張春哲，劉 恒，田作佳

( 遼寧省水利水電科學(xué)研究院，沈陽110003)

0 引 言

水庫預(yù)報預(yù)警系統(tǒng)是水庫防洪減災(zāi)非工程措施的核心內(nèi)容之一。洪水預(yù)警的目標(biāo)就是采用專業(yè)技術(shù)及信息通訊技術(shù)將可能發(fā)生的洪水災(zāi)害信息遠(yuǎn)程傳輸?shù)娇刂浦行?，然后?jīng)過數(shù)據(jù)處理與分析，使防汛領(lǐng)導(dǎo)及時準(zhǔn)確的了解到現(xiàn)場的洪水動態(tài)，并采用相關(guān)的數(shù)據(jù)模型和水文模型進(jìn)行分析計算，從而得到想要的預(yù)報預(yù)警信息［1］。然后向社會發(fā)布預(yù)警信息，相關(guān)部門根據(jù)預(yù)警級別采取相應(yīng)的措施，從而減小社會損失。顯然，準(zhǔn)確、及時的洪水預(yù)報有著舉足輕重的作用，它的精度和實時性，都極大地制約著整個防洪指揮決策的靈敏性和實時性［2］。本文結(jié)合友鄰水庫的實際需求，分別建立水文模型和洪水預(yù)報調(diào)度系統(tǒng)，為水庫提供有效的技術(shù)支持。

1 實現(xiàn)目標(biāo)

按照國家防汛抗旱指揮系統(tǒng)工程的建設(shè)目標(biāo)，充分利用現(xiàn)有資源，采用統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)建設(shè)模式。通過友鄰水庫洪水預(yù)報調(diào)度系統(tǒng)的建設(shè)，實現(xiàn)水雨情監(jiān)測，并對水庫進(jìn)行水文預(yù)報與防洪調(diào)度工作進(jìn)行全面的自動化、信息化的支持; 通過從水文自動測報數(shù)據(jù)庫中讀取的流域各測站降水信息，計算流域日平均降水量，最終累積計算出后日8:00 的流域降水量、徑流量及Pa 值，和PA 值的連續(xù)計算模塊;實現(xiàn)常規(guī)的洪水產(chǎn)匯流預(yù)報，根據(jù)采集來的降水信息進(jìn)行產(chǎn)流計算，計算出選擇時間段內(nèi)的徑流深與前期影響雨量的變化過程，然后根據(jù)用戶選擇的單位線進(jìn)行匯流計算;實現(xiàn)水庫的防洪調(diào)度，在洪水預(yù)報成果的基礎(chǔ)上，進(jìn)行水庫模擬調(diào)度或預(yù)案調(diào)度;成果達(dá)到國家防汛指揮系統(tǒng)、國家相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，滿足各相關(guān)應(yīng)用部門的需要，實現(xiàn)為科學(xué)防汛提供可靠支持的目標(biāo)［3－4］。

2 模型建立

降雨徑流預(yù)報是利用流域降雨量經(jīng)過產(chǎn)流和匯流計算，預(yù)報出流域出口斷面的徑流過程［5－6］。因此，降雨徑流預(yù)報主要包括兩方面的內(nèi)容: ①由降雨量推求凈雨量; ②由凈雨過程推求流域出口斷面的徑流過程。下面分別對產(chǎn)流預(yù)報模型和匯流預(yù)報模型進(jìn)行闡述。

2.1 產(chǎn)流部分

1) 流域平均降雨量計算。采用臨近的大巴、本站的實測降雨資料，取2個站的平均降雨量作為流域平均雨量。

2) 產(chǎn)流參數(shù)的確定。水庫無蒸發(fā)資料，參考流域水文分區(qū)及水庫的產(chǎn)流特性，確定Im=160 mm。

3) 徑流深的計算。根據(jù)水庫水位、庫容及泄量資料，推求水庫的次洪流量過程，在次洪流量過程中分割基流及前期徑流過程，用時段流量累積計算入庫徑流深R。

4) 前期影響雨量Pa 的計算。前期影響雨量自5月1日起算，初始值取零值進(jìn)行計算。

計算公式為:

