淺議WebGIS技術(shù)在德州市三干流防洪調(diào)度系統(tǒng)中的應(yīng)用

馬元杰+馮蕾

【摘要】真實(shí)有效的信息是防洪指揮調(diào)度決策的基礎(chǔ)， 防汛指揮調(diào)度的優(yōu)劣直接關(guān)系到全市人民生命財(cái)產(chǎn)安全和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展。本文通過(guò)分析防洪調(diào)度工作中存在的問(wèn)題及產(chǎn)生的原因，將WebGIS技術(shù)應(yīng)用在德州市三干流防洪指揮調(diào)度系統(tǒng)中，并把研究成果推廣應(yīng)用，更好的為防洪除澇減災(zāi)服務(wù)。

【關(guān)鍵詞】WebGIS;德州;三干流;防洪調(diào)度

On WebGIS technology in Dezhou Three River Flood Control Operation System

Ma Yuan-jie1，F(xiàn)eng Lei2

（1.MWR IOC Zhangweinan Authority Planning DepartmentDezhouShandong253000;

2.River Water Conservancy Bureau Dezhou Project Management OfficeDezhouShandong253014）

【Abstract】Information is the basis for a real and effective flood control dispatching decisions， flood dispatching directly related to the merits of the city's people's lives and property safety and economic and social development. This paper analyzes the work of flood control scheduling problems and causes， will WebGIS technology in Dezhou three dispatching system of flood control， and to promote the application of research results， the better for flood control waterlogging disaster mitigation services.

【Key words】WebGIS;Texas;Three mainstream;Flood control operation

近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的廣泛深入運(yùn)用，防洪指揮調(diào)度也得到迅速發(fā)展，其標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化對(duì)提高德州市防洪調(diào)度水平具有重要的推動(dòng)作用，研究與開發(fā)適合本地特色的防洪指揮調(diào)度系統(tǒng)意義重大。將WebGIS技術(shù)應(yīng)用在德州市防洪指揮調(diào)度系統(tǒng)就是針對(duì)境內(nèi)相互間具有水文學(xué)、水力學(xué)、水利聯(lián)系的河道以及涵閘、堤防、險(xiǎn)工等相關(guān)工程設(shè)施進(jìn)行統(tǒng)一協(xié)調(diào)調(diào)度，最大限度降低災(zāi)害影響和損失計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)。

1. 存在的問(wèn)題

真實(shí)有效的信息是防洪指揮調(diào)度決策的基礎(chǔ)。 德州市在水文測(cè)報(bào)的基礎(chǔ)上建立和開發(fā)了架構(gòu)齊全的防汛信息查詢系統(tǒng)，用于汛情信息自動(dòng)采集和接收系統(tǒng)以滿足防洪調(diào)度決策的需要。雖然已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)大部分功能，但針對(duì)雨、水、工、災(zāi)情防汛信息以及洪水調(diào)度方案等還只能通過(guò)單一系統(tǒng)進(jìn)行查詢，沒(méi)有形成統(tǒng)一、規(guī)范、通用的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架，缺乏必要的功能整合，預(yù)報(bào)調(diào)度和決策思路、方法難以發(fā)揮很好的作用，上下級(jí)信息流通不暢、重要信息難以傳遞給所需防汛部門，影響防洪調(diào)度的時(shí)效性，指揮調(diào)度難度很大，造成防汛工作被動(dòng)，不利于充分發(fā)揮現(xiàn)有工程的防洪效益。

2. 原因分析

防汛指揮調(diào)度的優(yōu)劣直接關(guān)系到全市人民生命財(cái)產(chǎn)安全和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展。德州市地處平原地帶，洪澇災(zāi)害是主要自然災(zāi)害之一。據(jù)記載，從1368年至1949年的580多年中，出現(xiàn)洪澇災(zāi)害362次，平均1.6年一次。1949年至2011年的60余年間，發(fā)生洪澇災(zāi)害30余次，較大洪澇災(zāi)害10余次，具有突發(fā)、頻發(fā)、多發(fā)等特點(diǎn)。境內(nèi)馬頰河、徒駭河、德惠新河三干流是骨干防洪排澇河道，在防御洪澇災(zāi)害方面功不可沒(méi)，但受重建輕管思想制約，現(xiàn)狀河道淤積嚴(yán)重，沿河建筑物老化病險(xiǎn)，堤防殘缺薄弱，工程長(zhǎng)期“吃老本”，防災(zāi)減災(zāi)功能衰減，有的甚至功能殆盡，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到原設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，極大的影響了防洪減災(zāi)工作的成效。如果通過(guò)將所有的防洪工程都按照高標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，在經(jīng)濟(jì)上是不可行的，也是不必要的，而且大規(guī)模新建工程對(duì)環(huán)境和生態(tài)都會(huì)造成一定程度的影響和破壞。歷年來(lái)與洪澇災(zāi)害的抗?fàn)庍^(guò)程證明，單純依靠工程措施不能從根本上消除洪澇災(zāi)害的威脅，需要在切實(shí)依靠工程措施的同時(shí)，加強(qiáng)防洪除澇非工程措施的研究和建設(shè)，實(shí)現(xiàn)工程與非工程措施相結(jié)合，緩解上述矛盾。建立基于WebGIS的防洪指揮調(diào)度系統(tǒng)，可規(guī)范設(shè)計(jì)、統(tǒng)一結(jié)構(gòu)、標(biāo)準(zhǔn)功能，避免重復(fù)設(shè)計(jì)與開發(fā)，節(jié)約人力、財(cái)力和物力，在市級(jí)防指成員單位、市縣實(shí)現(xiàn)同級(jí)間橫向和上下級(jí)縱向的連接，有利于各級(jí)各有關(guān)單位統(tǒng)一掌握汛情，有利于防洪統(tǒng)一聯(lián)合調(diào)度決策，有利于促進(jìn)防洪管理整體水平的提高，使防洪工程在防災(zāi)減災(zāi)中發(fā)揮更大的效益。

