英那河水库防洪调度决策支持系统设计与开发

2017-11-01王丕国张玉君王金伟

中国水运 2017年10期

关键词：河水库决策支持系统防洪

王丕国，张玉君，王金伟

（大连市供水有限公司，辽宁大连 116021）

英那河水库防洪调度决策支持系统设计与开发

王丕国，张玉君，王金伟

（大连市供水有限公司，辽宁大连 116021）

为解决英那河水库在汛期实现洪水预报调度信息化、自动化的需求，本文基于水库洪水预报、洪水调度原理，开发了英那河水库防洪调度决策支持系统。该系统采用B/S结构、三层开发模式，并利用J2EE技术框架，结合美观的EasyUI显示技术、丰富的AnyChart图表表现技术，便捷的Ajax前后端传输技术、先进的Hibernate持久化技术进行开发。经实际运用显示，该系统取得了较好的运行效果。

英那河水库；防洪调度系统；设计；开发

1 引言

洪水灾害是影响我国人民生命安全的主要自然灾害之一，我国在防洪减灾方面进行了大量的研究和建设，主要分为工程措施和非工程措施。近年来，随着计算机技术的迅猛发展，水利信息化的需求日益增高，水库防洪调度决策支持系统的建设成为了防洪非工程措施的重要组成之一。

英那河水库自建成以来，一直重视水库的非工程措施建设，特别是在自动化、信息化方面开展了大量的研究工作。为适应计算机技术的发展、满足洪水预报调度信息化、自动化的需求，英那河水库管理局与大连理工大学共同合作，设计并开发了基于B/S结构的英那河水库防洪调度决策支持系统。

2 水库工程背景

英那河水库为大连庄河市英那河中下游的大（Ⅱ）型水库，是一座以城市供水为主，兼顾防洪、发电、灌溉、养殖、旅游等综合效益的大型水利枢纽工程。集水面积692 km2，多年平均径流量3.34亿m3，流域图如图1所示。正常蓄水位为79.10 m，防洪限制水位为78.10 m，设计洪水位为80.54 m，校核洪水位为81.2m，相应库容2.87亿m3，最大泄量4446 m3/s，坝顶高程83.1m。

为了及时掌握英那河水库上游的水文气象状况，水库已建有“英那河水库水情自动遥测系统”，水库入库流量是由水位及库容的变化反推而得出的。该系统为水库防洪调度决策支持系统的数据获取，提供了有力的技术支持。

3 系统功能设计

英那河水库作为大连市集供水、兴利、防洪等功能为一体的重要水利枢纽工程，其对洪水预报调度过程的实时性、有效性、多样性具有很高的需求。在系统的运用过程中，调度人员希望系统具有较强的交互性，同时也具有良好的协调性和完整性。基于此将整个英那河水库防洪调度决策支持系统分为五个子系统，即数据库管理子系统、交互式洪水预报子系统、防洪形势分析子系统、交互式洪水调度子系统、信息查询子系统，系统的逻辑结构图如图2所示。

图1 英那河流域图

图2 系统的逻辑图

3.1 数据库管理查询子系统

数据是水库防洪决策支持系统的基础，主要包括历史、实时水雨情数据、模型参数、洪水预报调度方案、用户信息等数据。在实时防洪调度过程中需要方便、快捷的管理和查询这些数据以进行洪水预报调度的相关计算。因此，英那河水库防洪调度决策支持系统的数据库设计主要涉及两大部分，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。

3.2 交互式洪水预报子系统

洪水预报是水库防洪决策支持系统进行方案生成的基础，其对方案的准确度、可信度有重要的影响。因此，如何生成预报合格率高的洪水预报方案是洪水预报子系统设计的目标。在实际洪水预报过程中，调度人员往往会根据经验进行洪水预报模型的选择、参数的调整、修正预报过程等操作，以生成合格率高的预报方案，同时，也会根据预报的降雨信息，假拟多种未来可能的降雨分布，以制定多种假拟降雨下的洪水预报方案作为决策的依据。根据这些需求，该子系统设计并提供了土壤含水量计算、实时预报、人机交互修正洪水预报、假拟降雨等主要功能。

3.3 防洪形势分析子系统

在实际调度中，调度人员需要根据落地雨和预报信息对英那河流域未来降雨进行假定，通过洪水预报模型预报未来洪水过程，并对洪水过程进行多泄流量调度，形成多方案对比分析，进而对未来的防洪形势进行评估。防洪形势分析子系统通过加入未来时间、未来降雨量、未来泄流量等选项，通过图像显示选定假定组合下的调度过程，给调度人员提供一个直观的防洪形势表现。

