應(yīng)村水庫(kù)實(shí)時(shí)洪水預(yù)報(bào)調(diào)度系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

林昌夏，謝華偉，歐 劍

(1.浙江龍川水利水電開(kāi)發(fā)有限公司，浙江 麗水 323300;2.浙江水利水電學(xué)院 水利與環(huán)境工程學(xué)院，浙江 杭州 310018)

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應(yīng)村水庫(kù)實(shí)時(shí)洪水預(yù)報(bào)調(diào)度系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

林昌夏1，謝華偉2，歐 劍2

(1.浙江龍川水利水電開(kāi)發(fā)有限公司，浙江 麗水 323300;2.浙江水利水電學(xué)院 水利與環(huán)境工程學(xué)院，浙江 杭州 310018)

以應(yīng)村水庫(kù)為例，結(jié)合日常應(yīng)用需求，設(shè)計(jì)了該洪水預(yù)報(bào)調(diào)度系統(tǒng)的總體架構(gòu)，結(jié)合流域下墊面和水庫(kù)工程特性，選擇新安江模型進(jìn)行入庫(kù)洪水預(yù)報(bào)，選擇水位控制、出庫(kù)控制和指令調(diào)度模型進(jìn)行水庫(kù)調(diào)洪演算.在此基礎(chǔ)上，采用B/S模式開(kāi)發(fā)完成了預(yù)報(bào)調(diào)度系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)水雨情、水雨情查詢(xún)、洪水預(yù)報(bào)調(diào)度等功能.

應(yīng)村水庫(kù)；洪水預(yù)報(bào)；水庫(kù)調(diào)度

1 水庫(kù)概況

應(yīng)村水庫(kù)位于浙江省西南部遂昌縣境內(nèi)，靈山港上游.靈山港為錢(qián)塘江的二級(jí)支流，河長(zhǎng)89.7 km，流域面積727 km2，上游主流桃溪，發(fā)源于遂昌縣高坪鄉(xiāng)和尚嶺，應(yīng)村水庫(kù)壩址位于應(yīng)村上游1.5 km處的桃溪干流，壩址以上集水面積79.6 km2(含交瑭電站引走集水面積10.8 km2)，主河長(zhǎng)16.9 km，河道比降26.8‰.電站廠房位于北界鎮(zhèn)下游2 km的下墅村，壩址至廠址區(qū)間集水面積285.8 km2，主河長(zhǎng)34.7 km，河道平均比降15‰.同時(shí)從鄰近的官溪及桃溪支流引水入庫(kù)，引水總集水面積38.7 km2.設(shè)計(jì)流域?qū)儆谥械蜕絽^(qū)，流域難林木茂盛，植被良好，溪流均為山區(qū)性流溪，洪水暴漲暴落.

應(yīng)村水庫(kù)主要工程樞紐有大壩、溢洪道(泄洪閘門(mén)3扇)、廠房等，工程性質(zhì)以發(fā)電為主，兼顧防洪、灌溉.水庫(kù)為中型水庫(kù)，工程等級(jí)為三級(jí).總庫(kù)容2 349萬(wàn)m3，庫(kù)容系數(shù)13.71%，電站總裝機(jī)容量2×16 MW.樞紐工程包括：攔河壩、泄洪建筑物、發(fā)電引水系統(tǒng)、廠房及升壓站、跨流域引水系統(tǒng)等.

應(yīng)村水庫(kù)已建有雨水情遙測(cè)系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上研制實(shí)時(shí)洪水預(yù)報(bào)調(diào)度系統(tǒng)對(duì)水庫(kù)防洪決策至關(guān)重要.

2 系統(tǒng)總體架構(gòu)

應(yīng)村水庫(kù)洪水預(yù)報(bào)調(diào)度系統(tǒng)總體上包括兩個(gè)部分：系統(tǒng)應(yīng)用平臺(tái)和系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù).系統(tǒng)應(yīng)用平臺(tái)中包含了很多專(zhuān)業(yè)功能模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)水庫(kù)雨水情查詢(xún)、洪水預(yù)報(bào)、洪水調(diào)度和日常報(bào)表查詢(xún)等功能.系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)包含了實(shí)時(shí)雨水情數(shù)據(jù)庫(kù)和系統(tǒng)專(zhuān)用數(shù)據(jù)庫(kù).系統(tǒng)是一有機(jī)的整體，各部分都具有自身明確的功能，以滿(mǎn)足實(shí)際作業(yè)預(yù)報(bào)和決策支持的需要.在軟件系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中，相互間具有相對(duì)的獨(dú)立性，以系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)為紐帶完成數(shù)據(jù)的相互傳輸.系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖1).