圖1

3. 對(duì)策建議

將WebGIS技術(shù)應(yīng)用于德州市三干流防洪調(diào)度系統(tǒng)是防洪除澇非工程措施中的關(guān)鍵舉措，當(dāng)發(fā)生洪澇災(zāi)害時(shí)，迅速采集和傳輸雨水工災(zāi)情信息，并對(duì)其發(fā)展趨勢(shì)作出預(yù)測(cè)和預(yù)報(bào)，經(jīng)分析制定出防洪抗旱調(diào)度方案，有效減輕和降低洪澇災(zāi)害的危害及損失。

該系統(tǒng)由決策支持系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)、洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)、洪水調(diào)度系統(tǒng)和信息查詢系統(tǒng)構(gòu)成，面向防洪決策指揮，針對(duì)非工程措施，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，以防汛綜合數(shù)據(jù)庫(kù)及其管理系統(tǒng)為基礎(chǔ)，利用WebGIS技術(shù)完成各類有關(guān)信息的實(shí)時(shí)接收、處理、存儲(chǔ)和查詢匯總，通過(guò)“流域-河道”預(yù)報(bào)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)防洪形勢(shì)分析、防洪調(diào)度方案的生成、模擬、可視化顯示、多方案比較、調(diào)度方案管理、調(diào)度成果管理、系統(tǒng)管理、與中央系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換等功能，在電子地圖上清晰直觀顯示圖像圖表和文字說(shuō)明，為實(shí)時(shí)防汛會(huì)商決策提供支持的計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件系統(tǒng)（見圖1）。endprint

3.1決策支持系統(tǒng)技術(shù)。

包括GIS組件、決策調(diào)度模型、WEB應(yīng)用服務(wù)器、系統(tǒng)管理組件等。主要采用的技術(shù)路線如下：

3.1.1采用B/S實(shí)現(xiàn)方式，基于J2EE架構(gòu)，在WebLogic上進(jìn)行集成和開發(fā)，保證系統(tǒng)可維護(hù)性強(qiáng)、可擴(kuò)展性強(qiáng)。

3.1.2基于WebGIS進(jìn)行信息展示與導(dǎo)航操作，保證系統(tǒng)具有良好的可視化效果。

3.1.3基于MVC設(shè)計(jì)模式的Struts技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)建設(shè)，清晰程序結(jié)構(gòu)、增強(qiáng)代碼穩(wěn)定性和信息展示的靈活性，確保系統(tǒng)具有更好的可維護(hù)性與適應(yīng)性。

3.1.4采用層次化、組件化的設(shè)計(jì)思想，分離業(yè)務(wù)邏輯與表現(xiàn)形式，增強(qiáng)代碼的重用性，滿足系統(tǒng)維護(hù)與升級(jí)的需要。

3.1.5采用河道演進(jìn)模型和河道一維水動(dòng)力學(xué)模型作為后臺(tái)模型支撐，保證系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

3.2數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)。

利用WebGIS技術(shù)將氣象、雨、水、工、災(zāi)情等信息加載到電子地圖上，提供衛(wèi)星云圖、氣象雷達(dá)、天氣預(yù)報(bào)等氣象信息鏈接選項(xiàng)，方便查詢;實(shí)現(xiàn)降雨區(qū)域及發(fā)展過(guò)程動(dòng)畫演示等功能，直觀顯示降雨趨勢(shì);實(shí)現(xiàn)河道水位、流量等信息的實(shí)施測(cè)報(bào)與查詢，形成水位-流量變化曲線，計(jì)算降雨產(chǎn)流;實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)涵閘、河段、堤防、險(xiǎn)工信息的現(xiàn)場(chǎng)采集、前端控制、遠(yuǎn)程視頻傳輸和總控，確保水利工程安全運(yùn)行;實(shí)現(xiàn)農(nóng)田受災(zāi)面積在電子地圖中的動(dòng)態(tài)示意;參考?xì)v史洪水信息及工作經(jīng)驗(yàn)實(shí)時(shí)調(diào)度三干流洪水。