式中:Pat、Pat+1分別為t、t+1日前期影響雨量，mm;Pt 為流域平均降雨，mm; Rt 為Pt 所產(chǎn)生的徑流量，mm;K 為日折算系數(shù);Im 為流域內(nèi)最大初損值，mm。

5) 降雨徑流深相關(guān)圖。對1975—2000年間的15 次降雨徑流關(guān)系點據(jù)進(jìn)行分析，以P +Pa 為縱坐標(biāo)，R 為橫坐標(biāo)，點繪P+Pa ～R( 降雨徑流) 相關(guān)圖。

2.2 匯流部分

1) 峰量相關(guān)圖。對水庫資料計算分析，共收集到15 次峰量相關(guān)數(shù)據(jù)( 高水部分點數(shù)據(jù)較少) ，以Qm 為橫坐標(biāo)，R 為縱坐標(biāo)，點繪Qm ～R 相關(guān)圖。

2) 推求洪水歷時。匯流時間基本在2 ～2.5 h左右，洪峰出現(xiàn)時間符合遼西地區(qū)匯流特點。若來水量超過水庫溢洪道堰底，水庫泄洪，最高洪水位約在入庫洪峰2 h后出現(xiàn)。

3 系統(tǒng)設(shè)計

系統(tǒng)的建立將充分運(yùn)用水文自動測報系統(tǒng)采集到的水雨情信息，對友鄰水庫洪水預(yù)報與防洪調(diào)度工作進(jìn)行全面的自動化、信息化的支持。系統(tǒng)由系統(tǒng)管理、參數(shù)維護(hù)、雨情查詢、洪水預(yù)報、防洪調(diào)度、成果管理、整編報表和值班日記等子系統(tǒng)組成，系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

3.1 參數(shù)設(shè)置

本功能實現(xiàn)了對整個系統(tǒng)中所應(yīng)用到的各類信息及參數(shù)的維護(hù)和統(tǒng)一管理。用戶通過交互操作選擇要修改的參數(shù)項，用戶可對參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)地修改。修改后的結(jié)果最終存入?yún)?shù)數(shù)據(jù)庫，供預(yù)報調(diào)度模型使用。

本功能可維護(hù)的參數(shù)包括: 測站與站號關(guān)系、各流域包含的測站及權(quán)重、流域蒸散發(fā)參數(shù)、流域水文預(yù)報參數(shù)( 包括匯流單位線、流域拋物線系數(shù)及流域最大蓄水量參數(shù)等) 、單位線、退水單位線、水位庫容關(guān)系、水位面積關(guān)系以及調(diào)度參數(shù)維護(hù)等。在參數(shù)維護(hù)界面中可直接進(jìn)行差值計算，推算相應(yīng)結(jié)果值。這樣處理是考慮到對系統(tǒng)進(jìn)行模塊化開發(fā)，只要改變其中的測站和對應(yīng)的參數(shù)等信息，就可以改變系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，便于系統(tǒng)的后期維護(hù)和管理。

3.2 雨量查詢

本功能運(yùn)用開放數(shù)據(jù)庫互聯(lián)技術(shù)( ODBC) 開發(fā)客戶端程序模塊，實現(xiàn)對服務(wù)器端的水文自動測報SQL Server 2000 數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢?？蛻舳送ㄟ^對所查詢到數(shù)據(jù)的分析統(tǒng)計，將用戶關(guān)心的數(shù)據(jù)以柱狀圖和數(shù)據(jù)報表的形式顯示。操作過程中用戶可通過友好的交互操作選擇要查詢的流域和時間。

