进行建模，使系统较易实现软件的重组、移植、扩充，能广泛应用于不同的洪水调度系统。

4.2 水库洪水调度系统可行方案的快速生成

在水库洪水调度系统的实时调度中，需根据调度决策人员的要求，快速生成可行调度方案集。它是进行方案评价与选择的基础，是衡量调度软件是否实用的重要方面。既可以由系统自动按洪水调度规划原则生成方案，也可以人机交互生成洪水调度方案，即以当前选定方案为基础，按泄流量与交互启闭泄流设备的任意组合生成新的实时洪水调度方案，然后对此新方案的任一时段的决策进行修改。

4.3 多阶段多目标水库洪水调度系统方案优选模型

调度决策模型采用了多阶段多目标水库防洪调度决策的模糊优选模型，该模型具有理论上的先进性。根据水库洪水调度决策的特点，用模糊语言确定目标权重，从而使决策模型更易于使用[6]。

首先，结合察尔森水库洪水调度的经验与特点，考虑水库不同的洪水调度目标。接着选取阶段的调度方案与入流过程的组合作为描述系统的状态变量，调度方案作为决策变量，求得子系统各方案的多目标值。最后建立水库洪水调度方案优选模型，并根据最大隶属原则，得到较优的一组方案以供决策者使用。其中，优选模型中引入权重，并将人的决策经验通过数学描述后纳入模型之中。

5 洪水调度系统的应用

自建立运行以来，洪水调度系统便在察尔森水库的防洪兴利工作中起到了十分积极的作用，在数据库维护、信息查询、洪水预报及调度等方面应用状况良好。特别是在在抵御2013年洮儿河“8.02”洪水中，洪水调度系统发挥了极其重要的作用。2013年7月27日至8月2日，洮儿河流域累计降雨93.1 mm，洪峰流量高达569 m3/s，洪水量级达到了5年一遇。在洪水调度过程中，系统多次做出了较为准确的预报并充分利用人机交互功能及时制定出了切实可行的调度方案，为洪水调度争取了充足的决策时间。最终安全度汛，既极大地减轻了下游的防洪压力，又保障了水库自身的安全。

［1］陈森林，邱瑞田，万海斌，等.全国水库防洪调度决策支持系统［J］.水力发电，2003，29（5）：1—5.

［2］周惠成，彭勇，梁国华.基于B/S模式的水库防洪调度系统的设计与开发研究［J］.计算机应用研究，2005（6）：150—151.

［3］李斌，解建仓，胡彦华，等.基于B/S模式的防汛水雨情整合查询系统研究［J］.水资源与水工程学报，2015，26（4）：12—17.

［4］郭生练，彭辉，王金星，等.水库洪水调度系统设计与开发［J］.水文，2001，21（3）：4—7.

［5］段家贵.信息化进程下的防洪调度决策系统的构建研究［J］.水利规划与设计，2014（6）：15—17.

［6］张静，王本德，何俊仕.水库洪水调度方式模糊风险分析［J］.水力发电，2011，37（9）：73—75，78.

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