曲靖市花山水庫(kù)洪水預(yù)報(bào)調(diào)度管理系統(tǒng)簡(jiǎn)介

李鳳瓊

(曲靖灌區(qū)管理局,云南曲靖 655000)

曲靖市花山水庫(kù)洪水預(yù)報(bào)調(diào)度管理系統(tǒng)簡(jiǎn)介

李鳳瓊

(曲靖灌區(qū)管理局,云南曲靖 655000)

介紹了曲靖市花山水庫(kù)洪水預(yù)報(bào)調(diào)度管理系統(tǒng)的主要功能、系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù),并小結(jié)了其實(shí)際運(yùn)行實(shí)踐。

洪水預(yù)報(bào)調(diào)度系統(tǒng);簡(jiǎn)介;花山水庫(kù)

1 花山水庫(kù)概況

花山水庫(kù)位于云南省曲靖市花山鎮(zhèn)花山河上游,于 1958年底建成并投入運(yùn)行,徑流面積225km2,大壩為粘土心墻土壩,壩高 33.5m,總庫(kù)容 8233萬(wàn)m3,灌溉農(nóng)田 0.33萬(wàn) hm2,提供部分工業(yè)用水和城市防洪任務(wù)?；ㄉ剿畮?kù)洪水預(yù)報(bào)調(diào)度管理系統(tǒng)是國(guó)家防汛指揮系統(tǒng)試點(diǎn)項(xiàng)目之一,包括水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)、洪水預(yù)報(bào)調(diào)度系統(tǒng)等。水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)由水庫(kù)管理處與北京燕禹新技術(shù)開發(fā)部聯(lián)合研制,洪水預(yù)報(bào)調(diào)度系統(tǒng)由水庫(kù)管理處與河海大學(xué)聯(lián)合研制。該系統(tǒng)于 2000年 7月投入運(yùn)行。

2 系統(tǒng)的主要功能

2.1 水情自動(dòng)測(cè)報(bào)子系統(tǒng)

水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng),主要包括各測(cè)站水雨情的實(shí)時(shí)采集、傳輸及水情資料的處理和整編。花山水庫(kù)徑流區(qū)及管理處周圍共設(shè)有 1個(gè)中繼站、4個(gè)水情遙測(cè)站、市防辦中心站及水庫(kù)分中心站。其中,水庫(kù)徑流區(qū)內(nèi)設(shè)有 3個(gè)單雨量站、1個(gè)水位雨量站。站點(diǎn)布置基本覆蓋花山水庫(kù)徑流區(qū),所采集的水雨情信息能基本滿足花山水庫(kù)洪水預(yù)報(bào)的要求。各站觀測(cè)到的水雨情信息,通過(guò)中繼站以超短波方式傳輸?shù)绞蟹擂k中心站及花山水庫(kù)分中心站。各站每有 1mm的降雨、1cm的水位變化,即自動(dòng)上傳。中心站及分中心站計(jì)算機(jī)系統(tǒng)將接收到的水雨情數(shù)據(jù)通過(guò)分類處理存入數(shù)據(jù)庫(kù),供洪水預(yù)報(bào)調(diào)度系統(tǒng)使用。水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)軟件將接收到的水位、雨量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,自動(dòng)生成各個(gè)站的多種報(bào)表、報(bào)圖,供查詢、統(tǒng)計(jì)、上報(bào)使用。該軟件還有一個(gè)很重要的功能,即動(dòng)態(tài)檢測(cè),可直接監(jiān)測(cè)所有測(cè)站點(diǎn)的實(shí)時(shí)降雨量、水位,掌握測(cè)報(bào)區(qū)域的實(shí)時(shí)水雨情。降雨若超過(guò)警戒值,能自動(dòng)報(bào)警,無(wú)人值守時(shí),動(dòng)態(tài)檢測(cè)的另一個(gè)重要作用是為定時(shí)洪水預(yù)報(bào)提供實(shí)時(shí)的水雨情數(shù)據(jù),為提高定時(shí)洪水預(yù)報(bào)精度創(chuàng)造條件。

