水库洪水预报调度系统研究与开发

水库洪水预报调度系统研究与开发
【摘要】水库是我国防洪广泛采用的工程措施之一。

在防洪区上游河道适当位置兴建能调蓄洪水的综合利用水库，利用水库库容拦蓄洪水，削减进入下游河道的洪峰流量，达到减免洪水灾害的目的。

水库洪水预报调度，则是依据预报的洪水过程，而不是设计给定或实测的洪水过程，实施防洪调度的方法。

这一方法的明显优点在于增加了水库调洪的主动性，增大了水库预蓄或预泄的可能性，从而为实现汛限水位的动态控制、缓解水库防洪和兴利的矛盾创造了条件。

【关键词】水库；洪水；预报；调度；系统；研究；开发
引言
洪水预报调度，作为一种能有效减轻洪灾的危害程度和降低洪灾所造成的损失的非工程措施，在近几年来的防洪减灾工作中发挥着越来越重要的作用。

本文在横锦水库实时洪水预报调度系统的研究开发过程中，对洪水预报参数率定，实时洪水预报软件开发，实时洪水作业预报精度提高，洪水调度等问题做了认真细致的研究工作，找到相应的解决方案，为水库洪水预报调度提供了比较完善的解决方案。

1 工程概述
横锦水库位于浙江省东阳市横锦村之东，是一座以防洪、灌溉为主，结合供水、发电等综合利用的大（2）型水利工程，水库控制流域面积378平方公里，水库库容2.74亿立米，主流长50公里，水库流域以山区为主，流域分水岭平均高程646米，河道平均高程259米，3～6小时洪峰即可到达水库，为提高水库洪水预报和防洪调度的现代化水平，最大限度的发挥水库的防洪效益，横锦水库洪水预报调度系统于2003年6月建成并投入运行，系统的使用，使横锦水库能够更好地发挥水库的拦洪减灾作用，充分利用洪水资源，增加兴利效益。

2 系统功能模块
水库洪水预报调度系统采用客户/服务网络结构的模块化设计，具有较强的通用性，从数据库接到水文遥测数据开始，一直到洪水预报调度，主要由三个子系统来实现：数据库管理子系统、洪水预报子系统和洪水调度子系统。

2.1 数据库管理子系统
数据库管理包括水库库码、水文站雨量站的站码管理，水雨情信息输入与输出管理及水文资料的信息的整编与处理等问题。

业务管理是为水库日常的水文业务计算、运行业务、各种其他业务报表统计打印、汛情报表制订与上报等提供管理服务。

2.2 洪水预报子系统
洪水预报子系统，在功能上分为定时洪水预报和人工干预洪水预报。

2.2.1 定时洪水预报
定时洪水预报，就是根据定时遥测的雨量和水位，人工采集的蒸发和出库流量等水文数据，预报出未来一定时期内入库洪水总量、洪峰、峰现时间、入库洪水过程等。

所谓定时，就是取固定的时间间隔。

一般系统取1小时（也可以更短），系统每过1小时，到每个准点时刻就会自动做出实时洪水预报，其结果自动存入数据库，不作任何人工修改，不需人工操作。

2.2.2 人工干预洪水预报
人工干预洪水预报就是据实测的雨量和估计的未来降雨预报入库洪水。

未来时期降雨估计，可据模型预报，也可据气象卫星云图或使用者的经验判断估计。

（1）实时洪水模拟。

该功能除了能根据实时雨量快速地预报出未来洪水的变化过程及洪量、洪峰与发生时间等特征值，还可与气象预报结果相连接，根据未来的可能预测雨情，做出洪水变化的趋势预测与分析，延长了洪水预报的预见期，给会商调度提供更多的信息，为洪水调度提供更丰富的未来可能水情信息。

（2）历史洪水模拟。

该功能用当前使用的预报模型和模型参数，对历史上洪水特点与当前洪水相近的洪水进行模拟，分析当前模型模拟历史洪水的效果，进而评估当前模型预报未来将发生洪水的可能效果和误差情况，以给决策者和洪水调度提供更多的参考信息。

