九龙江流域洪水调度子系统设计研究

九龙江流域洪水调度子系统设计研究

许槐阳

河海大学水文学院，南京 (210098)

E-mail：xhy.0605@

摘要：本文在实时洪水调度原理和实现方法的基础上，针对福建九龙江流域的防洪特点，开发了常用水库洪水调度模型。以数据库为核心，利用水库调洪数值解法、人机交互决策方法、面向对象技术、数据库技术设计等多种技术和方法，设计并开发了洪水调度子系统，为防汛指挥系统提供重要的决策参考依据。

关键词：洪水调度，实时，系统，防洪

1．概述

九龙江位于福建省西南部，是福建省第二大河，流域面积14741km2，分为北溪、西溪和南溪，西溪和北溪为主要干流。南一水库位于西溪上游船场溪支流上，坝址以上流域面积522km2，总库容1.58亿m3，是福建省唯一的以防洪为主的大Ⅱ型水库，它的重要任务是削减洪峰流量，从而提高下游南靖县城区及漳州市区的防洪标准。九龙江流域的防洪调度是以南一水库的洪水调度为中心，兼顾考虑下游地区的防洪任务。因此，防洪调度的关键是在考虑南一水库上游、西溪、北溪和下游区间洪水预报条件下，制定南一水库的防洪调度方案，满足水库本身及下游的防洪要求。

2．研究内容

根据九龙江流域防洪特点和要求，防洪调度系统包括了如下主要研究的内容：

(1)南一水库单库调度：考虑暴雨中心位置处于水库上游控制流域或发生较大流域性洪水情况，为确保南一水库大坝安全和尽可能减小下游淹没损失的防洪调度。

(2)错峰补偿调度：根据预报的南一水库入库洪水过程，考虑西溪、北溪和下游区间洪水预报，以不超过下游主要防洪控制点安全泄量为原则，按错峰方式进行补偿调节调度。

(3)根据实时雨水情及工情信息，实现预报调度的实时修正功能。

(4)研究调度方案与下游河道水力学模型的耦合。水库出流过程经过汇流演算后，作为河道演进子系统的上边界输入, 仿真下游河道动态水流过程。模拟仿真结果反馈给防洪调度系统，并结合实时信息，对调度方案进行修改完善。

(5)交互生成各种调度预案，充分发挥调度决策者的防洪调度经验；提供方案分析评价功能；模拟指定方案下南一水库闸门启闭过程。

3．系统组成

防洪调度系统是以数据库为中心，采用调度系统总控界面对系统进行管理，用菜单和图标来实现系统的功能操作。系统以预报库、调度库、系统实时水情雨情数据库来进行系统数据资源管理，实现实时洪水预报调度的模拟调度与仿真[1]。

根据九龙江流域防洪调度的实际业务需求，本子系统主要提供调度方案生成、方案分析、方案实施、方案管理四个功能模块。通过人机交互方式实现防洪形势分析、调度方案制定与仿真、调度方案对比与评价、调度方案成果显示(包括图和表)、调度方案调整、调度方案实施、调度成果管理等功能。

考虑到各子系统之间功能的相对独立性以及整个软件系统功能的完整统一性，本子系统

不另外提供诸如基本信息、水雨情信息、查询等信息管理功能，仅提供调度控制条件及调度结果的简单浏览功能。相关数据的处理是在程序内部通过接口程序与综合数据库及其他子系统连接[2]。

3.1 方案生成

调度方案生成是对选择的调度模型，根据流域洪水过程预报，按指定的控制条件进行调洪演算，得到水库水位（蓄量）及出库流量的过程，如图1所示。为满足不同情况的要求并结合九龙江流域的防洪特点，系统提供了2种实时洪水调度模型，包括人工估报调度模型、指令调度模型。其中人工估报调度模型可根据实时预报的洪水过程，自动生成洪水调度规划方案。而指令调度模型，可根据当前洪水形势以及决策者的意愿，任意调整控制条件，获得不同调度方案，为调度决策时的系统仿真提供了强有力的工具。

图1 【实时洪水调度-方案生成】页面

3.2 方案分析

方案分析是对生成调度方案的计算结果进行统计分析，包括调度控制条件统计、基本预报调度信息统计和详细调度结果统计,将初始调度方案中的关键性指标可视化。

方案分析模块又分成单方案分析和多方案对比两个子功能模块。

单方案分析就是每次对一个调度方案提供详细的调度结果，以图形和报表方式显示各调度方案的入流、出流及库位过程线，如图2所示。主要包括：水库水位、入库流量、出库流量组合过程线；水库水位、入库流量、出库流量综合表；入库洪峰、洪量频率分析。

多方案对比同时最多可以比较3个调度方案，系统将3个调度方案的调度结果相同的指标放在一起进行比较，用图形和表格的形式表现出来。功能包括：

(1)方案选择：查看所选调度方案水库水位、入库流量、出库流量组合对比过程线；

(2)方案排序：系统提供按最高库水位和最大出库流量两种准则的方案进行排序；

(3)方案推荐：在各方案对比的基础上，推荐其中的一个方案进行方案实施；

(4)方案调整：根据所推荐的方案，对关注的因子直接进行调整，包括表格数据直接修改和过程线直接拖动，系统直观的反应出各个指标之间的相互关联；

(5)图形、报表打印：打印当前对比方案的各种过程线及特征值，支持Microsoft Execl 报表格式及各种图片输出格式。

图2 【单方案分析】页面

3.3 方案实施

方案实施是对选定的调度方案，根据泄洪设施的泄流能力及当前时刻水库的运行状况，对泄洪设施做出安排的过程。用户直接点击各设备旁的按钮，设备的开度随之变化，同时启动后台泄量计算程序，对应的泄流量数值随之发生改变。操作设备的基本原则是力求减少设备启闭频次，相邻时段设备开度幅度变化小，实际可泄洪量与计算（计划）泄洪量尽可能接近，系统默认两者之差为1m3/s。对不同时段进行操作，则可对一场洪水的调度过程做出泄洪设施安排。

3.4 频率洪水调度

频率洪水调度模块提供对各种频率的设计洪水过程进行模拟调度与仿真计算，求出各种频率洪水条件常规调度下的最高水位、最大泄量等，寻求对实时调度有用的信息。模块的输入为各种频率的设计洪水，采用的是水库的常规调度方案，调度结果以图和表的形式表现出