2.2 洪水預(yù)報(bào)子系統(tǒng)

2.2.1 定時(shí)洪水預(yù)報(bào)

定時(shí)洪水預(yù)報(bào)是根據(jù)自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)采集并存入數(shù)據(jù)庫(kù)的實(shí)時(shí)雨量、水位和人工置入的蒸發(fā)量及出庫(kù)流量,每過(guò)一個(gè)時(shí)段間隔 (可人工設(shè)置,一般為 1h),自動(dòng)預(yù)報(bào)未來(lái)時(shí)間 (一般設(shè)為 24h)的入庫(kù)洪峰、峰現(xiàn)時(shí)間、洪水總量等。預(yù)報(bào)結(jié)果會(huì)自動(dòng)存庫(kù)并可查詢。定時(shí)洪水預(yù)報(bào)具有加密預(yù)報(bào)、延時(shí)設(shè)置、自動(dòng)越限報(bào)警等功能。在大雨、暴雨期間,可使用加密預(yù)報(bào),將預(yù)報(bào)間隔縮短,以隨時(shí)掌握入庫(kù)洪峰、洪量情況。為保證自動(dòng)預(yù)報(bào)采用的水位、雨量等數(shù)據(jù)是實(shí)時(shí)的,可采用延時(shí)設(shè)置。例如,將整點(diǎn)預(yù)報(bào)延長(zhǎng) 10min,以減少預(yù)報(bào)誤差。對(duì)一些重要參數(shù),若超過(guò)設(shè)置的警戒值,可自動(dòng)報(bào)警。定時(shí)洪水預(yù)報(bào)只是根據(jù)當(dāng)前的降雨情況預(yù)報(bào)未來(lái)的入流過(guò)程,不考慮未來(lái)降雨的改變情況。因此,與當(dāng)前的時(shí)間相距越遠(yuǎn),則預(yù)報(bào)精度越差。

2.2.2 人工干預(yù)洪水預(yù)報(bào)

人工干預(yù)洪水預(yù)報(bào),是據(jù)遙測(cè)的當(dāng)前降雨和估計(jì)的未來(lái)降雨量,預(yù)報(bào)入庫(kù)洪水,可估計(jì)多種未來(lái)降雨情況,得到未來(lái)的多種入庫(kù)洪水過(guò)程,為科學(xué)的洪水調(diào)度提供更豐富的未來(lái)可能洪水信息。輸入的未來(lái)降雨量,為面平均降雨量,各站均相同。

2.2.3 模型中間變量初值修正

模型中間變量是隨時(shí)間變化的遞推計(jì)算變量,如土壤含水量、徑流深等。在系統(tǒng)軟件正常運(yùn)行中,軟件會(huì)自動(dòng)遞推估計(jì),但如果遙測(cè)系統(tǒng)出故障,軟件就無(wú)法估計(jì)出中間變量初值。此時(shí),就需對(duì)中間變量進(jìn)行修復(fù),分為軟件自動(dòng)修復(fù)和人工修復(fù),而使用有資料的自動(dòng)修復(fù)效果較好。

2.2.4 模型參數(shù)修正

雖然不少小學(xué)都開始推崇信息化教學(xué)，但是很多教師還是沿襲了傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式，盡管也運(yùn)用了信息化手段，但運(yùn)用缺乏合理性和科學(xué)性，不僅手段單一，而且缺少與學(xué)生的互動(dòng)，造成學(xué)生沒有參與感，信息化教學(xué)的優(yōu)勢(shì)也無(wú)法發(fā)揮。除此之外，還有部分教師在教學(xué)過(guò)程中盲目運(yùn)用信息化手段，只是以學(xué)生興趣為目的來(lái)使用多媒體教學(xué)，并沒有深入探討教材內(nèi)容，只是信息化了，卻沒有與教材緊密結(jié)合，也就失去了信息化教學(xué)的意義。