（3）模型管理。

主要有模型的选择、模型的修复和模型参数的修正。

各种功能都有人工干预和全自动执行的能力，以适应不同层次操作人员的需要。

其主要作用是提高洪水预报软件的自适应能力，以在流域水文特点变化条件下，或模型运行环境遭破坏情形下，洪水预报还能正常运行，并达到一定的预报精度。

在系统软件运行过程中，随着水文资料的累积，可以不断修正模型参数，使得系统软件应用时间越长，越能反映流域实际情况，使用效果越好。

为了使系统具有广泛的适用性与灵活性，提供了6种预报模型：新安江模型、混合产流模型、变径流系数模型、坦克模型、萨克拉门托模型、经验相关模型，大大丰富了洪水预报系统的功能。

3 洪水调度子系统
洪水调度包括调度方案生成、方案分析、实施方案生成、实施方案选定和调度原则管理等功能。

根据水库、坝下防洪关键点与库内淹没区的水情、工况和社会经济状况，用不同控制模式，生成洪水调度预案系列；对预案进行效益分析、评价与推荐；同时还可考虑各级防汛部门、领导和专家的意见，采用多种调度规则，进行会商、综合，提出调度方案。

（1）方案生成：主要对水位生成、流量生成、补偿生成、指令生成、预报预泄六种生成模式作水库调洪演算，得六种模式条件下的调度方案。

水库常用的调度模式有水位生成模式、出库生成模式和指令生成模式。

水位控制模式的目标是在保证水库水位控制条件的前提下，使水库的最大下泄量最小，即以通常所说的最大削峰准则进行调度。

出库生成模式的目标是在保证水库泄量不超过设定值的前提下，使水库的最高水位最低。

指令调度模式是固定泄量的调洪计算，只需要考虑泄洪设施的泄流能力约束。

（2）方案分析：主要是对方案的特征信息进行分析，计算出方案的最大水位、最大出库、最大入库、削峰率、调蓄率、入库水量和出库水量；并且以曲线图的方式展示方案的水库水位过程线、入库流量和出库流量过程线，非常形象地展示了调度方案的具体情况和特征信息，为领导决策提供强有力的支持。

（3）查看详细方案：查看调度方案详细：就是以数据列表的方案展示方案的控制条件、特征信息表、方案的各时刻的水库水位、水库蓄量、入库流量和闸门泄流数据。

（4）实施方案：系统会自动根据洪水调度方案自动生成实实施方案。

实施方案包括闸门的开启方式、开孔数、开度和开闸时间及状态，系统生成多种实施方案，用户可以根据实际情况选定方案，用户也可以删除实施方案，为用户防洪决策提供技术支持。

（5）调度原则管理：就是对水库的调度原则进行新增、修改、删除的操作，系统在生成方案的时候，采用调度原则的数值来生成调度方案。

4 系统应用
横锦水库洪水预报调度系统的开发建成，使水库的洪水预报调度水平有了质的飞跃：（1）缩短洪水预见期。

（2）洪水预报快捷灵活。

（3）调度方案生成迅速。

系统投入运行以后，在水库洪水预报调度工作中，利用该系统共完成洪水预报作业20余次，特别是在2007年水库连续遭遇十三号台风“韦帕”和十六号台风“罗莎”，及时生成多个洪水调度方案，并优化出洪水调度方案，极大支持了水库调度决策，既避免了库区的淹没又确保下游地区及时做好防洪抢险工作，取得了显著的防洪效益。

5 结语
水库洪水预报调度系统可以以洪水的运送规律以及洪水的形成为主要依据，对历史或者现在的水文气象资料进行利用，对未来一定时段内的洪水发展情况所做的预测预报分析，是防灾减灾的一项重要的非工程措施。

水文系统是非常复杂的，而且影响因素众多，本文在洪水预报软件系统的开发方面做了一些研究工作，欲提高其洪水预报的精度及延长预见期，要想达到目的还需要进行许多艰苦的工作。

参考文献：
[1]郭生练.水库调度综合自动化系统[M].武汉：武汉水利电力大学出版社.2000（08）.
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[3]陈华，郭生练等.基于Web的水库洪水预报调度系统设计与开发[J].武汉大学学报，2004（07）.。