英那河水庫防洪調(diào)度決策支持系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)

王丕國，張玉君，王金偉

（大連市供水有限公司，遼寧 大連 116021）

英那河水庫防洪調(diào)度決策支持系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)

王丕國，張玉君，王金偉

（大連市供水有限公司，遼寧 大連 116021）

為解決英那河水庫在汛期實現(xiàn)洪水預(yù)報調(diào)度信息化、自動化的需求，本文基于水庫洪水預(yù)報、洪水調(diào)度原理，開發(fā)了英那河水庫防洪調(diào)度決策支持系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用B/S結(jié)構(gòu)、三層開發(fā)模式，并利用J2EE技術(shù)框架，結(jié)合美觀的EasyUI顯示技術(shù)、豐富的AnyChart圖表表現(xiàn)技術(shù)，便捷的Ajax前后端傳輸技術(shù)、先進(jìn)的Hibernate持久化技術(shù)進(jìn)行開發(fā)。經(jīng)實際運用顯示，該系統(tǒng)取得了較好的運行效果。

英那河水庫；防洪調(diào)度系統(tǒng)；設(shè)計；開發(fā)

1 引言

洪水災(zāi)害是影響我國人民生命安全的主要自然災(zāi)害之一，我國在防洪減災(zāi)方面進(jìn)行了大量的研究和建設(shè)，主要分為工程措施和非工程措施。近年來，隨著計算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，水利信息化的需求日益增高，水庫防洪調(diào)度決策支持系統(tǒng)的建設(shè)成為了防洪非工程措施的重要組成之一。

英那河水庫自建成以來，一直重視水庫的非工程措施建設(shè)，特別是在自動化、信息化方面開展了大量的研究工作。為適應(yīng)計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展、滿足洪水預(yù)報調(diào)度信息化、自動化的需求，英那河水庫管理局與大連理工大學(xué)共同合作，設(shè)計并開發(fā)了基于B/S結(jié)構(gòu)的英那河水庫防洪調(diào)度決策支持系統(tǒng)。

2 水庫工程背景

英那河水庫為大連莊河市英那河中下游的大（Ⅱ）型水庫，是一座以城市供水為主，兼顧防洪、發(fā)電、灌溉、養(yǎng)殖、旅游等綜合效益的大型水利樞紐工程。集水面積692 km2，多年平均徑流量3.34億m3，流域圖如圖1所示。正常蓄水位為79.10 m，防洪限制水位為78.10 m，設(shè)計洪水位為80.54 m，校核洪水位為81.2m，相應(yīng)庫容2.87億m3，最大泄量4446 m3/s，壩頂高程83.1m。

為了及時掌握英那河水庫上游的水文氣象狀況，水庫已建有“英那河水庫水情自動遙測系統(tǒng)”，水庫入庫流量是由水位及庫容的變化反推而得出的。該系統(tǒng)為水庫防洪調(diào)度決策支持系統(tǒng)的數(shù)據(jù)獲取，提供了有力的技術(shù)支持。

3 系統(tǒng)功能設(shè)計

英那河水庫作為大連市集供水、興利、防洪等功能為一體的重要水利樞紐工程，其對洪水預(yù)報調(diào)度過程的實時性、有效性、多樣性具有很高的需求。在系統(tǒng)的運用過程中，調(diào)度人員希望系統(tǒng)具有較強(qiáng)的交互性，同時也具有良好的協(xié)調(diào)性和完整性?；诖藢⒄麄€英那河水庫防洪調(diào)度決策支持系統(tǒng)分為五個子系統(tǒng)，即數(shù)據(jù)庫管理子系統(tǒng)、交互式洪水預(yù)報子系統(tǒng)、防洪形勢分析子系統(tǒng)、交互式洪水調(diào)度子系統(tǒng)、信息查詢子系統(tǒng)，系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖1 英那河流域圖

圖2 系統(tǒng)的邏輯圖

3.1 數(shù)據(jù)庫管理查詢子系統(tǒng)

