北京崇青水库洪水预报调度系统开发和应用（岳政新,王志忠）

摘要：以崇青水库洪水预报调度系统开发和应用为背景, 在分析其工作现状和存在问题基础上,从系统功能需求分析、系统详细设计和系统应用与管理方面分别进行了论述, 阐述了崇青水库洪水预报调度系统的开发建设过程, 洪水预报调度的方法, 崇青水库洪水预报调度系统应用, 并提出了提高洪水预报精度的一些想法, 该系统的建设对提高崇青水库洪水预报调度工作水平起到了重要作用。

关键词：崇青水库 洪水 预报调度 开发应用

中图分类号TV697.1+ 文献标志码B 文章编号1673- 4637( 2007) 05- 0034- 03

崇青水库是北京市中型水库之一, 2005 年又被确定为全国重点防洪中型水库。崇青水库预报调度系统的建设, 实现了对洪水进行有效的预报, 同时根据调度方案提供有效的调度结果, 为防汛会商提供重要的科学依据, 可大大提高对洪水预报的精度和正确性,防汛调度决策和指挥抢险救灾更加现代化、科学化,并向北京市防汛抗旱及水资源指挥调度系统提供相应的信息服务, 对保证房山区乃至首都的防汛抗旱具有实际意义。

1 水库基本情况

崇青水库是崇各庄水库和青龙头水库的简称, 位于小清河支流的刺猬河上, 上游控制流域面积102.1 km2,总库容2900 万m3。多年平均降水量为527.9 mm, 降水主要集中在6 — 9 月, 占全年的80 %, 降雨分布不均。多年平均年径流量79.92 万m3, 最大入库洪峰流量为28m3/s。

崇青水库是保护良乡卫星城的重要防洪工程, 关系到良乡地区几十万人和几万公顷粮田的安危, 同时也是下游农田灌溉、回补地下水的重要水源地。

2 系统功能需求分析

崇青水库洪水预报调度系统于2003 年4 月开始实施, 在系统建设前期对系统建设目标及实现功能进行了需求分析。

2.1 崇青水库洪水预报调度现状

崇青水库上游有3 个雨量站和崇青水库本站, 采用手工算和经验估算的方法, 利用崇青水库洪水入库过程曲线进行洪水预报调度工作, 主要存在问题是雨水情信息收集慢、洪水预报速度慢、精度低, 影响水库防洪抢险指挥决策。

2.2 系统实现的功能

结合房山区已建的雨量遥测系统, 利用先进的计算机技术, 最大限度地实现数据共享, 将图形与数据有机结合, 使防洪管理人员通过简单、快捷的操作达到查询、统计、分析和计算调度的目的, 同时利用有关模型技术辅助决策, 实现崇青水库的洪水预报和调度。

(1) 根据崇青水库以上流域实时雨水情做出水库的洪水预报。

(2) 根据水库洪水预报( 或实时入库洪水) 和崇青水库洪水调度方案、调度规程, 作出水库洪水调度方案。

(3) 与现有运行系统良好衔接, 能够通过房山区防汛抗旱及水资源指挥调度系统调用。

(4) 实现对崇青水库重点防汛部位的视频监控。

(5) 查询崇青水库工情信息、防洪抢险预案、雨水情和气象信息等基础数据。

(6) 能够集成崇青水库以上流域各雨量站数据, 为洪水预报提供数据源, 雨量站数据提供人工修改功能。

2.3 系统建设目标

以现代计算机技术、网络技术、通讯技术、多媒体技术为基础, 充分利用信息工程、系统工程、软件工程等技术手段, 建设覆盖崇青水库流域的洪水预报调度系统。实现信息资源共享、自动采集、实时传输、数据管理功能、洪水预报调度, 科学、准确、及时地提供现代化的运用调度手段。

3 系统的建设、构成、特点与作业流程

3.1 系统建设

依据崇青水库洪水预报调度系统初步设计报告和功能需求分析, 2003 年4 月开始, 编制完成崇青水库洪水调度系统设计任务书、规划设计; 对水库现有的遥测网设备进行全面更新改造; 建立崇青水库局域网;重点部位图像监控系统; 开发洪水预报调度软件子系统。整个系统于2003 年10 月建成并投入试运行。

3.2 系统构成

崇青水库洪水预报调度系统由信息采集子系统、洪水预报子系统、洪水调度子系统、成果管理子系统、综合信息查询子系统和数据库管理子系统6 部分组成。

3.3 系统特点

(1) 结构合理, 层次清晰, 软硬件工作平台采用了信息技术的主流技术。

(2) 洪水预报子系统提供了开放的数据接口, 易于进行实时洪水预报并对预报成果作实时修正。

(3) 洪水调度子系统能依据不同的调度条件, 快速生成水库防洪系统可行调度方案, 易于结合调度经验优选多目标洪水调度方案。

(4) 信息查询子系统界面丰富, 图文并茂, 采用多线索分层查询方式, 可进行实时与历史水雨情的对比分析。

(5) 数据库采用SQL Server 网络数据库, 建立了综合、实时的专用数据库, 使系统既可用于网络系统,又可用于单机系统, 便于系统集成。

(6) 具有友好的人机交互界面, 功能齐全, 运用灵活方便, 具有极强的实用性, 良好的通用性。

3.4 系统作业流程

由水雨情遥测系统采集流域内各雨量遥测站雨量数据和人工收集水库坝上、坝下水情数据, 并存放在系统数据库内, 洪水预报时首先自动提取数据, 通过洪水预报子系统模块做出入库洪水过程预报; 然后由洪水调度子系统模块根据起调水位、当前水库水位和预报入库洪水过程, 按规划设计洪水调度规则自动生成1 个调度方案; 在规划方案基础上调度人员做出多个方案, 通过方案评价选出满意方案, 上报决策机关批准后, 由水库组织实施。

