臨沂市庫(kù)河聯(lián)合調(diào)度系統(tǒng)在防汛減災(zāi)中的應(yīng)用

王英石

（臨沂市水利局，山東 臨沂276000）

臨沂市整個(gè)地勢(shì)西北高東南低，共有大小河流1 800余條，其中流域面積50 km2及以上河流136條，跨市河流57條，兩條山洪性河道沂河、沭河縱貫?zāi)媳保淮笾行⌒退畮?kù)901座，總庫(kù)容34億m3；塘壩9 774處；共有設(shè)計(jì)蓄水量在10萬(wàn)m3及以上的攔河閘壩108座，總設(shè)計(jì)蓄水量2.75億m3；全市多年平均降雨量827.7cm，且年際、年內(nèi)降水分配極不均勻，水旱災(zāi)害時(shí)有發(fā)生，防汛任務(wù)十分艱巨。

按照山東省水利廳《山東省水利發(fā)展“十三五”規(guī)劃》和《臨沂市防汛抗旱指揮調(diào)度決策系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)》的建設(shè)內(nèi)容，圍繞臨沂市水利管理核心業(yè)務(wù)需求，以防汛減災(zāi)、防洪調(diào)度為重點(diǎn)，臨沂市水利局建設(shè)了臨沂市防汛抗旱指揮調(diào)度決策系統(tǒng)（二期）——庫(kù)河聯(lián)合調(diào)度決策支持系統(tǒng)項(xiàng)目建設(shè)，有效提升全市水利現(xiàn)代化管理水平。

1 系統(tǒng)主要功能

1.1 降雨分析

結(jié)合氣象預(yù)報(bào)降雨量信息與流域歷史典型降雨過(guò)程，預(yù)測(cè)流域未來(lái)一定時(shí)段內(nèi)的降雨過(guò)程，有效增加洪水的預(yù)見(jiàn)期，為水庫(kù)洪水預(yù)報(bào)提供支撐。

1.2 洪水預(yù)報(bào)

洪水預(yù)報(bào)在線計(jì)算是進(jìn)行研究范圍內(nèi)的降雨產(chǎn)流和下墊面匯流計(jì)算，操作人員在頁(yè)面中確定降雨分配等計(jì)算條件，系統(tǒng)調(diào)用后臺(tái)的產(chǎn)匯流模型計(jì)算城區(qū)凈雨過(guò)程，可在WEBGIS地圖頁(yè)面中進(jìn)行產(chǎn)匯流成果的查看。洪水預(yù)報(bào)模型能夠預(yù)報(bào)上游山區(qū)及下游區(qū)間的洪水過(guò)程，以及洪水在河道的傳播過(guò)程。

1.3 水庫(kù)調(diào)度計(jì)算

面向臨沂市大中型水庫(kù)，建設(shè)水庫(kù)預(yù)報(bào)調(diào)度計(jì)算模塊，系統(tǒng)提供規(guī)則調(diào)度模型、指令調(diào)度模型等幾種防洪調(diào)度模型，用戶(hù)可以選擇不同的水庫(kù)調(diào)度模型進(jìn)行防洪調(diào)度，生成相應(yīng)的防洪調(diào)度方案，為防洪提供決策支持。

1.4 庫(kù)河聯(lián)合調(diào)度

庫(kù)河聯(lián)合調(diào)度以計(jì)算方案形式實(shí)現(xiàn)，在系統(tǒng)中以水利計(jì)算模型為基礎(chǔ)，進(jìn)行上游水庫(kù)出庫(kù)和下游河道洪水演進(jìn)的聯(lián)合計(jì)算。

1.5 洪水影響分析

基于水流演進(jìn)模擬方案成果，在系統(tǒng)中進(jìn)行洪水計(jì)算成果分析、堤防危急程度分析等，相關(guān)操作均基于WEBGIS地圖進(jìn)行，提供科學(xué)精準(zhǔn)的分析和高效的交互信息展示。主要包括洪水計(jì)算成果分析和堤防危機(jī)程度分析。

2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方法

2.1 降雨分析方法

采用歷史典型降雨過(guò)程對(duì)預(yù)報(bào)降雨總量進(jìn)行時(shí)空分配，既充分利用氣象預(yù)報(bào)降雨信息，又增加洪水預(yù)見(jiàn)期，為水庫(kù)洪水預(yù)報(bào)提供支撐。利用降雨分析計(jì)算方法，結(jié)合GIS地圖進(jìn)行在線的降雨分配計(jì)算，系統(tǒng)提供典型降雨方案管理、新建降雨方案、計(jì)算成果查詢(xún)、降雨方案修改和刪除等功能。

2.2 洪水預(yù)報(bào)方法

1）洪水預(yù)報(bào)模型選擇。臨沂市屬于半濕潤(rùn)地區(qū)氣候特征，根據(jù)產(chǎn)流模型的適用條件，宜采用垂向混合產(chǎn)流模型進(jìn)行洪水過(guò)程的模擬與預(yù)報(bào)。

2）產(chǎn)流計(jì)算。垂向混合產(chǎn)流方法將超滲產(chǎn)流與蓄滿產(chǎn)流進(jìn)行垂向組合，下滲的水流在土壤缺水量大的部分面積上，補(bǔ)充土壤含水量而不產(chǎn)流；在缺水量小的部分面積上，補(bǔ)足土壤缺水量后，產(chǎn)生地面以下的徑流。

2.3 水庫(kù)調(diào)度計(jì)算方法

1）規(guī)則調(diào)度模型。規(guī)則調(diào)度，即嚴(yán)格按照水庫(kù)控制運(yùn)行計(jì)劃制定的控制運(yùn)行指標(biāo)對(duì)水庫(kù)控制情況進(jìn)行模擬。水庫(kù)控制運(yùn)行計(jì)劃包括水庫(kù)在非汛期、梅汛期和臺(tái)汛期的運(yùn)行方式及各種控制水位，遭遇不同頻率洪水的調(diào)度規(guī)則等。