模型參數(shù)是指蒸發(fā)折算系數(shù)、坡面匯流系數(shù)等。系統(tǒng)軟件在長(zhǎng)期運(yùn)行中,隨著水文資料的累計(jì),可以自動(dòng)或人工修正模型參數(shù),以能更適應(yīng)本流域水文規(guī)律,提高預(yù)報(bào)精度。

2.2.5 歷史洪水模擬

歷史洪水模擬,就是找出與當(dāng)前洪水特征相似的歷史上某一場(chǎng)洪水,對(duì)該場(chǎng)洪水進(jìn)行模擬計(jì)算,并與實(shí)測(cè)過(guò)程相比較。通過(guò)比較可看出當(dāng)前模型模擬洪水的效果,從而判斷并掌握當(dāng)前模型預(yù)報(bào)未來(lái)將發(fā)生洪水的精度和效果。歷史洪水模擬的另一個(gè)作用是模型參數(shù)的人機(jī)對(duì)話率定,即通過(guò)模型變量率定,使模型計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)過(guò)程比較吻合,減少預(yù)報(bào)誤差,這時(shí)就率定了新的模型參數(shù),用新的模型參數(shù)對(duì)相似洪水或全部洪水進(jìn)行計(jì)算,反復(fù)修改,即可率定出新的、較適宜的模型參數(shù)。

2.2.6 實(shí)時(shí)洪水模擬

實(shí)時(shí)洪水模擬,是對(duì)已經(jīng)發(fā)生部分的洪水過(guò)程進(jìn)行模擬,并預(yù)測(cè)未來(lái)將發(fā)生的洪水過(guò)程。他是把人工干預(yù)預(yù)報(bào)、當(dāng)前洪水模擬、歷史洪水模擬、相似洪水選擇、雨量修正、模擬結(jié)果實(shí)時(shí)修正等功能結(jié)合起來(lái)的一個(gè)綜合性功能。它具有以下特點(diǎn):可以修改、定正遙測(cè)有誤的降雨量;輸入的未來(lái)降雨量可以具體到某一個(gè)站而不是面平均雨量。已有一個(gè)實(shí)際洪水過(guò)程,可使用 “實(shí)時(shí)修正”功能據(jù)實(shí)際的過(guò)程進(jìn)行修正再預(yù)報(bào),精度會(huì)有所提高。

2.3 洪水調(diào)度子系統(tǒng)

2.3.1 方案生成

根據(jù)洪水預(yù)報(bào)結(jié)果,針對(duì)不同季節(jié)、不同階段的洪水,從系統(tǒng)提供的六種調(diào)度模式中,輸入、調(diào)整控制條件,得到不同的調(diào)度方案,為調(diào)度決策提供依據(jù)。六種調(diào)度模式是水位生成、出庫(kù)生成、補(bǔ)償生成、指令生成、預(yù)報(bào)預(yù)泄、規(guī)則調(diào)度模式。

2.3.2 方案分析

方案分析具有比較重要的作用,可為選定的關(guān)注方案作進(jìn)一步的靈敏度分析,能快速、直觀地看到改變某些條件后相應(yīng)得到的調(diào)度結(jié)果,快速地對(duì)多種情況進(jìn)行分析、比較,為決策者選定方案增加信心。使用“方案分析”功能:在選定調(diào)度方案的調(diào)洪演示結(jié)果圖表中直觀地改變某些條件,得到新的調(diào)度方案。

2.3.3 防洪形式分析

防洪形勢(shì)是防洪決策的重要依據(jù),它主要包括當(dāng)時(shí)的工程情況和水雨情。其中,水雨情的進(jìn)程與變化的趨勢(shì),對(duì)調(diào)度決策的進(jìn)行有較大影響。

2.4 數(shù)據(jù)庫(kù)管理子系統(tǒng)

