泰安市大河水庫(kù)洪水預(yù)報(bào)調(diào)度系統(tǒng)研究

趙志鵬

（泰安市大河水庫(kù)管理處，山東 泰安 271000）

大河水庫(kù)坐落于山東省泰安市西郊，位于黃河下游大汶河二級(jí)支流泮汶河中游，控制流域面積84.53 km2，來(lái)水主要于桃花峪、櫻桃溝。水庫(kù)始建于1959年，2003年完成改建加固，總庫(kù)容2 997萬(wàn)m3，興利庫(kù)容2 030萬(wàn)m3，是一座以發(fā)電為主，兼顧灌溉、防洪和工業(yè)供水的重點(diǎn)中型水庫(kù)。設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇，校核防洪標(biāo)準(zhǔn)為1 000年一遇，設(shè)計(jì)洪水位166.8 m，校核洪水位167.2 m，正常蓄水位為165.0 m。水庫(kù)樞紐工程包括大壩、溢洪道和放水洞三部分。大壩總長(zhǎng)773 m，其中主壩長(zhǎng)460 m，最大壩高22.0 m；副壩長(zhǎng)313 m，最大壩高7.3 m，為均質(zhì)土壩。水庫(kù)下游保護(hù)范圍涉及泰山區(qū)、岱岳區(qū)、高新區(qū)4個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)、35個(gè)村莊；岱岳區(qū)城區(qū)、104國(guó)道、京滬鐵路、泰化公路、西外環(huán)、泰肥公路、泰東公路、泰汶公路、泰良公路以及下游大量的工礦企業(yè)。

1　洪水預(yù)報(bào)調(diào)度系統(tǒng)建設(shè)必要性

水庫(kù)防洪調(diào)度不僅要統(tǒng)籌考慮水庫(kù)上下游的防洪矛盾，還要統(tǒng)籌考慮防洪與興利的矛盾，通過(guò)對(duì)降雨、地形地貌、人類活動(dòng)這三大山洪災(zāi)害形成因素的研究，結(jié)合大河水庫(kù)防洪調(diào)度工作的實(shí)際需要，以1∶50 000數(shù)字高程模型（DEM）為基礎(chǔ)，合理劃分小流域，分析計(jì)算小流域分布式單位線、進(jìn)行河道演算，構(gòu)建分布式水文模型，進(jìn)行洪水模擬，用總出口斷面流量資料做檢驗(yàn)，并根據(jù)下墊面相似性移用于無(wú)水文資料流域。以此為基礎(chǔ)，建立包括降雨場(chǎng)次劃分、洪水預(yù)報(bào)計(jì)算、實(shí)時(shí)預(yù)警監(jiān)視、水庫(kù)調(diào)度分析、數(shù)據(jù)綜合查詢、三維動(dòng)態(tài)淹沒(méi)過(guò)程展示等內(nèi)容的防洪調(diào)度指揮系統(tǒng)。根據(jù)降雨數(shù)據(jù)、水庫(kù)調(diào)度指令預(yù)測(cè)水庫(kù)水位變化情況?；诟呔鹊母叱虜?shù)據(jù)和河道斷面數(shù)據(jù)構(gòu)建三維洪水淹沒(méi)模型，根據(jù)降雨數(shù)據(jù)、水庫(kù)泄洪數(shù)據(jù)模擬下游河道洪水過(guò)程，計(jì)算可能淹沒(méi)范圍，分析洪水對(duì)下游城鎮(zhèn)的影響。實(shí)現(xiàn)對(duì)大河水庫(kù)上游流域的實(shí)時(shí)洪水預(yù)報(bào)預(yù)警，水庫(kù)調(diào)度的模擬演算、洪水過(guò)程的前瞻性預(yù)測(cè)，為防洪減災(zāi)、水庫(kù)調(diào)度決策提供數(shù)據(jù)支撐和技術(shù)支持。