圖2

圖3

3.3洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)。

根據(jù)洪水形成和運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，以過(guò)去和實(shí)時(shí)水文氣象資料作為輸入，采用流域降雨徑流法與河道洪水預(yù)報(bào)相結(jié)合的方法對(duì)未來(lái)一定時(shí)段的洪水發(fā)展情況進(jìn)行預(yù)報(bào)，通過(guò)分析研究流域降雨形成、洪水特點(diǎn)、河床變形及河道洪水波運(yùn)動(dòng)規(guī)律，利用水文學(xué)、水力學(xué)、河流動(dòng)力學(xué)等技術(shù)，建立實(shí)用的洪水預(yù)報(bào)經(jīng)驗(yàn)方案和數(shù)學(xué)預(yù)報(bào)模型，對(duì)洪峰水位（流量）、洪水過(guò)程等要素進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)，并直觀顯示電子地圖中。實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)德州市實(shí)際，按自然分水線或支流分布情況將我市境內(nèi)三干流流域劃分成若干個(gè)子流域，各子流域之間由河道連接，形成“流域-河道”洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)（見圖2）。子流域流域匯流時(shí)間和河道洪水波傳播時(shí)間之和即理論預(yù)見期。各子流域的洪水預(yù)報(bào)屬流域降雨徑流預(yù)報(bào)，其流域產(chǎn)匯流預(yù)報(bào)模型采用新安江模型，輸入為流域內(nèi)點(diǎn)雨量或面雨量系列文件，輸出為出口斷面水位流量系列文件。產(chǎn)生的洪水過(guò)程最后匯集到干流，通過(guò)河道洪水預(yù)報(bào)法得到干流某斷面的洪水過(guò)程，其河道匯流預(yù)報(bào)模型運(yùn)用馬斯京根演算法，該類模型輸入為上斷面水位流量系列文件，輸出為下斷面水位流量系列文件。每次預(yù)報(bào)完成后，不斷更新數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，計(jì)算出的預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)比較，如果與預(yù)測(cè)現(xiàn)象一致，加快實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)更新速度。如果不一致，及時(shí)調(diào)整模型參數(shù)，確保預(yù)測(cè)結(jié)果的快速精準(zhǔn)。

3.4洪水調(diào)度系統(tǒng)（見圖3）。

綜合考慮上游來(lái)水、支流匯入、徑流產(chǎn)流、下游河道承載能力等多種因素，按照防洪調(diào)度規(guī)則及工程控制指標(biāo)，結(jié)合決策者工作經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行推理判斷，明確需啟用的防洪工程，生成多個(gè)洪水調(diào)度方案，在保證河道安全情況下，優(yōu)選對(duì)上下游影響最小的調(diào)度方案。

3.5信息查詢系統(tǒng)。

在綜合數(shù)據(jù)庫(kù)的支持下，構(gòu)建基于Web的綜合信息查詢系統(tǒng)，提供基于Web的實(shí)時(shí)雨水工災(zāi)情等防汛相關(guān)信息及圖上查詢和標(biāo)注，地圖放大、縮小及漫游，預(yù)報(bào)調(diào)度成果發(fā)布等。

表1

圖4

4. 應(yīng)用實(shí)例

2012年7月底至8月初，德州市遭受連續(xù)強(qiáng)降雨過(guò)程，各個(gè)子系統(tǒng)在防洪調(diào)度中發(fā)揮了很大的作用，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)及時(shí)準(zhǔn)確的接收每次降雨、水位等汛情信息，之后利用洪水預(yù)報(bào)子系統(tǒng)推算下游流量、水位，進(jìn)行洪水預(yù)報(bào)，并根據(jù)預(yù)報(bào)結(jié)果和三干流防洪調(diào)度規(guī)則，制定合理的洪水調(diào)度方案，為三干流合理安全調(diào)度提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。同時(shí)可以對(duì)此次洪災(zāi)中所有的調(diào)度成果及資料進(jìn)行查詢。

4.1實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集。

從自動(dòng)雨水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)中接收2012年7月30日6時(shí)至8月6日8時(shí)降水量（見表1、圖4）：

圖5

4.2洪水預(yù)報(bào)。

通過(guò)對(duì)實(shí)時(shí)雨水情的分析，根據(jù)上游洪峰利用流域降雨徑流法與河道洪水預(yù)報(bào)法對(duì)下游洪峰進(jìn)行預(yù)測(cè)，預(yù)報(bào)結(jié)果與實(shí)際洪水過(guò)程對(duì)照如圖5、圖6。

圖6

4.3洪水調(diào)度。

4.3.1當(dāng)?shù)禄莺铀簧蠞q到接近排澇水位時(shí)，為減輕河道的行洪壓力，8月1日14時(shí)提起趙棒槌涵洞通過(guò)北四分干，8月1日提起東西宗閘向馬頰河分流。

4.3.2當(dāng)馬頰河行洪受下游頂托排水不暢時(shí)，分別于8月5日啟用沙楊河、躍豐河北段、漳馬河向減河、漳衛(wèi)新河分流;同時(shí)根據(jù)馬頰河上游來(lái)水減少的情況，及時(shí)控制調(diào)蓄上游攔河閘減少下泄水量，減輕下游河道的行洪壓力。

4.4分洪效果。

（1）此次分洪調(diào)度，馬頰河通過(guò)沙揚(yáng)河向減河分洪最大流量為54m3/s，共分流6127萬(wàn)m3;馬頰河通過(guò)躍豐河、漳馬河向漳衛(wèi)新河分流，躍豐河最大流量為35m3/s，漳馬河最大流量為25 m3/s，共分流7871萬(wàn)m3左右。馬頰河分洪約1.5億m3。

（2）德惠新河通過(guò)北四分干平均分洪流量60m3/s，共分流9150萬(wàn)m3;通過(guò)躍豐河南段向馬頰河平均分洪流量70m3/s，共分流9987萬(wàn)m3。德惠新河分洪共1.9億m3。

經(jīng)過(guò)馬頰河、德惠新河、漳衛(wèi)新河的聯(lián)合分洪調(diào)度，共分洪3.3億m3，占全市積澇水量（6億立方米）的57%，使河道水位平穩(wěn)持續(xù)下降，確保了全市干支流河道安全運(yùn)行。

4.5效益分析。

4.5.1農(nóng)田積水快速外排，減少農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)損失。通過(guò)認(rèn)真分析、準(zhǔn)確預(yù)報(bào)、科學(xué)調(diào)度，成功分流3.4億m3洪水，可減少農(nóng)田積水面積170余萬(wàn)畝，縮短澇水外排時(shí)間8天左右，有效降低了干流河道水位，為抗洪搶險(xiǎn)爭(zhēng)取了時(shí)間和主動(dòng)，對(duì)減少農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)損失起到了關(guān)鍵作用。