3.3日常預(yù)報

本功能實現(xiàn)對水庫常規(guī)的日常水文預(yù)報，通過從水文自動測報數(shù)據(jù)庫中讀取的流域測站降水信息，計算流域日平均降水量，最終累積計算出后日8:00 的流域降水量、徑流量及Pa 值。水文預(yù)報方法采用蓄滿產(chǎn)流模型進(jìn)行，蒸發(fā)模式按單層進(jìn)行計算。用戶可通過查詢歷史計算成果曲線和數(shù)據(jù)表了解流域的Pa 值及產(chǎn)匯流變化與趨勢。用戶還可以將預(yù)報的結(jié)果以Excel 表格的形式進(jìn)行保存和打印。

3.4 實時洪水預(yù)報

本功能實現(xiàn)對水庫常規(guī)的洪水產(chǎn)匯流預(yù)報，通過從水文自動測報數(shù)據(jù)庫中讀取的流域測站降水信息，計算流域日平均降水量，計算出后日8:00 的流域時段降水量、徑流量及時段末Pa 值，并根據(jù)用戶選擇的單位線進(jìn)行匯流計算。水文預(yù)報方法采用蓄滿產(chǎn)流模型進(jìn)行，蒸發(fā)模式按單層進(jìn)行計算，匯流計算按單位線法計算。

3.5 防洪調(diào)度

本功能實現(xiàn)對水庫的預(yù)報入庫產(chǎn)匯流進(jìn)行模擬調(diào)度，通過工作人員輸入啟調(diào)水位，各泄水建筑物的調(diào)度方式、時間、泄量等，利用水量平衡原理采用試算法演算水庫的水位變化過程及出庫流量變化過程，并統(tǒng)計出調(diào)度的特征值，結(jié)果可進(jìn)行維護(hù)和保存。水量平衡原理方程如下:

式中:Q1、q1分別為時段初入庫、出庫流量;Q2、q2分別為時段末入庫、出庫流量;V1、V2分別為時段初、時段末水庫庫容。

3.6 成果管理

本功能實現(xiàn)對水庫預(yù)報成果、水庫調(diào)度成果和歷史大洪水的管理。包括對預(yù)報結(jié)果值按照不同的方案編號進(jìn)行查詢與維護(hù)，并且可將各預(yù)報的成果和調(diào)度成果信息進(jìn)行保存，便于各部門快速準(zhǔn)確的了解洪水的預(yù)報狀況。系統(tǒng)開發(fā)界面見圖2、圖3。

圖2 系統(tǒng)主界面

圖3日常預(yù)報界面

4 結(jié) 語

友鄰水庫水情自動化應(yīng)用系統(tǒng)的建立，充分運(yùn)用現(xiàn)代化信息和水利科學(xué)技術(shù)，在綜合水庫多年來防洪減災(zāi)基礎(chǔ)建設(shè)與信息化成果基礎(chǔ)上完成。保證項目取得具有先進(jìn)性、可靠性和實用性的研究開發(fā)成果。系統(tǒng)的建設(shè)有利于提高水庫水情自動化與洪水預(yù)報水平，促進(jìn)友鄰水庫水利信息化發(fā)展，進(jìn)一步完善水庫總體防洪減災(zāi)體系，防止和減輕水庫洪澇災(zāi)害，確保城市的防洪安全。

［1］王文，馬俊. 若干水文預(yù)報方法總數(shù)［J］. 水利水電科技進(jìn)展，2005，25(1) :56 －60.

［2］劉金平，張建云. 交互式洪水預(yù)報系統(tǒng)及關(guān)鍵技術(shù)研究［J］. 水文，2004(1) :66 －69.

［3］梅松，程偉平，劉國化. 洪水預(yù)報模型的預(yù)評估機(jī)模型研究［J］.2005.24(2).119 －122.

［4］陳捍華，李培蕾. 流域洪水預(yù)報系統(tǒng)及其關(guān)鍵問題研究［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.