曲靖市花山水库洪水预报调度管理系统简介

李凤琼

(曲靖灌区管理局,云南曲靖 655000)

曲靖市花山水库洪水预报调度管理系统简介

李凤琼

(曲靖灌区管理局,云南曲靖 655000)

介绍了曲靖市花山水库洪水预报调度管理系统的主要功能、系统的关键技术,并小结了其实际运行实践。

洪水预报调度系统;简介;花山水库

1 花山水库概况

花山水库位于云南省曲靖市花山镇花山河上游,于 1958年底建成并投入运行,径流面积225km2,大坝为粘土心墙土坝,坝高 33.5m,总库容 8233万m3,灌溉农田 0.33万 hm2,提供部分工业用水和城市防洪任务。花山水库洪水预报调度管理系统是国家防汛指挥系统试点项目之一,包括水情自动测报系统、洪水预报调度系统等。水情自动测报系统由水库管理处与北京燕禹新技术开发部联合研制,洪水预报调度系统由水库管理处与河海大学联合研制。该系统于 2000年 7月投入运行。

2 系统的主要功能

2.1 水情自动测报子系统

水情自动测报系统,主要包括各测站水雨情的实时采集、传输及水情资料的处理和整编。花山水库径流区及管理处周围共设有 1个中继站、4个水情遥测站、市防办中心站及水库分中心站。其中,水库径流区内设有 3个单雨量站、1个水位雨量站。站点布置基本覆盖花山水库径流区,所采集的水雨情信息能基本满足花山水库洪水预报的要求。各站观测到的水雨情信息,通过中继站以超短波方式传输到市防办中心站及花山水库分中心站。各站每有 1mm的降雨、1cm的水位变化,即自动上传。中心站及分中心站计算机系统将接收到的水雨情数据通过分类处理存入数据库,供洪水预报调度系统使用。水情自动测报系统软件将接收到的水位、雨量数据进行处理,自动生成各个站的多种报表、报图,供查询、统计、上报使用。该软件还有一个很重要的功能,即动态检测,可直接监测所有测站点的实时降雨量、水位,掌握测报区域的实时水雨情。降雨若超过警戒值,能自动报警,无人值守时,动态检测的另一个重要作用是为定时洪水预报提供实时的水雨情数据,为提高定时洪水预报精度创造条件。

2.2 洪水预报子系统

2.2.1 定时洪水预报

定时洪水预报是根据自动测报系统采集并存入数据库的实时雨量、水位和人工置入的蒸发量及出库流量,每过一个时段间隔 (可人工设置,一般为 1h),自动预报未来时间 (一般设为 24h)的入库洪峰、峰现时间、洪水总量等。预报结果会自动存库并可查询。定时洪水预报具有加密预报、延时设置、自动越限报警等功能。在大雨、暴雨期间,可使用加密预报,将预报间隔缩短,以随时掌握入库洪峰、洪量情况。为保证自动预报采用的水位、雨量等数据是实时的,可采用延时设置。例如,将整点预报延长 10min,以减少预报误差。对一些重要参数,若超过设置的警戒值,可自动报警。定时洪水预报只是根据当前的降雨情况预报未来的入流过程,不考虑未来降雨的改变情况。因此,与当前的时间相距越远,则预报精度越差。

2.2.2 人工干预洪水预报

人工干预洪水预报,是据遥测的当前降雨和估计的未来降雨量,预报入库洪水,可估计多种未来降雨情况,得到未来的多种入库洪水过程,为科学的洪水调度提供更丰富的未来可能洪水信息。输入的未来降雨量,为面平均降雨量,各站均相同。

2.2.3 模型中间变量初值修正

模型中间变量是随时间变化的递推计算变量,如土壤含水量、径流深等。在系统软件正常运行中,软件会自动递推估计,但如果遥测系统出故障,软件就无法估计出中间变量初值。此时,就需对中间变量进行修复,分为软件自动修复和人工修复,而使用有资料的自动修复效果较好。