4.5.2河道無(wú)決口，水利工程安全運(yùn)行。雖然汛前對(duì)全市水利工程進(jìn)行了認(rèn)真安全排查，但是由于2012年汛期強(qiáng)降雨引發(fā)的洪水已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了河道行洪能力，加之河道淤積嚴(yán)重、閘涵工程年久失修等問(wèn)題，如果洪水調(diào)度不科學(xué)將出現(xiàn)嚴(yán)重后果。通過(guò)系統(tǒng)調(diào)度、科學(xué)研判，對(duì)洪水形勢(shì)作出準(zhǔn)確判斷，及時(shí)調(diào)度閘涵、分流洪水，全市干支流河道無(wú)決口，水利工程安全運(yùn)行。僅德惠新河躍豐河部分河段出現(xiàn)了漫溢，由于及時(shí)加固、封堵，迅速化險(xiǎn)為夷。

4.5.3人員零傷亡，防洪社會(huì)效益顯著。暴雨內(nèi)澇直接威脅全市254萬(wàn)人的生命安全，經(jīng)受了雨淋水淹的危舊房屋、險(xiǎn)工險(xiǎn)段、低洼易澇區(qū)等也存在著極大的安全隱患。為此，各級(jí)政府、各有關(guān)部門積極抽調(diào)排水設(shè)備外排積水，免除工廠停產(chǎn)、商業(yè)停業(yè)和交通中斷等社會(huì)損失，避免人員傷亡，為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

5. 結(jié)語(yǔ)

將WebGIS技術(shù)應(yīng)用于德州市三干流防洪調(diào)度系統(tǒng)是對(duì)原信息查詢系統(tǒng)的進(jìn)一步探索研究，推進(jìn)防洪調(diào)度系統(tǒng)向集成化的方向發(fā)展。其核心部分主要是洪水預(yù)報(bào)和合理調(diào)度，其中涉及許多技術(shù)問(wèn)題。研究運(yùn)用WebGIS技術(shù)優(yōu)化防汛指揮調(diào)度系統(tǒng)，對(duì)其進(jìn)行重新組合配置，可以增強(qiáng)各子系統(tǒng)的連貫性、系統(tǒng)性，實(shí)現(xiàn)無(wú)縫對(duì)接，最大程度的提高信息采集的可靠性、精確度以及預(yù)報(bào)的預(yù)見期、時(shí)效性，及時(shí)獲得最優(yōu)調(diào)度模型及應(yīng)用，以期在現(xiàn)有工程條件下，及時(shí)把握相關(guān)情況，正確分析和研判防汛形勢(shì)，科學(xué)制定指揮調(diào)度方案，防控洪澇災(zāi)害發(fā)生全過(guò)程，盡最大努力杜絕偏差或失誤，實(shí)現(xiàn)由控制洪水向洪水管理轉(zhuǎn)變，將洪澇災(zāi)害帶來(lái)的不利影響降到最低，取得相對(duì)損失最小、收益最大的效果。

[文章編號(hào)]1619-2737（2014）10-20-824endprint

3.1決策支持系統(tǒng)技術(shù)。

包括GIS組件、決策調(diào)度模型、WEB應(yīng)用服務(wù)器、系統(tǒng)管理組件等。主要采用的技術(shù)路線如下：

3.1.1采用B/S實(shí)現(xiàn)方式，基于J2EE架構(gòu)，在WebLogic上進(jìn)行集成和開發(fā)，保證系統(tǒng)可維護(hù)性強(qiáng)、可擴(kuò)展性強(qiáng)。

3.1.2基于WebGIS進(jìn)行信息展示與導(dǎo)航操作，保證系統(tǒng)具有良好的可視化效果。

3.1.3基于MVC設(shè)計(jì)模式的Struts技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)建設(shè)，清晰程序結(jié)構(gòu)、增強(qiáng)代碼穩(wěn)定性和信息展示的靈活性，確保系統(tǒng)具有更好的可維護(hù)性與適應(yīng)性。

3.1.4采用層次化、組件化的設(shè)計(jì)思想，分離業(yè)務(wù)邏輯與表現(xiàn)形式，增強(qiáng)代碼的重用性，滿足系統(tǒng)維護(hù)與升級(jí)的需要。

3.1.5采用河道演進(jìn)模型和河道一維水動(dòng)力學(xué)模型作為后臺(tái)模型支撐，保證系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

3.2數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)。

利用WebGIS技術(shù)將氣象、雨、水、工、災(zāi)情等信息加載到電子地圖上，提供衛(wèi)星云圖、氣象雷達(dá)、天氣預(yù)報(bào)等氣象信息鏈接選項(xiàng)，方便查詢;實(shí)現(xiàn)降雨區(qū)域及發(fā)展過(guò)程動(dòng)畫演示等功能，直觀顯示降雨趨勢(shì);實(shí)現(xiàn)河道水位、流量等信息的實(shí)施測(cè)報(bào)與查詢，形成水位-流量變化曲線，計(jì)算降雨產(chǎn)流;實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)涵閘、河段、堤防、險(xiǎn)工信息的現(xiàn)場(chǎng)采集、前端控制、遠(yuǎn)程視頻傳輸和總控，確保水利工程安全運(yùn)行;實(shí)現(xiàn)農(nóng)田受災(zāi)面積在電子地圖中的動(dòng)態(tài)示意;參考?xì)v史洪水信息及工作經(jīng)驗(yàn)實(shí)時(shí)調(diào)度三干流洪水。