數(shù)據(jù)庫(kù)管理子系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)管理、信息查詢、報(bào)表管理等功能。數(shù)據(jù)管理包括各測(cè)站水雨情數(shù)據(jù)整編、維護(hù)和管理,出庫(kù)流量、蒸發(fā)量的錄入,入庫(kù)流量的計(jì)算,站碼、洪號(hào)、圖庫(kù)管理等;信息查詢可進(jìn)行多條件、多目標(biāo)查詢,能查詢水雨情、預(yù)報(bào)結(jié)果、調(diào)度實(shí)施等;報(bào)表管理中軟件自動(dòng)生成多種報(bào)表和圖形,供隨時(shí)查詢或打印上報(bào)。

3 系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 數(shù)據(jù)庫(kù)站碼管理技術(shù)

目前,全國(guó)還沒有統(tǒng)一的測(cè)站編碼方案,這給網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)的管理造成很大麻煩,限制了數(shù)據(jù)信息的共享,是目前網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)管理中的一大難點(diǎn)。該項(xiàng)目研究,提出了一套站碼轉(zhuǎn)換技術(shù),把測(cè)站按內(nèi)碼、外碼兩套編碼,通過(guò)站碼轉(zhuǎn)換管理技術(shù),建立內(nèi)、外碼關(guān)系。這樣,外碼可以按需要改變,內(nèi)碼始終不變,數(shù)據(jù)庫(kù)管理不受外碼的改變而影響,有效地解決了數(shù)據(jù)庫(kù)編碼的難點(diǎn)。3.2 實(shí)時(shí)洪水預(yù)報(bào)綜合修正技術(shù)

洪水預(yù)報(bào)受實(shí)際流域影響大,再加上實(shí)時(shí)系統(tǒng)眾多誤差信息的影響,難以獲得很高精度的預(yù)報(bào)結(jié)果。特別是水庫(kù)徑流區(qū)屬山區(qū)性小流域,預(yù)報(bào)結(jié)果誤差很大,需要實(shí)時(shí)修正。但目前使用的以誤差系列為依據(jù)的修正方法,對(duì)洪水由于誤差的前后相關(guān)性小難以發(fā)揮效果,特別是在洪峰附近還會(huì)越修越差。該項(xiàng)目研究,提出一種以實(shí)時(shí)輸入信息和歷史信息為依據(jù)的聯(lián)想記憶—綜合模式,使用后有較好的效果。

3.3 多階段多目標(biāo)洪水調(diào)度方案優(yōu)選技術(shù)

水庫(kù)防洪調(diào)度,一般有三個(gè)目標(biāo):在調(diào)節(jié)一次洪水過(guò)程中,最高水位越低越好,即占用的攔洪庫(kù)容越小越好,該目標(biāo)考慮的是水庫(kù)本身的防洪安全;水庫(kù)調(diào)洪末水位越接近于理想水位越好,即調(diào)洪末庫(kù)容越接近于理想庫(kù)容越好,該目標(biāo)考慮兩次洪水的銜接和兼顧興利蓄水;在調(diào)節(jié)一次洪水過(guò)程中,水庫(kù)最大泄流量,或河道控制點(diǎn)通過(guò)的最大組合流量越小越好,該目標(biāo)考慮的是水庫(kù)下游的防洪安全。該系統(tǒng)具備了多階段多目標(biāo)調(diào)度決策模型,考慮水庫(kù)防洪不同水情、不同階段防洪目標(biāo)的復(fù)雜性,通過(guò)全面分析水庫(kù)防洪各個(gè)階段的調(diào)度目標(biāo),把各階段的目標(biāo)合成為綜合目標(biāo),通過(guò)優(yōu)選獲得最佳的調(diào)度方案。

3.4 系統(tǒng)軟件的學(xué)習(xí)自適應(yīng)修正技術(shù)