數(shù)據(jù)是水庫防洪決策支持系統(tǒng)的基礎(chǔ)，主要包括歷史、實時水雨情數(shù)據(jù)、模型參數(shù)、洪水預(yù)報調(diào)度方案、用戶信息等數(shù)據(jù)。在實時防洪調(diào)度過程中需要方便、快捷的管理和查詢這些數(shù)據(jù)以進(jìn)行洪水預(yù)報調(diào)度的相關(guān)計算。因此，英那河水庫防洪調(diào)度決策支持系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫設(shè)計主要涉及兩大部分，一部分是與實時水雨情庫的接口，主要讀取實時信息；另一部分是為本系統(tǒng)所需內(nèi)容而建的專用數(shù)據(jù)庫，主要是對預(yù)報、調(diào)度、系統(tǒng)管理、系統(tǒng)集成等一系列數(shù)據(jù)、參數(shù)、方法與模型進(jìn)行存儲與管理。

3.2 交互式洪水預(yù)報子系統(tǒng)

洪水預(yù)報是水庫防洪決策支持系統(tǒng)進(jìn)行方案生成的基礎(chǔ)，其對方案的準(zhǔn)確度、可信度有重要的影響。因此，如何生成預(yù)報合格率高的洪水預(yù)報方案是洪水預(yù)報子系統(tǒng)設(shè)計的目標(biāo)。在實際洪水預(yù)報過程中，調(diào)度人員往往會根據(jù)經(jīng)驗進(jìn)行洪水預(yù)報模型的選擇、參數(shù)的調(diào)整、修正預(yù)報過程等操作，以生成合格率高的預(yù)報方案，同時，也會根據(jù)預(yù)報的降雨信息，假擬多種未來可能的降雨分布，以制定多種假擬降雨下的洪水預(yù)報方案作為決策的依據(jù)。根據(jù)這些需求，該子系統(tǒng)設(shè)計并提供了土壤含水量計算、實時預(yù)報、人機(jī)交互修正洪水預(yù)報、假擬降雨等主要功能。

3.3 防洪形勢分析子系統(tǒng)

在實際調(diào)度中，調(diào)度人員需要根據(jù)落地雨和預(yù)報信息對英那河流域未來降雨進(jìn)行假定，通過洪水預(yù)報模型預(yù)報未來洪水過程，并對洪水過程進(jìn)行多泄流量調(diào)度，形成多方案對比分析，進(jìn)而對未來的防洪形勢進(jìn)行評估。防洪形勢分析子系統(tǒng)通過加入未來時間、未來降雨量、未來泄流量等選項，通過圖像顯示選定假定組合下的調(diào)度過程，給調(diào)度人員提供一個直觀的防洪形勢表現(xiàn)。

3.4 交互式洪水調(diào)度子系統(tǒng)

調(diào)度人員通過利用洪水預(yù)報信息進(jìn)行洪水調(diào)度。在制定調(diào)度方案的過程中，操作人員希望系統(tǒng)能夠自動、交互地制定多個實時可行調(diào)度方案，并且可結(jié)合決策者的經(jīng)驗，對這些方案作出評價，因此在該子系統(tǒng)中設(shè)計了“常量調(diào)度”和“交互式調(diào)度”兩種方式。其中，“常量調(diào)度”可選擇某幾個時段內(nèi)采用某一常量進(jìn)行調(diào)度；“交互式調(diào)度”可選擇某幾個時段內(nèi)采取不同閘門開啟方式進(jìn)行調(diào)度，并采用模糊優(yōu)選理論結(jié)合經(jīng)驗進(jìn)行方案評價優(yōu)選，給調(diào)度人員提供參考。

4 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境與技術(shù)

系統(tǒng)運行環(huán)境采用Windows7 64位操作系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫采用Mysql5.0版本，Web應(yīng)用服務(wù)器采用tomcat6.0版本，java運行環(huán)境為jdk 1.8.0_92，瀏覽器采用IE8版本以上。系統(tǒng)采用B/S結(jié)構(gòu)，運用J2EE技術(shù)框架、EasyUI、AnyChart、Ajax、Hibernate等先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行設(shè)計與開發(fā)。

5 系統(tǒng)主要功能展示

5.1 主界面

系統(tǒng)主界面如圖3所示，整個界面盡量按照友好性、易操作性、靈活實用、直觀形象等需求進(jìn)行設(shè)計。主要劃分為兩個部分，左側(cè)為分級導(dǎo)航菜單，包含洪水預(yù)報、防洪形勢分析、洪水調(diào)度、信息查詢及維護(hù)四大部分，其中整個菜單的順序按照一次完整的預(yù)報調(diào)度步驟順序進(jìn)行設(shè)置，符合調(diào)度人員的習(xí)慣；右側(cè)為展示性內(nèi)容，包含流域概況圖和水庫實時水雨情信息表，方便用戶對整個流域的實時情況進(jìn)行一個查看。