圖2

圖3

3.3洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)。

根據(jù)洪水形成和運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，以過(guò)去和實(shí)時(shí)水文氣象資料作為輸入，采用流域降雨徑流法與河道洪水預(yù)報(bào)相結(jié)合的方法對(duì)未來(lái)一定時(shí)段的洪水發(fā)展情況進(jìn)行預(yù)報(bào)，通過(guò)分析研究流域降雨形成、洪水特點(diǎn)、河床變形及河道洪水波運(yùn)動(dòng)規(guī)律，利用水文學(xué)、水力學(xué)、河流動(dòng)力學(xué)等技術(shù)，建立實(shí)用的洪水預(yù)報(bào)經(jīng)驗(yàn)方案和數(shù)學(xué)預(yù)報(bào)模型，對(duì)洪峰水位（流量）、洪水過(guò)程等要素進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)，并直觀顯示電子地圖中。實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)德州市實(shí)際，按自然分水線或支流分布情況將我市境內(nèi)三干流流域劃分成若干個(gè)子流域，各子流域之間由河道連接，形成“流域-河道”洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)（見圖2）。子流域流域匯流時(shí)間和河道洪水波傳播時(shí)間之和即理論預(yù)見期。各子流域的洪水預(yù)報(bào)屬流域降雨徑流預(yù)報(bào)，其流域產(chǎn)匯流預(yù)報(bào)模型采用新安江模型，輸入為流域內(nèi)點(diǎn)雨量或面雨量系列文件，輸出為出口斷面水位流量系列文件。產(chǎn)生的洪水過(guò)程最后匯集到干流，通過(guò)河道洪水預(yù)報(bào)法得到干流某斷面的洪水過(guò)程，其河道匯流預(yù)報(bào)模型運(yùn)用馬斯京根演算法，該類模型輸入為上斷面水位流量系列文件，輸出為下斷面水位流量系列文件。每次預(yù)報(bào)完成后，不斷更新數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，計(jì)算出的預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)比較，如果與預(yù)測(cè)現(xiàn)象一致，加快實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)更新速度。如果不一致，及時(shí)調(diào)整模型參數(shù)，確保預(yù)測(cè)結(jié)果的快速精準(zhǔn)。

3.4洪水調(diào)度系統(tǒng)（見圖3）。

綜合考慮上游來(lái)水、支流匯入、徑流產(chǎn)流、下游河道承載能力等多種因素，按照防洪調(diào)度規(guī)則及工程控制指標(biāo)，結(jié)合決策者工作經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行推理判斷，明確需啟用的防洪工程，生成多個(gè)洪水調(diào)度方案，在保證河道安全情況下，優(yōu)選對(duì)上下游影響最小的調(diào)度方案。

3.5信息查詢系統(tǒng)。

在綜合數(shù)據(jù)庫(kù)的支持下，構(gòu)建基于Web的綜合信息查詢系統(tǒng)，提供基于Web的實(shí)時(shí)雨水工災(zāi)情等防汛相關(guān)信息及圖上查詢和標(biāo)注，地圖放大、縮小及漫游，預(yù)報(bào)調(diào)度成果發(fā)布等。

表1

圖4

4. 應(yīng)用實(shí)例

2012年7月底至8月初，德州市遭受連續(xù)強(qiáng)降雨過(guò)程，各個(gè)子系統(tǒng)在防洪調(diào)度中發(fā)揮了很大的作用，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)及時(shí)準(zhǔn)確的接收每次降雨、水位等汛情信息，之后利用洪水預(yù)報(bào)子系統(tǒng)推算下游流量、水位，進(jìn)行洪水預(yù)報(bào)，并根據(jù)預(yù)報(bào)結(jié)果和三干流防洪調(diào)度規(guī)則，制定合理的洪水調(diào)度方案，為三干流合理安全調(diào)度提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。同時(shí)可以對(duì)此次洪災(zāi)中所有的調(diào)度成果及資料進(jìn)行查詢。

4.1實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集。

從自動(dòng)雨水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)中接收2012年7月30日6時(shí)至8月6日8時(shí)降水量（見表1、圖4）：

圖5

4.2洪水預(yù)報(bào)。

通過(guò)對(duì)實(shí)時(shí)雨水情的分析，根據(jù)上游洪峰利用流域降雨徑流法與河道洪水預(yù)報(bào)法對(duì)下游洪峰進(jìn)行預(yù)測(cè)，預(yù)報(bào)結(jié)果與實(shí)際洪水過(guò)程對(duì)照如圖5、圖6。

圖6

4.3洪水調(diào)度。

4.3.1當(dāng)?shù)禄莺铀簧蠞q到接近排澇水位時(shí)，為減輕河道的行洪壓力，8月1日14時(shí)提起趙棒槌涵洞通過(guò)北四分干，8月1日提起東西宗閘向馬頰河分流。

4.3.2當(dāng)馬頰河行洪受下游頂托排水不暢時(shí)，分別于8月5日啟用沙楊河、躍豐河北段、漳馬河向減河、漳衛(wèi)新河分流;同時(shí)根據(jù)馬頰河上游來(lái)水減少的情況，及時(shí)控制調(diào)蓄上游攔河閘減少下泄水量，減輕下游河道的行洪壓力。