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

3 預(yù)報(bào)調(diào)度方案

3.1 計(jì)算單元?jiǎng)澐?/p>

在水文模型中，由于流域特性存在著較大的空間差異性，通常將流域離散成較小的、可認(rèn)為其特征相對(duì)均一的空間單元.本文采用“自然流域”分塊方式，進(jìn)行流域計(jì)算單元的空間離散，其過(guò)程一般包括：流域流水網(wǎng)生成、流域子單元?jiǎng)澐趾土饔虍a(chǎn)匯流分區(qū)生成.

(1)流域流水網(wǎng)

采用正方形網(wǎng)格的DEM，根據(jù)水往低處流的公理，高值網(wǎng)格上的水流將流向相鄰較低值的網(wǎng)格中，由此可確定各網(wǎng)格上徑流的流向(網(wǎng)格方向)，連接網(wǎng)格方向即為流域流水網(wǎng).本文基于可免費(fèi)獲取的SRTM3數(shù)據(jù)，選取應(yīng)村水庫(kù)所在流域的數(shù)據(jù)，采用ArcGIS軟件中的水文分析工具即可進(jìn)行流域流水網(wǎng)的推求.

(2)流域子單元

在流域水文模擬中，為了考慮降雨空間分布不均的影響及下墊面水文特性的空間差異，常將流域按一定形式分成若干單元流域.在流域流水網(wǎng)基礎(chǔ)上，給定集水面積閾值，ArcGIS中的水文分析工具能自動(dòng)按分水嶺進(jìn)行流域劃分，即為流域子單元，如圖2中的黑色實(shí)線所示.

(3)流域產(chǎn)匯流分區(qū)

本文在流域子單元的基礎(chǔ)上，采用流域產(chǎn)匯流分區(qū)對(duì)流域進(jìn)行了二次概化.流域產(chǎn)匯流分區(qū)是與控制站點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的計(jì)算分區(qū)，包括小流域和區(qū)間流域兩種類(lèi)型.基于流域產(chǎn)匯流分區(qū)，建立產(chǎn)匯流分區(qū)間的拓?fù)潢P(guān)系后，可用于流域水文模擬，流域范圍及站點(diǎn)分布(見(jiàn)圖2).

圖2 應(yīng)村水庫(kù)流域邊界及站網(wǎng)分布

3.2 預(yù)報(bào)模型選擇

根據(jù)應(yīng)村水庫(kù)所在流域水文特性分析，洪水預(yù)報(bào)模型采用新安江模型.該模型是河海大學(xué)(原華東水利學(xué)院)水文系在1973年對(duì)新安江水庫(kù)作入庫(kù)流量預(yù)報(bào)時(shí)提出來(lái)的概念性流域降雨徑流模型.該模型把全流域分成許多個(gè)單元面積，對(duì)每個(gè)單元面積進(jìn)行產(chǎn)匯流計(jì)算，得出單元面積的出口流量過(guò)程，再進(jìn)行出口以下的河道洪水演算，把各個(gè)單元面積的出流過(guò)程相加，求得流域的總出流過(guò)程.模型主要適應(yīng)于濕潤(rùn)與半濕潤(rùn)地區(qū)，計(jì)算精度較高，在國(guó)內(nèi)外水文預(yù)報(bào)工作中有較好的應(yīng)用.新安江模型結(jié)構(gòu)框圖(見(jiàn)圖3).

3.3 調(diào)度模型選擇

為滿(mǎn)足不同情況的需要，本系統(tǒng)擬提供水位控制模型、出庫(kù)控制模型、指令調(diào)度模型等的實(shí)時(shí)防洪調(diào)度模型.具體模型使用視水庫(kù)及下游防洪情況確定.