2.2.4 模型参数修正

虽然不少小学都开始推崇信息化教学，但是很多教师还是沿袭了传统的课堂教学模式，尽管也运用了信息化手段，但运用缺乏合理性和科学性，不仅手段单一，而且缺少与学生的互动，造成学生没有参与感，信息化教学的优势也无法发挥。除此之外，还有部分教师在教学过程中盲目运用信息化手段，只是以学生兴趣为目的来使用多媒体教学，并没有深入探讨教材内容，只是信息化了，却没有与教材紧密结合，也就失去了信息化教学的意义。

模型参数是指蒸发折算系数、坡面汇流系数等。系统软件在长期运行中,随着水文资料的累计,可以自动或人工修正模型参数,以能更适应本流域水文规律,提高预报精度。

2.2.5 历史洪水模拟

历史洪水模拟,就是找出与当前洪水特征相似的历史上某一场洪水,对该场洪水进行模拟计算,并与实测过程相比较。通过比较可看出当前模型模拟洪水的效果,从而判断并掌握当前模型预报未来将发生洪水的精度和效果。历史洪水模拟的另一个作用是模型参数的人机对话率定,即通过模型变量率定,使模型计算结果与实测过程比较吻合,减少预报误差,这时就率定了新的模型参数,用新的模型参数对相似洪水或全部洪水进行计算,反复修改,即可率定出新的、较适宜的模型参数。

2.2.6 实时洪水模拟

实时洪水模拟,是对已经发生部分的洪水过程进行模拟,并预测未来将发生的洪水过程。他是把人工干预预报、当前洪水模拟、历史洪水模拟、相似洪水选择、雨量修正、模拟结果实时修正等功能结合起来的一个综合性功能。它具有以下特点:可以修改、定正遥测有误的降雨量;输入的未来降雨量可以具体到某一个站而不是面平均雨量。已有一个实际洪水过程,可使用 “实时修正”功能据实际的过程进行修正再预报,精度会有所提高。

2.3 洪水调度子系统

2.3.1 方案生成

根据洪水预报结果,针对不同季节、不同阶段的洪水,从系统提供的六种调度模式中,输入、调整控制条件,得到不同的调度方案,为调度决策提供依据。六种调度模式是水位生成、出库生成、补偿生成、指令生成、预报预泄、规则调度模式。

2.3.2 方案分析

方案分析具有比较重要的作用,可为选定的关注方案作进一步的灵敏度分析,能快速、直观地看到改变某些条件后相应得到的调度结果,快速地对多种情况进行分析、比较,为决策者选定方案增加信心。使用“方案分析”功能:在选定调度方案的调洪演示结果图表中直观地改变某些条件,得到新的调度方案。

2.3.3 防洪形式分析

防洪形势是防洪决策的重要依据,它主要包括当时的工程情况和水雨情。其中,水雨情的进程与变化的趋势,对调度决策的进行有较大影响。

2.4 数据库管理子系统

数据库管理子系统具有数据管理、信息查询、报表管理等功能。数据管理包括各测站水雨情数据整编、维护和管理,出库流量、蒸发量的录入,入库流量的计算,站码、洪号、图库管理等;信息查询可进行多条件、多目标查询,能查询水雨情、预报结果、调度实施等;报表管理中软件自动生成多种报表和图形,供随时查询或打印上报。

3 系统的关键技术

3.1 数据库站码管理技术

目前,全国还没有统一的测站编码方案,这给网络数据库的管理造成很大麻烦,限制了数据信息的共享,是目前网络数据库管理中的一大难点。该项目研究,提出了一套站码转换技术,把测站按内码、外码两套编码,通过站码转换管理技术,建立内、外码关系。这样,外码可以按需要改变,内码始终不变,数据库管理不受外码的改变而影响,有效地解决了数据库编码的难点。3.2 实时洪水预报综合修正技术