4.4分洪效果。

（1）此次分洪調(diào)度，馬頰河通過(guò)沙揚(yáng)河向減河分洪最大流量為54m3/s，共分流6127萬(wàn)m3;馬頰河通過(guò)躍豐河、漳馬河向漳衛(wèi)新河分流，躍豐河最大流量為35m3/s，漳馬河最大流量為25 m3/s，共分流7871萬(wàn)m3左右。馬頰河分洪約1.5億m3。

（2）德惠新河通過(guò)北四分干平均分洪流量60m3/s，共分流9150萬(wàn)m3;通過(guò)躍豐河南段向馬頰河平均分洪流量70m3/s，共分流9987萬(wàn)m3。德惠新河分洪共1.9億m3。

經(jīng)過(guò)馬頰河、德惠新河、漳衛(wèi)新河的聯(lián)合分洪調(diào)度，共分洪3.3億m3，占全市積澇水量（6億立方米）的57%，使河道水位平穩(wěn)持續(xù)下降，確保了全市干支流河道安全運(yùn)行。

4.5效益分析。

4.5.1農(nóng)田積水快速外排，減少農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)損失。通過(guò)認(rèn)真分析、準(zhǔn)確預(yù)報(bào)、科學(xué)調(diào)度，成功分流3.4億m3洪水，可減少農(nóng)田積水面積170余萬(wàn)畝，縮短澇水外排時(shí)間8天左右，有效降低了干流河道水位，為抗洪搶險(xiǎn)爭(zhēng)取了時(shí)間和主動(dòng)，對(duì)減少農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)損失起到了關(guān)鍵作用。

4.5.2河道無(wú)決口，水利工程安全運(yùn)行。雖然汛前對(duì)全市水利工程進(jìn)行了認(rèn)真安全排查，但是由于2012年汛期強(qiáng)降雨引發(fā)的洪水已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了河道行洪能力，加之河道淤積嚴(yán)重、閘涵工程年久失修等問(wèn)題，如果洪水調(diào)度不科學(xué)將出現(xiàn)嚴(yán)重后果。通過(guò)系統(tǒng)調(diào)度、科學(xué)研判，對(duì)洪水形勢(shì)作出準(zhǔn)確判斷，及時(shí)調(diào)度閘涵、分流洪水，全市干支流河道無(wú)決口，水利工程安全運(yùn)行。僅德惠新河躍豐河部分河段出現(xiàn)了漫溢，由于及時(shí)加固、封堵，迅速化險(xiǎn)為夷。

4.5.3人員零傷亡，防洪社會(huì)效益顯著。暴雨內(nèi)澇直接威脅全市254萬(wàn)人的生命安全，經(jīng)受了雨淋水淹的危舊房屋、險(xiǎn)工險(xiǎn)段、低洼易澇區(qū)等也存在著極大的安全隱患。為此，各級(jí)政府、各有關(guān)部門積極抽調(diào)排水設(shè)備外排積水，免除工廠停產(chǎn)、商業(yè)停業(yè)和交通中斷等社會(huì)損失，避免人員傷亡，為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

5. 結(jié)語(yǔ)

將WebGIS技術(shù)應(yīng)用于德州市三干流防洪調(diào)度系統(tǒng)是對(duì)原信息查詢系統(tǒng)的進(jìn)一步探索研究，推進(jìn)防洪調(diào)度系統(tǒng)向集成化的方向發(fā)展。其核心部分主要是洪水預(yù)報(bào)和合理調(diào)度，其中涉及許多技術(shù)問(wèn)題。研究運(yùn)用WebGIS技術(shù)優(yōu)化防汛指揮調(diào)度系統(tǒng)，對(duì)其進(jìn)行重新組合配置，可以增強(qiáng)各子系統(tǒng)的連貫性、系統(tǒng)性，實(shí)現(xiàn)無(wú)縫對(duì)接，最大程度的提高信息采集的可靠性、精確度以及預(yù)報(bào)的預(yù)見期、時(shí)效性，及時(shí)獲得最優(yōu)調(diào)度模型及應(yīng)用，以期在現(xiàn)有工程條件下，及時(shí)把握相關(guān)情況，正確分析和研判防汛形勢(shì)，科學(xué)制定指揮調(diào)度方案，防控洪澇災(zāi)害發(fā)生全過(guò)程，盡最大努力杜絕偏差或失誤，實(shí)現(xiàn)由控制洪水向洪水管理轉(zhuǎn)變，將洪澇災(zāi)害帶來(lái)的不利影響降到最低，取得相對(duì)損失最小、收益最大的效果。

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3.1決策支持系統(tǒng)技術(shù)。

包括GIS組件、決策調(diào)度模型、WEB應(yīng)用服務(wù)器、系統(tǒng)管理組件等。主要采用的技術(shù)路線如下：

3.1.1采用B/S實(shí)現(xiàn)方式，基于J2EE架構(gòu)，在WebLogic上進(jìn)行集成和開發(fā)，保證系統(tǒng)可維護(hù)性強(qiáng)、可擴(kuò)展性強(qiáng)。

3.1.2基于WebGIS進(jìn)行信息展示與導(dǎo)航操作，保證系統(tǒng)具有良好的可視化效果。

3.1.3基于MVC設(shè)計(jì)模式的Struts技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)建設(shè)，清晰程序結(jié)構(gòu)、增強(qiáng)代碼穩(wěn)定性和信息展示的靈活性，確保系統(tǒng)具有更好的可維護(hù)性與適應(yīng)性。

3.1.4采用層次化、組件化的設(shè)計(jì)思想，分離業(yè)務(wù)邏輯與表現(xiàn)形式，增強(qiáng)代碼的重用性，滿足系統(tǒng)維護(hù)與升級(jí)的需要。