4 洪水预报调度方法

崇青水库洪水预报主要采用概化三角形法和经验单位线法2 种方法, 对于每一种预报方法又分别设置了实时预报和模拟预报。实时预报可以查询实时数据库的真实数据进行预报, 模拟预报是模拟一定时间段内一定的雨量和前期影响雨量进行预报。

针对洪水的预报结果, 进行洪水调度, 在调度过程中设置当前水库水位、起调水位和限泄流量, 从而得到出库流量过程和库水位变化过程, 生成多个洪水调度方案, 选择合理的预报调度方案进行洪水调度。

(1) 洪水预报。主要有2 种方法: ①概化三角形法; ②经验单位线法。

(2) 洪水调度。针对洪水的预报结果进行调度,在调度过程中设置当前水库水位、起调水位和限泄流量。从而得到出库流量过程和水库的库水位变化过程。洪水调度主要是针对预报结果( 概化三角形法和经验单位线法得到) , 设置一定的起始条件( 当前水位、起调水位和限泄流量) 进行调洪, 默认的起始条件为预定的调度方案, 也可以在此基础上进行修改。

5 系统应用的主要技术

(1) Active Server Page 技术。Active Server Page(简称ASP) 技术是一个WEB 应用程序环境, 可以利用本地服务器或远程服务器上运行的组件来存取数据库、应用程序或处理信息, 实现系统的B/S ( Browser/Server) 结构即浏览器和服务器结构。

(2) 动态HTML 技术。动态HTML (DHTML) 是HTML 的扩展, 它使得开发者可以对HTML 网页中的元素进行编程, 从而可以在客户端实现一定程度上的动态效果和交互能力。

(3) COM/DCOM 组件技术。COM 是ComponentObject Model 的缩写, 即组件对象模型, COM技术的应用, 提高了软件开发的效率, 并改变了软件开发的模式。分布式COM技术(DCOM) 则是COM技术的扩展, 使其能支持在局域网、广域网以及Internet 上不同计算机的对象之间的通信。

(4) WEBGIS 技术。地理信息系统(GIS) 是近年发展起来的一种空间信息管理系统, 利用WEBGIS 技术以WWW方式获得地图数据及相关属性数据。

(5) Java Applet 技术。Java Applet 是Java 的小应用程序, 是动态、安全、跨平台的网络应用程序。通过Java Applet 技术的应用, 可以接收客户端用户的输入, 动态地进行改变。

6 系统应用

崇青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。自系统投入运行以来, 在水库洪水预报调度工作中, 利用该系统共完成洪水预报( 包括实时修正, 模拟降雨预报) 作业30余次, 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, 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, 对崇青水库的防洪减灾及水资源利用有着十分重要的作用。

6.1 应用效果

(1) 缩短洪水预见期。系统建成后, 可以实时采集水库流域内水雨情实时数据, 使水库和上级防汛部门能及时掌握水库流域内实时水雨情信息, 时效性强。

(2) 洪水预报快捷灵活。系统的洪水预报交互式界面集实时预报、模拟降雨、预报成果显示与查询、预报成果实时修正于一体, 界面简洁、操作简单, 可从水雨情遥测系统提取实时降雨量, 查询流域各站降雨量, 计算前期降雨影响, 根据落地雨作洪水预报,亦可根据模拟降雨作洪水预报。

(3) 调度方案生成迅速。系统可以实时、快速地生成可行的水库防洪调度方案, 提供了自动与交互2种方式生成水库洪水调度方案的方法。自动生成方案是根据实时预报的洪水过程, 自动生成洪水调度规划方案; 交互生成方案是按起调水位、当前水库水位、限泄流量的任意组合进行调度, 2 种方案的生成都非常直观、方便。

(4) 决策支持有力。系统可根据调度与决策人员的意愿, 对交互生成的多个调度方案进行优选, 选出合理的调度方案, 为崇青水库防汛管理决策提供了决策支持。

6.2 应用中存在的问题

(1) 由于历史洪水资料缺乏, 洪水预报的准确性未经实际洪水的检验。

(2) 信息采集站点少, 只实现了雨情数据的实时采集, 其他信息( 如工情、水情等) 采集手段落后。

(3) 水库流域上游缺少土壤含水量监测点, 在洪水预报中, 不能及时准确地得到土壤饱和程度数据,影响洪水预报的准确性。

(4) 本系统只建立了简单的模型库, 洪水预报调度精度差。

通过对崇青水库洪水预报调度系统的开发, 笔者认为在北京市中型水库的洪水预报调度工作应实现信息化、现代化和模型化, 并在建设中结合水库本身的实际情况来开发洪水预报调度系统, 并且建立洪水预报模型库, 利用典型洪水数据进行修正, 这样才能开发出适合自己的洪水预报调度系统, 发挥系统的作用。

参考文献

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作者简介: 岳政新( 1972 — ) , 男, 工程师。

来源：《北京水务》2007.5