洪水预报调度系统在白盆珠水库的应用

　　【摘要】白盆珠水库利用已有的信息采集技术配合水库洪水预报调度系统的使用，建立起以超短波遥测站为信息依据的洪水预报系统，充分扩展了水情自动测报的范围，实现了科学的洪水预报，提高了水库科学管理水平。
　　【关键词】白盆珠，水库，数据库管理，洪水预报，水库调度
　　
　　近年来，水情信息自动采集技术发展迅速,信息传输与共享的范围不断扩大。为了让丰富的水情信息源成为水库运行管理工作中决策的依据，真正做到水情实时采集、及时预报、科学调度，为抗洪救灾决策提供科学依据。现就白盆珠使用的水库洪水预报调度系统，谈几点认识。
　　1 工程概述
　　白盆珠水库位于广东省东江支流西枝江上游的惠东县境内，是一座以防洪为主，结合灌溉、发电、改善航运等综合利用的多年调节大(I)型水库，坝址控制流域面积856平方公里，水库库容为12.2亿立方米。水库流域系统有遥测雨量站7个，自2004年5月使用由河海大学开发的水库洪水预报调度系统软件以来，建立起以超短波遥测站为信息依据的洪水预报系统，利用已有的信息采集技术配合该系统的使用，充分扩展了水情自动测报的范围，实现了科学的洪水预报。及时做好防洪预报，更加合理、更加科学地运用水库工程调度洪水，保障水库安全，减轻上下游洪灾损失，最大限度地发挥水库的防洪与兴利的综合效益，具有十分重要的作用，而且对当地的社会稳定、经济发展也有十分重要的意义。
　　2 系统运行环境
　　2.1 硬件配置
　　CPU：PⅢ；内存：512M；硬盘：20G；显示器：15’彩显；光驱：32速；激光打印机或喷墨打印机。
　　2.2 软件配置
　　操作系统采用Windows2000Server版；数据库采用MS-SQLServer2000网络数据库；洪水预报调度系统。
　　3 系统功能模块
　　水库洪水预报调度系统采用客户/服务网络结构的模块化设计，具有较强的通用性，从数据库接到水文遥测数据开始，一直到洪水预报调度，主要由三个子系统来实现：数据库管理子系统、洪水预报子系统和洪水调度子系统。
　　3.1 数据库管理子系统
　　软件开发工具选用PowerBuilder6．0,主要是解决数据库库表结构的设计、水库库码、水文站雨量站的站码管理，水雨情信息输入与输出管理及水文资料的信息的整编与处理等问题。开发的数据库,具有在上下级系统间双向流动的功能。
　　3.2 洪水预报子系统
　　软件开发工具选用VisualBasic6.0。洪水预报子系统，在功能上分为定时洪水预报和人工干预洪水预报。
　　3.2.1 定时洪水预报
　　定时洪水预报，就是根据定时遥测的雨量和水位，人工采集的蒸发和出库流量等水文数据，预报出未来一定时期内入库洪水总量、洪峰、峰现时间、入库洪水过程等。自动做出未来洪水的预测，其结果自动存入数据库，不作任何人工修改，不需人工操作。
　　3.2.2 人工干预洪水预报
　　(1) 实时洪水模拟。该功能除了能根据实时雨量快速地预报出未来洪水的变化过程及洪量、洪峰与发生时间等特征值，还可与气象预报结果相连接，根据未来的可能预测雨情，做出洪水变化的趋势预测与分析，延长了洪水预报的预见期，给会商调度提供更多的信息，为洪水调度提供更丰富的未来可能水情信息。
　　(2) 历史洪水模拟。该功能用当前使用的预报模型和模型参数，对历史上洪水特点与当前洪水相近的洪水进行模拟，分析当前模型模拟历史洪水的效果，进而评估当前模型预报未来将发生洪水的可能效果和误差情况，以给决策者和洪水调度提供更多的参考信息。
　　(3) 模型管理。主要有模型的选择、模型的修复和模型参数的修正。各种功能都有人工干预和全自动执行的能力，以适应不同层次操作人员的需要。其主要作用是提高洪水预报软件的自适应能力，以在流域水文特点变化条件下，或模型运行环境遭破坏情形下，洪水预报还能正常运行，并达到一定的预报精度。为了使系统具有广泛的适用性与灵活性，提供了6种预报模型：新安江模型、混合产流模型、变径流系数模型、坦克模型、萨克拉门托模型、经验相关模型，大大丰富了洪水预报系统的功能。
　　(4) 信息查询。信息查询主要有洪水预报结果、模型中间变量、模型参数和模型运行信息查询。
　　3.3 洪水调度子系统
　　软件开发工具选用PowerBuilder6．0,主要是根据洪水预报的结果进行防洪形势分析，根据水库、坝下防洪关键点与库内淹没区的水情、工况和社会经济状况，用不同控制模式，生成洪水调度预案系列；对预案进行效益分析、评价与推荐；同时还可考虑各级防汛部门、领导和专家的意见，采用多种调度规则，进行会商、综合，提出调度方案。