3.1.5采用河道演進(jìn)模型和河道一維水動(dòng)力學(xué)模型作為后臺(tái)模型支撐，保證系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

3.2數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)。

利用WebGIS技術(shù)將氣象、雨、水、工、災(zāi)情等信息加載到電子地圖上，提供衛(wèi)星云圖、氣象雷達(dá)、天氣預(yù)報(bào)等氣象信息鏈接選項(xiàng)，方便查詢;實(shí)現(xiàn)降雨區(qū)域及發(fā)展過(guò)程動(dòng)畫演示等功能，直觀顯示降雨趨勢(shì);實(shí)現(xiàn)河道水位、流量等信息的實(shí)施測(cè)報(bào)與查詢，形成水位-流量變化曲線，計(jì)算降雨產(chǎn)流;實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)涵閘、河段、堤防、險(xiǎn)工信息的現(xiàn)場(chǎng)采集、前端控制、遠(yuǎn)程視頻傳輸和總控，確保水利工程安全運(yùn)行;實(shí)現(xiàn)農(nóng)田受災(zāi)面積在電子地圖中的動(dòng)態(tài)示意;參考?xì)v史洪水信息及工作經(jīng)驗(yàn)實(shí)時(shí)調(diào)度三干流洪水。

圖2

圖3

3.3洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)。

根據(jù)洪水形成和運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，以過(guò)去和實(shí)時(shí)水文氣象資料作為輸入，采用流域降雨徑流法與河道洪水預(yù)報(bào)相結(jié)合的方法對(duì)未來(lái)一定時(shí)段的洪水發(fā)展情況進(jìn)行預(yù)報(bào)，通過(guò)分析研究流域降雨形成、洪水特點(diǎn)、河床變形及河道洪水波運(yùn)動(dòng)規(guī)律，利用水文學(xué)、水力學(xué)、河流動(dòng)力學(xué)等技術(shù)，建立實(shí)用的洪水預(yù)報(bào)經(jīng)驗(yàn)方案和數(shù)學(xué)預(yù)報(bào)模型，對(duì)洪峰水位（流量）、洪水過(guò)程等要素進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)，并直觀顯示電子地圖中。實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)德州市實(shí)際，按自然分水線或支流分布情況將我市境內(nèi)三干流流域劃分成若干個(gè)子流域，各子流域之間由河道連接，形成“流域-河道”洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)（見圖2）。子流域流域匯流時(shí)間和河道洪水波傳播時(shí)間之和即理論預(yù)見期。各子流域的洪水預(yù)報(bào)屬流域降雨徑流預(yù)報(bào)，其流域產(chǎn)匯流預(yù)報(bào)模型采用新安江模型，輸入為流域內(nèi)點(diǎn)雨量或面雨量系列文件，輸出為出口斷面水位流量系列文件。產(chǎn)生的洪水過(guò)程最后匯集到干流，通過(guò)河道洪水預(yù)報(bào)法得到干流某斷面的洪水過(guò)程，其河道匯流預(yù)報(bào)模型運(yùn)用馬斯京根演算法，該類模型輸入為上斷面水位流量系列文件，輸出為下斷面水位流量系列文件。每次預(yù)報(bào)完成后，不斷更新數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，計(jì)算出的預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)比較，如果與預(yù)測(cè)現(xiàn)象一致，加快實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)更新速度。如果不一致，及時(shí)調(diào)整模型參數(shù)，確保預(yù)測(cè)結(jié)果的快速精準(zhǔn)。

3.4洪水調(diào)度系統(tǒng)（見圖3）。

綜合考慮上游來(lái)水、支流匯入、徑流產(chǎn)流、下游河道承載能力等多種因素，按照防洪調(diào)度規(guī)則及工程控制指標(biāo)，結(jié)合決策者工作經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行推理判斷，明確需啟用的防洪工程，生成多個(gè)洪水調(diào)度方案，在保證河道安全情況下，優(yōu)選對(duì)上下游影響最小的調(diào)度方案。

3.5信息查詢系統(tǒng)。

在綜合數(shù)據(jù)庫(kù)的支持下，構(gòu)建基于Web的綜合信息查詢系統(tǒng)，提供基于Web的實(shí)時(shí)雨水工災(zāi)情等防汛相關(guān)信息及圖上查詢和標(biāo)注，地圖放大、縮小及漫游，預(yù)報(bào)調(diào)度成果發(fā)布等。

表1

圖4

4. 應(yīng)用實(shí)例

2012年7月底至8月初，德州市遭受連續(xù)強(qiáng)降雨過(guò)程，各個(gè)子系統(tǒng)在防洪調(diào)度中發(fā)揮了很大的作用，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)及時(shí)準(zhǔn)確的接收每次降雨、水位等汛情信息，之后利用洪水預(yù)報(bào)子系統(tǒng)推算下游流量、水位，進(jìn)行洪水預(yù)報(bào)，并根據(jù)預(yù)報(bào)結(jié)果和三干流防洪調(diào)度規(guī)則，制定合理的洪水調(diào)度方案，為三干流合理安全調(diào)度提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。同時(shí)可以對(duì)此次洪災(zāi)中所有的調(diào)度成果及資料進(jìn)行查詢。

4.1實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集。

從自動(dòng)雨水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)中接收2012年7月30日6時(shí)至8月6日8時(shí)降水量（見表1、圖4）：