洪水预报受实际流域影响大,再加上实时系统众多误差信息的影响,难以获得很高精度的预报结果。特别是水库径流区属山区性小流域,预报结果误差很大,需要实时修正。但目前使用的以误差系列为依据的修正方法,对洪水由于误差的前后相关性小难以发挥效果,特别是在洪峰附近还会越修越差。该项目研究,提出一种以实时输入信息和历史信息为依据的联想记忆—综合模式,使用后有较好的效果。

3.3 多阶段多目标洪水调度方案优选技术

水库防洪调度,一般有三个目标:在调节一次洪水过程中,最高水位越低越好,即占用的拦洪库容越小越好,该目标考虑的是水库本身的防洪安全;水库调洪末水位越接近于理想水位越好,即调洪末库容越接近于理想库容越好,该目标考虑两次洪水的衔接和兼顾兴利蓄水;在调节一次洪水过程中,水库最大泄流量,或河道控制点通过的最大组合流量越小越好,该目标考虑的是水库下游的防洪安全。该系统具备了多阶段多目标调度决策模型,考虑水库防洪不同水情、不同阶段防洪目标的复杂性,通过全面分析水库防洪各个阶段的调度目标,把各阶段的目标合成为综合目标,通过优选获得最佳的调度方案。

3.4 系统软件的学习自适应修正技术

水库洪水预报调度系统软件,在许多情形下需要修正。例如,预报流域内,由于人类活动长期的累计作用,会给流域水文特征带来影响;当系统软件运行一段时间后,需要对系统软件的参数进行修正,包括预报模型参数、水库的库容曲线等;系统软件在运行过程中,还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,系统重新启动后,需对模型运行环境作修复;还有如有些流域,在建立洪水预报方案时,没有足够的历史水文资料率定模型参数,水文自动测报系统运行后,随着水文资料的不断累计,模型参数不断修正等等。这些原因,都要求水库洪水预报调度系统软件要有一套较强的学习和自适应修正功能。本项目在水文预报模型参数、模型中间标量和水库特征参数等许多重要的功能上,都设计有学习和自适应修正功能,使得软件使用时间越长,越了解流域的水文特点和工情特点,使用效果越好。

4 系统运行的优劣

花山水库洪水预报调度管理系统具备了较多功能,在保证系统正常运行、充分发挥系统作用过程中,管理和操作人员是关键。在花山水库的中涵工作闸出口上游 50m处,有一个岔管,供花山水库电站发电,该电站装机 500kW,电站发电的尾水用于云维工业用水和花山东干渠、华惠渠等的农灌用水,利用此洪水预报调度软件,就可把水库的防洪和发电结合起来。2004年就是这一成果的体现,在 2004年农灌后,结合此软件系统对水库的多年平均降雨资料和洪水资料进行分析,采用先蓄后排原则,让水库蓄水到汛限水位 6400万m3时,才开始让电厂两台机组同时运行,由于此时处于高水位,很小的流量就能发出和以往大流量、低水头时一样多的电,这样既节约了水量,又能兼顾水库的防洪,所产生的效益远远大于其他年份。因此,该系统在实际应用中,随着系统的不断完善,必将对保证水库安全运行,提高水库的社会效益和经济效益起到重要作用。

Instruction of Flood Forecast and Scheduling System of Huashan Reservoir in Qujing

LI Feng-qiong
(Qujing Irrigation Area Management Bureau,Qujing Yunnan 655000 China)

The main function of flood forecast and Scheduling system of Huashan reservoir in Qujing is introduced as well as the key technology of the whole system.The real operational practices are summarized.

flood forecast and scheduling system;instruction;Huashan reservoir

X32

A

1673-9655(2010)03-0023-03

2009-12-28

李凤琼 (1975-),女,科长,工程师,曲靖市灌区管理局。主要从事灌区建设和管理工作。