　　(1) 方案生成，主要对水位生成、流量生成、补偿生成、指令生成、预报预泄六种生成模式作水库调洪演算，得六种模式条件下的调度方案。生成的方案能对洪水预报成果进行评估，模式条件修改方便、操作简单，生成速度快。为预报调度过程中加入专家经验提供了有效的人机交互手段。
　　(2) 会商调度，主要要反映决策者的意图，根据决策者提出的调度方案进行洪水调度。
　　(3) 方案管理，主要对生成的方案进行管理，主要包括方案信息提供、方案灵敏度分析、方案条件排序、方案选定、方案实施和方案删除六种管理功能，可为用户防洪决策提供技术支持。
　　(4) 防洪形势分析，主要是对实时水雨情、库情、工情和未来洪水决策的分析，为防洪决策提供综合信息支持。
　　4 系统运行情况
　　白盆珠水库流域，降水量丰富，洪水包含丰富的地下水，属典型的湿润地区，产流宜采用蓄满产流模型，分水源用自由水水箱，坡面水源划分为三水源，坡面单元汇流采用线性水库，河道汇流采用分河段马斯京根法。
　　由于受季风影响，年降雨主要集中在汛期4~10月份，而洪水多发生在5月至9月，洪水预报调度系统软件在2004年5月至今的运行期间，在汛期利用降雨信息进行了多次洪水预报作业，预报结果与实际洪水过程比较接近但仍有一定的误差，共发生5场大洪水（洪峰流量>1500），其中4场大洪水合格,9场中等洪水（700<洪峰流量<1500），其中5场中等洪水合格，9场小洪水（500<洪峰流量<600），其中8场小洪水合格，合格率达73.9%，结果可见下表一。反映出预报模型在预报大洪水较理想（如2008年6月12日发生相当于20a一遇的洪水,预报洪峰流量为3745m3/s实测洪峰流量为3473m3/s，非常接近。)，预报中、小洪水不太理想，分析几场不合格洪水的原因，认为水库所谓的实测洪峰流量，是由水库水位反推计算得，本身会存在很大误差。但从总的结果看，可以认为白盆珠水库的预报软件是合格的，洪水预报精度满足规范要求，设置的预报参数较为合理，能够达到预报目的。
　　5 系统运行中存在的问题及建议
　　尽管实时洪水预报调试系统在运行中取得了成功的经验，但仍存在一定的问题，主要表现在洪水预报的误差精度上。
　　(1) 设备故障，导致资料缺测或不合理的观测数据。水文遥测系统，有许多水位站和雨量站，在系统的运行过程中，常会遇到各种各样的故障，引起的雨量资料代表性误差和水文资料观测误差都会给实时洪水预报结果带来误差。建议加强设备的定时维护巡检和程序的运行状况检查。
　　(2) 流域水文规律的变化。这变化主要有流域水文规律受气候条件和下垫面条件的改变而改变。如锋面雨引起的洪水特征与雷暴雨、台风雨引起的洪水特征差异，还有系统长期运行过程中，流域人类活动，如水土保持治理、森林的大面积砍伐，开挖人工河渠等，长年累积作用，会给水文规律带来大的影响，这些变化，也会给实时洪水预报带来一定的误差。建议针对不同的洪水特征制定不同的率定参数。
　　(3) 模型中间变量的误差。系统软件在运行过程中,会遇到种种非正常因素。如中心系统设备或遥测系统设备故障等,破坏了洪水预报模型的运行环境,系统重新起动后,需对模型运行环境作修复。实时洪水预报系统软件,在许多情形需要自适应修正。每个模型都有中间变量，模型中间变量初值估计对洪水预报的准确度起至关重要的作用，在系统软件起动时，其中间变量的初值需要估计。在系统运行过程中，正常情况下随时间变化的中间变量模型软件会自动逐时段递推估计出并保存在计算机中。若遇非正常情况，使模型中间变量遭受破坏后，系统软件重新起动时，需重新估计模型中间变量初值。模型中间变量初值的估计也会给实时洪水预报结果带来一定的误差。建议及时人工干预模型中间变量初值的估计，保障预报的准确性。
　　(4)加强职业培训，提高使用人员素质。由于该系统的使用需要有专业的水文知识，对于不同层次的工作人员使用起来有难度，建议系统提供者应做好售后服务，加强对工作人员的培训。同时系统使用方也要制定相应的工作规范，这对于系统的正常运行至关重要。
　　6 结语
　　白盆珠水库洪水调度系统的使用，进一步完善了洪水预警系统，形成了从数据采集、管理到数据应用的完整体系，为雨情、水情的快速准确定量，实现科学的调度决策提供了有力的技术支持，对于提高白盆珠水库的防洪等综合效益具有重要意义。系统从2004年5月份投入运行以来运行正常，通过多年汛期的运行，基本能满足要求。为更好地发挥系统的作用，需要继续加强人员培训，熟悉各种操作，不断提高管理使用水平，以保证系统正常运行，发挥更大的效益。