圖5

4.2洪水預(yù)報(bào)。

通過(guò)對(duì)實(shí)時(shí)雨水情的分析，根據(jù)上游洪峰利用流域降雨徑流法與河道洪水預(yù)報(bào)法對(duì)下游洪峰進(jìn)行預(yù)測(cè)，預(yù)報(bào)結(jié)果與實(shí)際洪水過(guò)程對(duì)照如圖5、圖6。

圖6

4.3洪水調(diào)度。

4.3.1當(dāng)?shù)禄莺铀簧蠞q到接近排澇水位時(shí)，為減輕河道的行洪壓力，8月1日14時(shí)提起趙棒槌涵洞通過(guò)北四分干，8月1日提起東西宗閘向馬頰河分流。

4.3.2當(dāng)馬頰河行洪受下游頂托排水不暢時(shí)，分別于8月5日啟用沙楊河、躍豐河北段、漳馬河向減河、漳衛(wèi)新河分流;同時(shí)根據(jù)馬頰河上游來(lái)水減少的情況，及時(shí)控制調(diào)蓄上游攔河閘減少下泄水量，減輕下游河道的行洪壓力。

4.4分洪效果。

（1）此次分洪調(diào)度，馬頰河通過(guò)沙揚(yáng)河向減河分洪最大流量為54m3/s，共分流6127萬(wàn)m3;馬頰河通過(guò)躍豐河、漳馬河向漳衛(wèi)新河分流，躍豐河最大流量為35m3/s，漳馬河最大流量為25 m3/s，共分流7871萬(wàn)m3左右。馬頰河分洪約1.5億m3。

（2）德惠新河通過(guò)北四分干平均分洪流量60m3/s，共分流9150萬(wàn)m3;通過(guò)躍豐河南段向馬頰河平均分洪流量70m3/s，共分流9987萬(wàn)m3。德惠新河分洪共1.9億m3。

經(jīng)過(guò)馬頰河、德惠新河、漳衛(wèi)新河的聯(lián)合分洪調(diào)度，共分洪3.3億m3，占全市積澇水量（6億立方米）的57%，使河道水位平穩(wěn)持續(xù)下降，確保了全市干支流河道安全運(yùn)行。

4.5效益分析。

4.5.1農(nóng)田積水快速外排，減少農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)損失。通過(guò)認(rèn)真分析、準(zhǔn)確預(yù)報(bào)、科學(xué)調(diào)度，成功分流3.4億m3洪水，可減少農(nóng)田積水面積170余萬(wàn)畝，縮短澇水外排時(shí)間8天左右，有效降低了干流河道水位，為抗洪搶險(xiǎn)爭(zhēng)取了時(shí)間和主動(dòng)，對(duì)減少農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)損失起到了關(guān)鍵作用。

4.5.2河道無(wú)決口，水利工程安全運(yùn)行。雖然汛前對(duì)全市水利工程進(jìn)行了認(rèn)真安全排查，但是由于2012年汛期強(qiáng)降雨引發(fā)的洪水已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了河道行洪能力，加之河道淤積嚴(yán)重、閘涵工程年久失修等問(wèn)題，如果洪水調(diào)度不科學(xué)將出現(xiàn)嚴(yán)重后果。通過(guò)系統(tǒng)調(diào)度、科學(xué)研判，對(duì)洪水形勢(shì)作出準(zhǔn)確判斷，及時(shí)調(diào)度閘涵、分流洪水，全市干支流河道無(wú)決口，水利工程安全運(yùn)行。僅德惠新河躍豐河部分河段出現(xiàn)了漫溢，由于及時(shí)加固、封堵，迅速化險(xiǎn)為夷。

4.5.3人員零傷亡，防洪社會(huì)效益顯著。暴雨內(nèi)澇直接威脅全市254萬(wàn)人的生命安全，經(jīng)受了雨淋水淹的危舊房屋、險(xiǎn)工險(xiǎn)段、低洼易澇區(qū)等也存在著極大的安全隱患。為此，各級(jí)政府、各有關(guān)部門積極抽調(diào)排水設(shè)備外排積水，免除工廠停產(chǎn)、商業(yè)停業(yè)和交通中斷等社會(huì)損失，避免人員傷亡，為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

5. 結(jié)語(yǔ)

將WebGIS技術(shù)應(yīng)用于德州市三干流防洪調(diào)度系統(tǒng)是對(duì)原信息查詢系統(tǒng)的進(jìn)一步探索研究，推進(jìn)防洪調(diào)度系統(tǒng)向集成化的方向發(fā)展。其核心部分主要是洪水預(yù)報(bào)和合理調(diào)度，其中涉及許多技術(shù)問(wèn)題。研究運(yùn)用WebGIS技術(shù)優(yōu)化防汛指揮調(diào)度系統(tǒng)，對(duì)其進(jìn)行重新組合配置，可以增強(qiáng)各子系統(tǒng)的連貫性、系統(tǒng)性，實(shí)現(xiàn)無(wú)縫對(duì)接，最大程度的提高信息采集的可靠性、精確度以及預(yù)報(bào)的預(yù)見期、時(shí)效性，及時(shí)獲得最優(yōu)調(diào)度模型及應(yīng)用，以期在現(xiàn)有工程條件下，及時(shí)把握相關(guān)情況，正確分析和研判防汛形勢(shì)，科學(xué)制定指揮調(diào)度方案，防控洪澇災(zāi)害發(fā)生全過(guò)程，盡最大努力杜絕偏差或失誤，實(shí)現(xiàn)由控制洪水向洪水管理轉(zhuǎn)變，將洪澇災(zāi)害帶來(lái)的不利影響降到最低，取得相對(duì)損失最小、收益最大的效果。

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