圖3 水庫防洪預(yù)報調(diào)度系統(tǒng)主界面

5.2 預(yù)報界面

洪水預(yù)報界面如圖4所示，主要提供預(yù)報時間設(shè)置、實時提取遙測庫數(shù)據(jù)、前期土壤含水量計算、實時預(yù)報、人機(jī)交互修正洪水預(yù)報、假擬預(yù)報等主要功能，以及增加方案、刪減方案、輸出方案、打印方案等輔助功能，用戶可通過上方菜單和快捷鍵進(jìn)行相應(yīng)功能的選擇。同時，用戶可通過左側(cè)圖表和右側(cè)表格區(qū)來查看洪水過程及相關(guān)信息，具有較好的直觀性。因此，該界面不但操作簡單，并且各個關(guān)鍵部分均能提供必要的技術(shù)和細(xì)節(jié)支持。

圖4 洪水預(yù)報界面

5.3 防洪形勢分析

防洪形勢分析界面如圖5所示。整個界面的設(shè)計主要遵循根據(jù)落地雨和預(yù)報信息對英那河流域未來降雨進(jìn)行假定，通過洪水預(yù)報模型預(yù)報未來洪水過程，并對洪水過程進(jìn)行多泄流量調(diào)度，形成多方案對比分析的流程。界面的左上區(qū)域為防洪形勢分析表，顯示英那河水庫不同時段長、不同降雨量級、不同泄流量下最高水位的情況，點擊表格某單元格，表格下面圖中會顯示該最高水位對應(yīng)的預(yù)報調(diào)度過程；右側(cè)為實時數(shù)據(jù)，包含水庫實時水情和水位對比圖。

圖5 防洪形勢分析界面

5.4 調(diào)度界面

洪水預(yù)報調(diào)度界面如圖6所示。該界面是為決策者提供的洪水調(diào)度成果的最終體現(xiàn)。它將應(yīng)用洪水預(yù)報子系統(tǒng)的預(yù)報成果，自動與交互制定多個實時可行調(diào)度方案，并可結(jié)合決策者的經(jīng)驗，對這些方案作出評價，為防洪調(diào)度決策提供良好的支持信息。該界面上側(cè)為功能條，提供上傳方案、下載方案、增加方案、刪減方案等功能；下方提供調(diào)度過程顯示、和調(diào)度過程數(shù)值信息，使用戶能夠全面的掌握調(diào)度過程。

圖6 洪水調(diào)度界面

5.5 信息查詢界面

信息查詢界面如圖7所示。信息查詢子系統(tǒng)主要包括水、雨情信息查詢、預(yù)報數(shù)據(jù)查詢和調(diào)度數(shù)據(jù)查詢。為決策者提供的各種水、雨情信息查詢的最終體現(xiàn)。它將應(yīng)用洪水預(yù)報子系統(tǒng)的預(yù)報成果和洪水調(diào)度子系統(tǒng)的調(diào)度成果，交互式查詢各種水、雨情信息，為防洪調(diào)度決策提供良好的信息支持。左側(cè)目錄樹顯示可查詢項，右側(cè)顯示被查詢項的圖表信息。

6 結(jié)語

圖7 信息查詢界面

英那河水庫防洪調(diào)度決策支持系統(tǒng)通過采用B/S結(jié)構(gòu)，運用J2EE技術(shù)框架、EasyUI、AnyChart、Ajax、Hibernate等先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行三層模式的設(shè)計與開發(fā)。該系統(tǒng)能夠通過自身的數(shù)據(jù)庫管理子系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的提取與整編，并根據(jù)實時水、雨工情信息，利用洪水預(yù)報子系統(tǒng)進(jìn)行實時或假擬未來降雨的洪水預(yù)報，進(jìn)而通過生成的洪水預(yù)報方案，進(jìn)行防洪形勢分析和水庫調(diào)度方案的交互制定，最后采用模糊優(yōu)選理論結(jié)合經(jīng)驗進(jìn)行調(diào)度方案的評價優(yōu)選，給調(diào)度人員提供參考。該系統(tǒng)自上線運用以來，不但運行穩(wěn)定，而且操作方便，功能豐富，并且由于其自身B/S結(jié)構(gòu)的特點，使得后期維護(hù)比較方便，在英那河水庫的防洪減災(zāi)方面發(fā)揮了重要作用。

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1006—7973（2017）10-0073-03

10.13646/j.cnki.42-1395/u.2017.10.032