水庫(kù)洪水預(yù)報(bào)調(diào)度系統(tǒng)軟件,在許多情形下需要修正。例如,預(yù)報(bào)流域內(nèi),由于人類活動(dòng)長(zhǎng)期的累計(jì)作用,會(huì)給流域水文特征帶來(lái)影響;當(dāng)系統(tǒng)軟件運(yùn)行一段時(shí)間后,需要對(duì)系統(tǒng)軟件的參數(shù)進(jìn)行修正,包括預(yù)報(bào)模型參數(shù)、水庫(kù)的庫(kù)容曲線等;系統(tǒng)軟件在運(yùn)行過(guò)程中,還會(huì)遇到種種非正常因素,如中心系統(tǒng)設(shè)備或遙測(cè)系統(tǒng)設(shè)備故障等,破壞了洪水預(yù)報(bào)模型的運(yùn)行環(huán)境,系統(tǒng)重新啟動(dòng)后,需對(duì)模型運(yùn)行環(huán)境作修復(fù);還有如有些流域,在建立洪水預(yù)報(bào)方案時(shí),沒有足夠的歷史水文資料率定模型參數(shù),水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)運(yùn)行后,隨著水文資料的不斷累計(jì),模型參數(shù)不斷修正等等。這些原因,都要求水庫(kù)洪水預(yù)報(bào)調(diào)度系統(tǒng)軟件要有一套較強(qiáng)的學(xué)習(xí)和自適應(yīng)修正功能。本項(xiàng)目在水文預(yù)報(bào)模型參數(shù)、模型中間標(biāo)量和水庫(kù)特征參數(shù)等許多重要的功能上,都設(shè)計(jì)有學(xué)習(xí)和自適應(yīng)修正功能,使得軟件使用時(shí)間越長(zhǎng),越了解流域的水文特點(diǎn)和工情特點(diǎn),使用效果越好。

4 系統(tǒng)運(yùn)行的優(yōu)劣

花山水庫(kù)洪水預(yù)報(bào)調(diào)度管理系統(tǒng)具備了較多功能,在保證系統(tǒng)正常運(yùn)行、充分發(fā)揮系統(tǒng)作用過(guò)程中,管理和操作人員是關(guān)鍵。在花山水庫(kù)的中涵工作閘出口上游 50m處,有一個(gè)岔管,供花山水庫(kù)電站發(fā)電,該電站裝機(jī) 500kW,電站發(fā)電的尾水用于云維工業(yè)用水和花山東干渠、華惠渠等的農(nóng)灌用水,利用此洪水預(yù)報(bào)調(diào)度軟件,就可把水庫(kù)的防洪和發(fā)電結(jié)合起來(lái)。2004年就是這一成果的體現(xiàn),在 2004年農(nóng)灌后,結(jié)合此軟件系統(tǒng)對(duì)水庫(kù)的多年平均降雨資料和洪水資料進(jìn)行分析,采用先蓄后排原則,讓水庫(kù)蓄水到汛限水位 6400萬(wàn)m3時(shí),才開始讓電廠兩臺(tái)機(jī)組同時(shí)運(yùn)行,由于此時(shí)處于高水位,很小的流量就能發(fā)出和以往大流量、低水頭時(shí)一樣多的電,這樣既節(jié)約了水量,又能兼顧水庫(kù)的防洪,所產(chǎn)生的效益遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他年份。因此,該系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中,隨著系統(tǒng)的不斷完善,必將對(duì)保證水庫(kù)安全運(yùn)行,提高水庫(kù)的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益起到重要作用。

Instruction of Flood Forecast and Scheduling System of Huashan Reservoir in Qujing

LI Feng-qiong
(Qujing Irrigation Area Management Bureau,Qujing Yunnan 655000 China)

The main function of flood forecast and Scheduling system of Huashan reservoir in Qujing is introduced as well as the key technology of the whole system.The real operational practices are summarized.

flood forecast and scheduling system;instruction;Huashan reservoir

X32

A

1673-9655(2010)03-0023-03

2009-12-28

李鳳瓊 (1975-),女,科長(zhǎng),工程師,曲靖市灌區(qū)管理局。主要從事灌區(qū)建設(shè)和管理工作。