2　洪水預(yù)報(bào)調(diào)度系統(tǒng)主要研究?jī)?nèi)容

洪水預(yù)報(bào)調(diào)度擬采用預(yù)報(bào)的入庫(kù)流量作為遭遇洪水量級(jí)及相應(yīng)泄量的判別指標(biāo)。核心部分是根據(jù)水文預(yù)報(bào)的結(jié)果，結(jié)合工作人員的經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行洪水的合理調(diào)度，既要保證標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)洪水安全下泄，又要保證最大限度的為灌溉、發(fā)電等用水?dāng)r蓄洪水。在實(shí)時(shí)洪水調(diào)度中，采用流域水文模型進(jìn)行產(chǎn)、匯流預(yù)報(bào)及河道洪水演進(jìn)計(jì)算。

1）預(yù)報(bào)模型建模及數(shù)據(jù)處理，包括小流域劃分、模型參數(shù)提取、構(gòu)造小流域單位線、構(gòu)建流域模型拓?fù)潢P(guān)系、預(yù)報(bào)模型建模、模型參數(shù)率定等。

2）建立預(yù)報(bào)模型數(shù)據(jù)庫(kù)和業(yè)務(wù)管理數(shù)據(jù)庫(kù)，為預(yù)報(bào)模型計(jì)算，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)查詢，預(yù)報(bào)結(jié)果查詢、模型參數(shù)修改和系統(tǒng)用戶管理提供數(shù)據(jù)支持。

3）建立水庫(kù)洪水調(diào)度模型，模擬水庫(kù)閘門調(diào)度過(guò)程，分析計(jì)算水庫(kù)水位流量過(guò)程，為防洪調(diào)度提供技術(shù)支持。

4）建立洪水淹沒(méi)分析模型，結(jié)合洪水調(diào)度與洪水預(yù)報(bào)，分析水庫(kù)放水對(duì)下游的影響，計(jì)算淹沒(méi)范圍，統(tǒng)計(jì)災(zāi)害損失。

5）建設(shè)基于B/S架構(gòu)的WEB應(yīng)用程序，提供水庫(kù)信息查詢，預(yù)報(bào)結(jié)果查詢、預(yù)報(bào)告警信息查詢、電子地圖瀏覽等服務(wù)。

6）建設(shè)基于C/S架構(gòu)的后臺(tái)計(jì)算程序，自動(dòng)收集最新雨情，實(shí)時(shí)進(jìn)行洪水預(yù)報(bào)計(jì)算，自動(dòng)監(jiān)測(cè)上游斷面和水庫(kù)洪水過(guò)程，一旦超過(guò)告警閾值，實(shí)時(shí)生成預(yù)報(bào)預(yù)警。

3　洪水預(yù)報(bào)調(diào)度系統(tǒng)模塊設(shè)置

大河水庫(kù)防洪調(diào)度指揮系統(tǒng)將基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、水雨情、空間數(shù)據(jù)、預(yù)報(bào)模型、水庫(kù)調(diào)度等數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)分析，進(jìn)行報(bào)警和預(yù)警，發(fā)布預(yù)警信息。系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)，以便模型擴(kuò)展和完善；能夠?qū)Ω鞣N預(yù)報(bào)模型的輸入與輸出信息進(jìn)行有效的管理；系統(tǒng)采用B/S和C/S相結(jié)合的模式，以空間服務(wù)系統(tǒng)為平臺(tái)，包括數(shù)據(jù)采集處理、地理信息系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析服務(wù)、洪水預(yù)報(bào)分析、水庫(kù)信息查詢、電子文檔管理、系統(tǒng)管理等模塊。

4　洪水預(yù)報(bào)調(diào)度系統(tǒng)主要功能

4.1　基本信息

基本信息地可以顯示信息包括雨量站點(diǎn)、降雨分布、攝像頭、水庫(kù)示意圖等。雨量站點(diǎn)顯示降雨柱狀圖，并可查看測(cè)站詳細(xì)降雨過(guò)程。降雨分布可以通過(guò)等值面的形式展現(xiàn)降雨分布情況。降雨播放可查看當(dāng)前降雨場(chǎng)次降雨等值面動(dòng)畫。攝像頭顯示水庫(kù)周邊的攝像頭，可以查看攝像頭監(jiān)視情況。水位示意圖顯示水位數(shù)據(jù)及特征值。