圖3 新安江模型結(jié)構(gòu)框圖

(1)水位控制模型

該調(diào)度模型，將水庫(kù)水量平衡方程中v作為關(guān)注因子，將水庫(kù)最高控制水位轉(zhuǎn)化為約束條件，水庫(kù)最高水位是水庫(kù)實(shí)時(shí)防洪調(diào)度的重要控制指標(biāo)，當(dāng)洪水位于漲水段，后續(xù)降雨難以確知時(shí)，保持適當(dāng)?shù)乃畮?kù)最高控制水位非常重要，水位控制模型的目標(biāo)是在保證水庫(kù)水位控制條件的前提下，使水庫(kù)的最大出庫(kù)流量最小，即以通常所說(shuō)的最大削峰準(zhǔn)則進(jìn)行調(diào)度.水位控制模型，通常應(yīng)用于水庫(kù)自身防洪形勢(shì)比較緊張的情形，模型不考慮水庫(kù)對(duì)區(qū)間洪水的補(bǔ)償.

(2)出庫(kù)控制模型

該調(diào)度模型，將水量平衡中的q作為關(guān)注變量，與水位控制模式不同，該模型可以迅速準(zhǔn)確地將水庫(kù)最大出庫(kù)流量規(guī)定到希望的范圍之內(nèi).該調(diào)度模型同時(shí)考慮出庫(kù)流量限制和最高水位限制，當(dāng)出庫(kù)流量限制條件生效時(shí)其目標(biāo)是使水庫(kù)最高水位最低.當(dāng)出庫(kù)流量不起約束時(shí)，則盡可能利用允許最高水位規(guī)定的允許調(diào)蓄庫(kù)容削減洪峰.

(3)指令調(diào)度模型

指令調(diào)度模型在技術(shù)上，是固定泄量的調(diào)洪計(jì)算，只需要考慮泄洪設(shè)備的泄流能力約束.

4 系統(tǒng)主要功能

4.1 實(shí)時(shí)水雨情

主要實(shí)時(shí)顯示水庫(kù)集水面積范圍內(nèi)，各雨量站、水位站的實(shí)時(shí)信息.如果是雨量站，顯示其今日(8時(shí)后)累計(jì)雨量；如果是水位站，顯示其實(shí)時(shí)水位.系統(tǒng)將實(shí)時(shí)刷新，方便用戶(hù)實(shí)時(shí)掌握水庫(kù)汛情,實(shí)時(shí)水雨情查詢(xún)界面(見(jiàn)圖4).

4.2 水雨情查詢(xún)

主要對(duì)水庫(kù)雨量和水位數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢(xún)，具體包括：時(shí)段雨量查詢(xún)、時(shí)段水位查詢(xún)、時(shí)段雨水綜合查詢(xún)、多月雨水綜合查詢(xún)等功能.用戶(hù)能查詢(xún)?nèi)我鈺r(shí)間、各站的雨量過(guò)程、水位過(guò)程等信息,系統(tǒng)界面(見(jiàn)圖5).

圖4 實(shí)時(shí)水雨情查詢(xún)

圖5 時(shí)段水雨情查詢(xún)

4.3 洪水預(yù)報(bào)調(diào)度

主要完成水庫(kù)的入庫(kù)洪水預(yù)報(bào)和入庫(kù)洪水調(diào)度.用戶(hù)可設(shè)定作業(yè)預(yù)報(bào)根據(jù)時(shí)間，預(yù)報(bào)時(shí)段數(shù)，進(jìn)行入庫(kù)洪水過(guò)程的預(yù)報(bào).可考慮不同未來(lái)降雨(50 mm、100 mm、150 mm等)對(duì)預(yù)報(bào)過(guò)程的影響，進(jìn)行綜合分析.系統(tǒng)在進(jìn)行預(yù)報(bào)時(shí)，在作業(yè)預(yù)報(bào)前的時(shí)段采用水庫(kù)實(shí)際出庫(kù)(如果數(shù)據(jù)庫(kù)中有)進(jìn)行調(diào)度，在作業(yè)預(yù)報(bào)后的時(shí)段采用默認(rèn)水庫(kù)默認(rèn)出庫(kù)進(jìn)行調(diào)度,系統(tǒng)界面示意(見(jiàn)圖6).用戶(hù)在預(yù)報(bào)完成后，亦可調(diào)整水庫(kù)出庫(kù)過(guò)程，在進(jìn)行庫(kù)水位的預(yù)報(bào)，分析相同來(lái)水條件下，不同出庫(kù)過(guò)程對(duì)預(yù)報(bào)水位的影響.