3.4 交互式洪水调度子系统

调度人员通过利用洪水预报信息进行洪水调度。在制定调度方案的过程中，操作人员希望系统能够自动、交互地制定多个实时可行调度方案，并且可结合决策者的经验，对这些方案作出评价，因此在该子系统中设计了“常量调度”和“交互式调度”两种方式。其中，“常量调度”可选择某几个时段内采用某一常量进行调度；“交互式调度”可选择某几个时段内采取不同闸门开启方式进行调度，并采用模糊优选理论结合经验进行方案评价优选，给调度人员提供参考。

4 系统开发环境与技术

系统运行环境采用Windows7 64位操作系统，数据库采用Mysql5.0版本，Web应用服务器采用tomcat6.0版本，java运行环境为jdk 1.8.0_92，浏览器采用IE8版本以上。系统采用B/S结构，运用J2EE技术框架、EasyUI、AnyChart、Ajax、Hibernate等先进技术进行设计与开发。

5 系统主要功能展示

5.1 主界面

系统主界面如图3所示，整个界面尽量按照友好性、易操作性、灵活实用、直观形象等需求进行设计。主要划分为两个部分，左侧为分级导航菜单，包含洪水预报、防洪形势分析、洪水调度、信息查询及维护四大部分，其中整个菜单的顺序按照一次完整的预报调度步骤顺序进行设置，符合调度人员的习惯；右侧为展示性内容，包含流域概况图和水库实时水雨情信息表，方便用户对整个流域的实时情况进行一个查看。

图3 水库防洪预报调度系统主界面

5.2 预报界面

洪水预报界面如图4所示，主要提供预报时间设置、实时提取遥测库数据、前期土壤含水量计算、实时预报、人机交互修正洪水预报、假拟预报等主要功能，以及增加方案、删减方案、输出方案、打印方案等辅助功能，用户可通过上方菜单和快捷键进行相应功能的选择。同时，用户可通过左侧图表和右侧表格区来查看洪水过程及相关信息，具有较好的直观性。因此，该界面不但操作简单，并且各个关键部分均能提供必要的技术和细节支持。

图4 洪水预报界面

5.3 防洪形势分析

防洪形势分析界面如图5所示。整个界面的设计主要遵循根据落地雨和预报信息对英那河流域未来降雨进行假定，通过洪水预报模型预报未来洪水过程，并对洪水过程进行多泄流量调度，形成多方案对比分析的流程。界面的左上区域为防洪形势分析表，显示英那河水库不同时段长、不同降雨量级、不同泄流量下最高水位的情况，点击表格某单元格，表格下面图中会显示该最高水位对应的预报调度过程；右侧为实时数据，包含水库实时水情和水位对比图。

图5 防洪形势分析界面

5.4 调度界面

洪水预报调度界面如图6所示。该界面是为决策者提供的洪水调度成果的最终体现。它将应用洪水预报子系统的预报成果，自动与交互制定多个实时可行调度方案，并可结合决策者的经验，对这些方案作出评价，为防洪调度决策提供良好的支持信息。该界面上侧为功能条，提供上传方案、下载方案、增加方案、删减方案等功能；下方提供调度过程显示、和调度过程数值信息，使用户能够全面的掌握调度过程。

图6 洪水调度界面

5.5 信息查询界面

信息查询界面如图7所示。信息查询子系统主要包括水、雨情信息查询、预报数据查询和调度数据查询。为决策者提供的各种水、雨情信息查询的最终体现。它将应用洪水预报子系统的预报成果和洪水调度子系统的调度成果，交互式查询各种水、雨情信息，为防洪调度决策提供良好的信息支持。左侧目录树显示可查询项，右侧显示被查询项的图表信息。

6 结语

图7 信息查询界面

英那河水库防洪调度决策支持系统通过采用B/S结构，运用J2EE技术框架、EasyUI、AnyChart、Ajax、Hibernate等先进技术进行三层模式的设计与开发。该系统能够通过自身的数据库管理子系统进行数据的提取与整编，并根据实时水、雨工情信息，利用洪水预报子系统进行实时或假拟未来降雨的洪水预报，进而通过生成的洪水预报方案，进行防洪形势分析和水库调度方案的交互制定，最后采用模糊优选理论结合经验进行调度方案的评价优选，给调度人员提供参考。该系统自上线运用以来，不但运行稳定，而且操作方便，功能丰富，并且由于其自身B/S结构的特点，使得后期维护比较方便，在英那河水库的防洪减灾方面发挥了重要作用。

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