泰安市大河水库洪水预报调度系统研究

赵志鹏

（泰安市大河水库管理处，山东 泰安 271000）

大河水库坐落于山东省泰安市西郊，位于黄河下游大汶河二级支流泮汶河中游，控制流域面积84.53 km2，来水主要于桃花峪、樱桃沟。水库始建于1959年，2003年完成改建加固，总库容2 997万m3，兴利库容2 030万m3，是一座以发电为主，兼顾灌溉、防洪和工业供水的重点中型水库。设计防洪标准为100年一遇，校核防洪标准为1 000年一遇，设计洪水位166.8 m，校核洪水位167.2 m，正常蓄水位为165.0 m。水库枢纽工程包括大坝、溢洪道和放水洞三部分。大坝总长773 m，其中主坝长460 m，最大坝高22.0 m；副坝长313 m，最大坝高7.3 m，为均质土坝。水库下游保护范围涉及泰山区、岱岳区、高新区4个乡镇、35个村庄；岱岳区城区、104国道、京沪铁路、泰化公路、西外环、泰肥公路、泰东公路、泰汶公路、泰良公路以及下游大量的工矿企业。

1　洪水预报调度系统建设必要性

水库防洪调度不仅要统筹考虑水库上下游的防洪矛盾，还要统筹考虑防洪与兴利的矛盾，通过对降雨、地形地貌、人类活动这三大山洪灾害形成因素的研究，结合大河水库防洪调度工作的实际需要，以1∶50 000数字高程模型（DEM）为基础，合理划分小流域，分析计算小流域分布式单位线、进行河道演算，构建分布式水文模型，进行洪水模拟，用总出口断面流量资料做检验，并根据下垫面相似性移用于无水文资料流域。以此为基础，建立包括降雨场次划分、洪水预报计算、实时预警监视、水库调度分析、数据综合查询、三维动态淹没过程展示等内容的防洪调度指挥系统。根据降雨数据、水库调度指令预测水库水位变化情况。基于高精度的高程数据和河道断面数据构建三维洪水淹没模型，根据降雨数据、水库泄洪数据模拟下游河道洪水过程，计算可能淹没范围，分析洪水对下游城镇的影响。实现对大河水库上游流域的实时洪水预报预警，水库调度的模拟演算、洪水过程的前瞻性预测，为防洪减灾、水库调度决策提供数据支撑和技术支持。

2　洪水预报调度系统主要研究内容

洪水预报调度拟采用预报的入库流量作为遭遇洪水量级及相应泄量的判别指标。核心部分是根据水文预报的结果，结合工作人员的经验，进行洪水的合理调度，既要保证标准内洪水安全下泄，又要保证最大限度的为灌溉、发电等用水拦蓄洪水。在实时洪水调度中，采用流域水文模型进行产、汇流预报及河道洪水演进计算。

1）预报模型建模及数据处理，包括小流域划分、模型参数提取、构造小流域单位线、构建流域模型拓扑关系、预报模型建模、模型参数率定等。

2）建立预报模型数据库和业务管理数据库，为预报模型计算，基础数据查询，预报结果查询、模型参数修改和系统用户管理提供数据支持。

3）建立水库洪水调度模型，模拟水库闸门调度过程，分析计算水库水位流量过程，为防洪调度提供技术支持。

4）建立洪水淹没分析模型，结合洪水调度与洪水预报，分析水库放水对下游的影响，计算淹没范围，统计灾害损失。

5）建设基于B/S架构的WEB应用程序，提供水库信息查询，预报结果查询、预报告警信息查询、电子地图浏览等服务。

6）建设基于C/S架构的后台计算程序，自动收集最新雨情，实时进行洪水预报计算，自动监测上游断面和水库洪水过程，一旦超过告警阈值，实时生成预报预警。

3　洪水预报调度系统模块设置

大河水库防洪调度指挥系统将基础数据、水雨情、空间数据、预报模型、水库调度等数据进行统一管理，通过实时监测和预报分析，进行报警和预警，发布预警信息。系统采用模块化结构，以便模型扩展和完善；能够对各种预报模型的输入与输出信息进行有效的管理；系统采用B/S和C/S相结合的模式，以空间服务系统为平台，包括数据采集处理、地理信息系统、数据分析服务、洪水预报分析、水库信息查询、电子文档管理、系统管理等模块。

4　洪水预报调度系统主要功能

4.1　基本信息

基本信息地可以显示信息包括雨量站点、降雨分布、摄像头、水库示意图等。雨量站点显示降雨柱状图，并可查看测站详细降雨过程。降雨分布可以通过等值面的形式展现降雨分布情况。降雨播放可查看当前降雨场次降雨等值面动画。摄像头显示水库周边的摄像头，可以查看摄像头监视情况。水位示意图显示水位数据及特征值。

4.2　洪水预报分析

洪水预报分析包括预报结果查询、预警信息查询、水库模拟调度等内容。预报结果查询分为单一断面预报和多断面预报，单一断面预报通过调用模拟数据读取模块，获取该断面的流量过程数据、考虑预报降雨后的流量过程；多断面预报通过调用模拟数据读取模块，获取各个断面的某时刻的流量特征参数。预警信息查询根据降雨场次标识、预警标识和状态查询数据库，获取预警时间、洪峰流量、峰现时间、水量及预警地点、相关责任人等。水库模拟调度根据模拟任务ID、水库ID，调用模拟数据读取模块，获取水库预报结果，输出水库水位过程线图、水库来水量。

4.3　水库调度管理

防洪预案管理包括开闸计算、调度指令和水库调度计算。开闸计算根据起调水位、泄量信息，计算指定泄量和起调水位对应的闸门开高调整过程，输出闸门开高过程，用于开闸放固定泄量的水，闸门需要开多高。调度指令可以参考开高情况，录入合理的启闭高度。水库调度计算根据起调水位、闸门开高、开启孔数、预报结果，进行泄洪计算，输出水位过程、库容过程、泄量过程，通过试算，使水库水位降低到汛限水位以下。

4.4　预报预警计算服务

系统采用后台计算方式进行实时分析计算，可对所有河网节点、重要断面、水库的流量过程进行实时预报。洪水预报服务以实时方式进行，采用30分钟进行一次预报计算，即在降雨后的第一个时段末开始，逐步预报当前场次每一个降雨时段末之前所有降雨可能形成的流量水位过程。对于设定预警阈值的断面，需监控预报流量数据，一旦超过预警阈值，及时生成预报预警信息。

5　结语

洪水预报调度系统是防洪调度决策支持系统的重要组成部分，大河水库通过建立洪水预报调度系统，提高了预报精度及实用性，为实现防洪调度系统科学、可靠、高效决策提供了条件，进一步提高了水库的防洪调度、运行管理及安全管理的信息化水平。