4.4 水文業(yè)務(wù)報(bào)表

主要針對(duì)水庫(kù)的日常報(bào)表需求，提供水文業(yè)務(wù)報(bào)表.主要包括水庫(kù)水情日?qǐng)?bào)表和流域日降雨量統(tǒng)計(jì)表.

4.5 水庫(kù)基本信息

可實(shí)現(xiàn)對(duì)水庫(kù)的基本信息進(jìn)行查詢(xún)，包括水庫(kù)流域概況、水庫(kù)工程概況、水庫(kù)主要特征指標(biāo)、水庫(kù)水位—庫(kù)容關(guān)系曲線、水庫(kù)水位—面積關(guān)系曲線等，如應(yīng)村水庫(kù)概況信息內(nèi)容(見(jiàn)圖7).

圖6 洪水預(yù)報(bào)調(diào)度

圖7 水庫(kù)基本信息

5 結(jié) 語(yǔ)

本文結(jié)合日常應(yīng)用需求，設(shè)計(jì)提出了應(yīng)村水庫(kù)洪水預(yù)報(bào)調(diào)度系統(tǒng)的總體架構(gòu)，結(jié)合流域下墊面和水庫(kù)工程特性，選擇新安江模型進(jìn)行入庫(kù)洪水預(yù)報(bào)，選擇水位控制、出庫(kù)控制和指令調(diào)度模型進(jìn)行水庫(kù)調(diào)洪演算.在此基礎(chǔ)上，采用B/S模式開(kāi)發(fā)完成了預(yù)報(bào)調(diào)度系統(tǒng)，并對(duì)系統(tǒng)主要功能進(jìn)行了介紹.筆者將在水庫(kù)汛期中不斷使用本系統(tǒng)，完善系統(tǒng)功能，使其能更好地為水庫(kù)防汛調(diào)度提供支撐.

[1] 陳 華，郭生練，林凱榮，等.基于Web的水庫(kù)洪水預(yù)報(bào)調(diào)度系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版)，2004，37(3):27-31.

[2] 劉 兵，何新林，張 偉，等.B/S模式水庫(kù)洪水預(yù)報(bào)調(diào)度系統(tǒng)的研制與開(kāi)發(fā)[J].水電廠自動(dòng)化，2007(1):56-60.

[3] 王 攀，陳小平，盧 林.寧波市水庫(kù)洪水調(diào)度信息系統(tǒng)研究[J].浙江水利科技，2016(1)：93-95.

[4] 王 攀，陳小平，盧 林.寧波市周公宅洪水調(diào)度信息系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)[J].浙江水利水電學(xué)院學(xué)報(bào)，2015,27(4)：21-27.

Research on Real-time Flood Forecasting-regulation System in Yingcun Reservoir

LIN Chang-xia1, XIE Hua-wei2, OU Jian2

(1.Zhejiang Longchuan Water Conservancy and Hydropower Development Co. Ltd., Lishui 323300,China; 2.College of Hydraulic and Environmental Engineering, Zhejiang University of Water Resources and Electric Power, Hangzhou 310018, China)

Yingchun Reservoir is a medium-sized reservoir, whose function is mainly for electric power generation, flood control and irrigation. The overall prediction of reservoir dispatching system configuration is put forward in this paper, according to the features of the basin underlying surface, and the applicable model for flood forecasting and reservoir regulation is also selected, combined with the daily regimen and business needs. Meanwhile, the main function of flood forecasting and dispatching systems is described based on B/S Mode.

Yingchun Reservoir; flood forecasting; reservoir regulation

2016-03-21

浙江省高職高專(zhuān)院校專(zhuān)業(yè)帶頭人專(zhuān)業(yè)領(lǐng)軍項(xiàng)目

林昌夏(1982-)，男，溫州蒼南人，工程師，研究方向?yàn)樗畮?kù)運(yùn)行管理.

TV697

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1008-536X(2016)06-0029-05