数据库在设计暴雨洪水参数修编中的应用

刘蓬勃,李云鹏

(1.辽宁省水文局,辽宁 沈阳 110003;2.辽宁省江河流域管理局,辽宁 沈阳 110003)

数据库在设计暴雨洪水参数修编中的应用

刘蓬勃1,李云鹏2

(1.辽宁省水文局,辽宁 沈阳 110003;2.辽宁省江河流域管理局,辽宁 沈阳 110003)

中小河流设计暴雨洪水参数,是水利规划设计部门进行暴雨洪水设计的重要依据,2015年辽宁开展了《辽宁省中小河流(无资料地区)设计暴雨洪水计算方法》修编工作,以基础水文数据库为依托,利用Java等开发语言,结合Arcgis Engine二次开发技术编制模型软件,实现设计暴雨洪水相关参数自动计算,成果合理性检验等功能,有效地解决了数据运算量大、空间数据分析困难、计算精度低等实际问题.

中小河流;暴雨洪水;水文数据库;Arcgis Engine二次开发

1 概述

1998年,辽宁省水文局对本省设计暴雨洪水方法进行了修编,利用最新资料重新计算了暴雨洪水参数,当时水文整编资料到1995年,并刊印了《辽宁省中小河流(无资料地区)设计暴雨洪水计算方法》手册(以下简称"98手册")."98手册"在辽宁省水利工程设计、水文预报、特别是中小流域地区暴雨洪水设计中起到了重要作用,是工程设计的主要依据,一直以来得到了广泛应用.随着时间的发展,20多年来,人类活动的影响,退耕还林政策的推动,水土保持工作取得的成果,辽宁省下垫面环境发生了巨大的变化,特别是西部干旱地区,很多山区都已经满山绿树.下垫面的变化不仅影响了当地气候,而且影响了该地区产汇流机制,各水文参数也发生了明显变化,原有的产汇流参数以及小流域设计洪水推理公式的相关参数等,已不能适应规划设计部门的计算需求,因此需要对现有的各水文分区参数重新复核、修订,以满足规划设计部门的要求.

2015年,辽宁省水文局开始对"98手册"进行修编工作.在以往的修编工作中限于当时的计算条件,主要依靠手工计算各类繁杂的参数,不仅效率低下而且精度不高,并且不利于大量的反复调算,严重影响了工作周期与成果的精确性.通过统计,这次修编工作需要处理基础数据3 000多万条,加之特征值的滑动计算、成果的反复验算,数据运算量会成倍增加.辽宁省基础水文数据库按照国家标准早已建成,一直服务于辽宁省水利事业,并多次在各类水利工程规划设计、水资源论证与评价、防洪工程建设等工作中发挥重要支撑作用.因此开发基于基础水文数据库的设计暴雨洪水计算系统,以辅助修编工作非常重要.该系统利用Java,Vb,Delphi等高级开发语言,结合Arc⁃gisEngine二次开发技术,利用地理信息系统(GIS)及其空间分析处理技术,编制模型软件,实现设计暴雨洪水相关参数自动计算,成果自动计算、合理性验算、成果对比等功能.

2 基础水文数据库

辽宁省国家基础水文数据库从1995年开始建设,经过水文人的不懈努力,水文数据库已经录入了所有类型水文基础数据.目前水文数据库系列长度为112年(1902-2013年),依照国家"基础水文数据库表结构及标识符标准"(SL324-2005)建设,共50张数据类表,约40万站年数据.数据库建立之初,数据质量就受到了严格控制,并且开展了几次大规模的校对和补录工作,因此数据的完整性、一致性、正确性等指标,均已达到国家标准.在多次实际应用中也得到了很高的评价,为水利水电设计、洪水预报、水资源论证等相关工作提供基础数据.

这次修编工作依托于基础水文数据库,并创建修编类工作表40余张,分别存储修编工作中的中间过程数据以及成果数据.

3 参数计算

3.1 暴雨基础资料整理及分析

暴雨资料的选用时段为最大10 min、30 min、60 min、1 h、3 h、6 h、12 h、24 h、3 d共9个时段.主要来自基础水文数据库中的HY_MMXP_F(分钟时段最大降水量表)、HY_HMXP_F(小时时段最大降水量表)和HY_DMXP_F(日时段最大降水量表),由于资料整编的原因,某些站进行分钟时段最大降水量整编而不进行小时时段最大降水量的整编,因此需利用基础水文数据库中的HY_PREX_B(降水量摘录表)进行滑动计算,得到这些站的小时时段最大降水量数据.资料的选取主要考虑代表性好、系列长、连续性较完整的雨量资料.

暴雨分析计算主要包括各时段最大降水量频率分析及Cv均值等值线绘制、雨型分析、衰减指数分析、点面折减系数分析等.时段最大降水量频率分析,主要利用基础水文数据库中时段最大降水量三张表中的数据,开发频率计算界面,通过人机交互的方式适线,将确定的Cv,Cs、均值等参数保存在数据库中,最后结合数据库中测站基本信息表中测站空间信息.通过调用ArcgisEngine组件,将各时段频率曲线参数展现在地图中,以方便勾绘各时段Cv、均值等值线图.雨型分析主要是以1 h为时长,对1 h、3 h、6 h、12 h、24 h、72 h按照大小内包的原则,确定不同时段的位置及各小时雨量比例,主要用到基础水文数据库中的HY⁃PREX_B(降水摘了表).

3.2 洪水基础资料整理及分析

洪水分析主要用到基础库中的HY_FDHE⁃EX_B(洪水摘了表),HY_YRQ_F(年流量统计表),以及降水相关基础数据.洪水特性的分析,主要选取洪峰较高,洪量较大的洪水场次分析,中等流域主要选取集水面积在300～1 000 km2的水文站.小流域洪水特性分析主要选取集水面积在600 km2以下的水文站.

洪水特性主要分析洪水历时时空分布特性规律、洪量时空分布特性、饱和及非饱和产流模型、三水转化模型以及降水径流经验相关模型等.

4 成果验证分析

根据暴雨洪水分析得出的参数等成果,结合实际验证参数的合理性.选取流量数据代表性好、资料完整、系列长的测站.洪量数据需要根据基础水文数据库中的HY_DQ_F(日平均流量表)、HY_FDHEEX_B(洪水摘录表)进行滑动计算,分别对最大24 h、48 h、72 h、1 d、3 d、5 d,6个时段洪量进行了计算与统计,求出某一时段的最大洪量.然后对年最大流量以及各时段最大洪量进行频率分析,得出不同频率下的设计值.再根据此次分析得出的暴雨洪水计算参数,通过水文模型及小流域推理公式进行计算得出计算结果.再对两种方法得出的结果对比分析,即可验证参数的合理性.

5 结语

辽宁省无资料地区设计暴雨洪水方法修编工作,能顺利完成基础水文数据库功不可没.现如今,数据库技术、空间数据分析技术以及程序智能化的发展已经在各行业中发展并壮大,大量的水文计算如果没有数据库技术、空间数据分析技术等技术的支撑和辅助那是不可想象的.基础水文数据库是水文和水利行业的信息基础,基础水文数据库的应用已经越来越广泛了,已经深入到了水文及社会相关行业的各个层面,今后将为水文以及相关行业继续提供强有力的数据支撑.

TV12 < class="emphasis_bold">[文献标识码]B

B

1002-0624(2017)11-0039-02

2017-07-11