4.2　洪水預(yù)報(bào)分析

洪水預(yù)報(bào)分析包括預(yù)報(bào)結(jié)果查詢、預(yù)警信息查詢、水庫(kù)模擬調(diào)度等內(nèi)容。預(yù)報(bào)結(jié)果查詢分為單一斷面預(yù)報(bào)和多斷面預(yù)報(bào)，單一斷面預(yù)報(bào)通過(guò)調(diào)用模擬數(shù)據(jù)讀取模塊，獲取該斷面的流量過(guò)程數(shù)據(jù)、考慮預(yù)報(bào)降雨后的流量過(guò)程；多斷面預(yù)報(bào)通過(guò)調(diào)用模擬數(shù)據(jù)讀取模塊，獲取各個(gè)斷面的某時(shí)刻的流量特征參數(shù)。預(yù)警信息查詢根據(jù)降雨場(chǎng)次標(biāo)識(shí)、預(yù)警標(biāo)識(shí)和狀態(tài)查詢數(shù)據(jù)庫(kù)，獲取預(yù)警時(shí)間、洪峰流量、峰現(xiàn)時(shí)間、水量及預(yù)警地點(diǎn)、相關(guān)責(zé)任人等。水庫(kù)模擬調(diào)度根據(jù)模擬任務(wù)ID、水庫(kù)ID，調(diào)用模擬數(shù)據(jù)讀取模塊，獲取水庫(kù)預(yù)報(bào)結(jié)果，輸出水庫(kù)水位過(guò)程線圖、水庫(kù)來(lái)水量。

4.3　水庫(kù)調(diào)度管理

防洪預(yù)案管理包括開閘計(jì)算、調(diào)度指令和水庫(kù)調(diào)度計(jì)算。開閘計(jì)算根據(jù)起調(diào)水位、泄量信息，計(jì)算指定泄量和起調(diào)水位對(duì)應(yīng)的閘門開高調(diào)整過(guò)程，輸出閘門開高過(guò)程，用于開閘放固定泄量的水，閘門需要開多高。調(diào)度指令可以參考開高情況，錄入合理的啟閉高度。水庫(kù)調(diào)度計(jì)算根據(jù)起調(diào)水位、閘門開高、開啟孔數(shù)、預(yù)報(bào)結(jié)果，進(jìn)行泄洪計(jì)算，輸出水位過(guò)程、庫(kù)容過(guò)程、泄量過(guò)程，通過(guò)試算，使水庫(kù)水位降低到汛限水位以下。

4.4　預(yù)報(bào)預(yù)警計(jì)算服務(wù)

系統(tǒng)采用后臺(tái)計(jì)算方式進(jìn)行實(shí)時(shí)分析計(jì)算，可對(duì)所有河網(wǎng)節(jié)點(diǎn)、重要斷面、水庫(kù)的流量過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)。洪水預(yù)報(bào)服務(wù)以實(shí)時(shí)方式進(jìn)行，采用30分鐘進(jìn)行一次預(yù)報(bào)計(jì)算，即在降雨后的第一個(gè)時(shí)段末開始，逐步預(yù)報(bào)當(dāng)前場(chǎng)次每一個(gè)降雨時(shí)段末之前所有降雨可能形成的流量水位過(guò)程。對(duì)于設(shè)定預(yù)警閾值的斷面，需監(jiān)控預(yù)報(bào)流量數(shù)據(jù)，一旦超過(guò)預(yù)警閾值，及時(shí)生成預(yù)報(bào)預(yù)警信息。

5　結(jié)語(yǔ)

洪水預(yù)報(bào)調(diào)度系統(tǒng)是防洪調(diào)度決策支持系統(tǒng)的重要組成部分，大河水庫(kù)通過(guò)建立洪水預(yù)報(bào)調(diào)度系統(tǒng)，提高了預(yù)報(bào)精度及實(shí)用性，為實(shí)現(xiàn)防洪調(diào)度系統(tǒng)科學(xué)、可靠、高效決策提供了條件，進(jìn)一步提高了水庫(kù)的防洪調(diào)度、運(yùn)行管理及安全管理的信息化水平。