2）指令調(diào)度模型。指令調(diào)度，是在決策者給定水庫(kù)下泄流量過(guò)程或下泄流量限制值的前提下的分析計(jì)算模型，在決策過(guò)程中，指令調(diào)度模型具有交互試錯(cuò)的特征，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)。通常有兩種情形：一是給定出庫(kù)流量過(guò)程進(jìn)行水庫(kù)調(diào)洪計(jì)算；二是給定最大出庫(kù)流量限制值，即由決策者給定最大下泄流量不得超過(guò)某限制值的指令。

3）錯(cuò)峰補(bǔ)償調(diào)度模型。錯(cuò)峰補(bǔ)償調(diào)度在水庫(kù)有較多的空閑庫(kù)容時(shí)較為完善，它將關(guān)注的水庫(kù)水位與出庫(kù)流量，轉(zhuǎn)移到關(guān)心水庫(kù)水位與防洪控制斷面的過(guò)水流量。根據(jù)水庫(kù)距保護(hù)區(qū)距離不同，可采用完全補(bǔ)償調(diào)度與近似錯(cuò)峰調(diào)度的方式。

2.4 庫(kù)河聯(lián)合調(diào)度方法

1）當(dāng)大洪水發(fā)生時(shí)，庫(kù)河聯(lián)合調(diào)度的基本方法是上蓄下泄，即利用上游水庫(kù)的攔蓄洪水作用，對(duì)下游河道洪水進(jìn)行削峰、錯(cuò)峰；同時(shí)河道橡膠壩全部塌落泄洪，使河道洪水盡快下排，以減輕臨沂市區(qū)防洪壓力。庫(kù)河聯(lián)合調(diào)度計(jì)算主要是依據(jù)實(shí)時(shí)防汛需求，采用不同水庫(kù)調(diào)度模型計(jì)算水庫(kù)出庫(kù)流量過(guò)程，與下游河道洪水進(jìn)行聯(lián)合演算，計(jì)算不同調(diào)度情景下河道洪水過(guò)程，并選出防洪效益最優(yōu)的調(diào)度方案。

2）當(dāng)小洪水發(fā)生時(shí)，由于橡膠壩的調(diào)度運(yùn)行情況較為復(fù)雜，又缺乏實(shí)時(shí)工情數(shù)據(jù)，使得模型的輸入條件較為復(fù)雜，因此擬定考慮使用水力學(xué)方法來(lái)進(jìn)行庫(kù)河聯(lián)調(diào)計(jì)算。此部分因?yàn)槿鄙賹?shí)時(shí)數(shù)據(jù)且橡膠壩聯(lián)合調(diào)度組合情景對(duì)于模型的計(jì)算難度較大，所以此模塊作為探討內(nèi)容來(lái)建設(shè)。

2.5 洪水計(jì)算成果分析

對(duì)降雨分析結(jié)果、洪水特征值、水庫(kù)調(diào)度特征值、斷面水位等信息進(jìn)行在線統(tǒng)計(jì)分析，并與設(shè)計(jì)值或工程自身屬性進(jìn)行對(duì)比，供決策者對(duì)當(dāng)前洪水計(jì)算結(jié)果進(jìn)行總體判斷。根據(jù)水庫(kù)調(diào)度最高水位自動(dòng)判斷是否超汛限水位或防洪高水位。

考慮干流水位測(cè)站的分布和沿程堤防高程變化的梯度，將水位測(cè)站實(shí)時(shí)水位與堤防高程進(jìn)行插值與拓?fù)浞治?，?duì)比其沿程變化情況，以直觀快速分析實(shí)時(shí)堤防危急程度。

3 系統(tǒng)應(yīng)用及成效

3.1 提高信息傳遞效率與精度

通過(guò)對(duì)現(xiàn)有各種防汛數(shù)據(jù)的整合，建立了集工情、水雨情、氣象等信息為一體的防汛綜合信息查詢(xún)系統(tǒng)，不僅能夠及時(shí)、準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)、收集所轄區(qū)域的雨情、水情、工情和災(zāi)情等信息，還能夠在手機(jī)、平板電腦等設(shè)備上移動(dòng)查詢(xún)，起到了防汛指揮調(diào)度“千里眼”“順風(fēng)耳”的作用。

3.2 增強(qiáng)防汛會(huì)商可視化與規(guī)范化

該系統(tǒng)可以及時(shí)提供各類(lèi)防汛抗旱信息，較準(zhǔn)確地做出降雨、洪水的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，增強(qiáng)了防汛會(huì)商的規(guī)范化，實(shí)現(xiàn)了相關(guān)功能的可視化顯示，更直觀、形象地展現(xiàn)各類(lèi)會(huì)商資料。

3.3 提升指揮調(diào)度科學(xué)性與準(zhǔn)確性

各類(lèi)雨水情、工情、險(xiǎn)情的信息匯集為防汛指揮調(diào)度提供了第一手現(xiàn)場(chǎng)資料，為相關(guān)部門(mén)專(zhuān)家會(huì)商和指揮調(diào)度提供了專(zhuān)業(yè)技術(shù)支撐，實(shí)現(xiàn)了對(duì)防汛趨勢(shì)的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)和預(yù)報(bào)。一旦預(yù)測(cè)可能出現(xiàn)災(zāi)害性的汛情，可以依靠指揮平臺(tái)的建設(shè)成果，根據(jù)現(xiàn)有防洪工程情況和調(diào)度規(guī)則制定洪水調(diào)度方案，提升指揮調(diào)度的科學(xué)性和準(zhǔn)確性。