应村水库实时洪水预报调度系统的设计与应用

林昌夏，谢华伟，欧 剑

(1.浙江龙川水利水电开发有限公司，浙江 丽水 323300;2.浙江水利水电学院 水利与环境工程学院，浙江 杭州 310018)



应村水库实时洪水预报调度系统的设计与应用

林昌夏1，谢华伟2，欧 剑2

(1.浙江龙川水利水电开发有限公司，浙江 丽水 323300;2.浙江水利水电学院 水利与环境工程学院，浙江 杭州 310018)

以应村水库为例，结合日常应用需求，设计了该洪水预报调度系统的总体架构，结合流域下垫面和水库工程特性，选择新安江模型进行入库洪水预报，选择水位控制、出库控制和指令调度模型进行水库调洪演算.在此基础上，采用B/S模式开发完成了预报调度系统，实现了实时水雨情、水雨情查询、洪水预报调度等功能.

应村水库；洪水预报；水库调度

1 水库概况

应村水库位于浙江省西南部遂昌县境内，灵山港上游.灵山港为钱塘江的二级支流，河长89.7 km，流域面积727 km2，上游主流桃溪，发源于遂昌县高坪乡和尚岭，应村水库坝址位于应村上游1.5 km处的桃溪干流，坝址以上集水面积79.6 km2(含交瑭电站引走集水面积10.8 km2)，主河长16.9 km，河道比降26.8‰.电站厂房位于北界镇下游2 km的下墅村，坝址至厂址区间集水面积285.8 km2，主河长34.7 km，河道平均比降15‰.同时从邻近的官溪及桃溪支流引水入库，引水总集水面积38.7 km2.设计流域属于中低山区，流域难林木茂盛，植被良好，溪流均为山区性流溪，洪水暴涨暴落.

应村水库主要工程枢纽有大坝、溢洪道(泄洪闸门3扇)、厂房等，工程性质以发电为主，兼顾防洪、灌溉.水库为中型水库，工程等级为三级.总库容2 349万m3，库容系数13.71%，电站总装机容量2×16 MW.枢纽工程包括：拦河坝、泄洪建筑物、发电引水系统、厂房及升压站、跨流域引水系统等.

应村水库已建有雨水情遥测系统，在此基础上研制实时洪水预报调度系统对水库防洪决策至关重要.

2 系统总体架构

应村水库洪水预报调度系统总体上包括两个部分：系统应用平台和系统数据库.系统应用平台中包含了很多专业功能模块，实现对水库雨水情查询、洪水预报、洪水调度和日常报表查询等功能.系统数据库包含了实时雨水情数据库和系统专用数据库.系统是一有机的整体，各部分都具有自身明确的功能，以满足实际作业预报和决策支持的需要.在软件系统开发中，相互间具有相对的独立性，以系统数据库为纽带完成数据的相互传输.系统总体结构(见图1).

图1 系统总体结构

3 预报调度方案

3.1 计算单元划分

在水文模型中，由于流域特性存在着较大的空间差异性，通常将流域离散成较小的、可认为其特征相对均一的空间单元.本文采用“自然流域”分块方式，进行流域计算单元的空间离散，其过程一般包括：流域流水网生成、流域子单元划分和流域产汇流分区生成.

(1)流域流水网

采用正方形网格的DEM，根据水往低处流的公理，高值网格上的水流将流向相邻较低值的网格中，由此可确定各网格上径流的流向(网格方向)，连接网格方向即为流域流水网.本文基于可免费获取的SRTM3数据，选取应村水库所在流域的数据，采用ArcGIS软件中的水文分析工具即可进行流域流水网的推求.

(2)流域子单元

在流域水文模拟中，为了考虑降雨空间分布不均的影响及下垫面水文特性的空间差异，常将流域按一定形式分成若干单元流域.在流域流水网基础上，给定集水面积阈值，ArcGIS中的水文分析工具能自动按分水岭进行流域划分，即为流域子单元，如图2中的黑色实线所示.

(3)流域产汇流分区

本文在流域子单元的基础上，采用流域产汇流分区对流域进行了二次概化.流域产汇流分区是与控制站点相对应的计算分区，包括小流域和区间流域两种类型.基于流域产汇流分区，建立产汇流分区间的拓扑关系后，可用于流域水文模拟，流域范围及站点分布(见图2).

图2 应村水库流域边界及站网分布

3.2 预报模型选择

根据应村水库所在流域水文特性分析，洪水预报模型采用新安江模型.该模型是河海大学(原华东水利学院)水文系在1973年对新安江水库作入库流量预报时提出来的概念性流域降雨径流模型.该模型把全流域分成许多个单元面积，对每个单元面积进行产汇流计算，得出单元面积的出口流量过程，再进行出口以下的河道洪水演算，把各个单元面积的出流过程相加，求得流域的总出流过程.模型主要适应于湿润与半湿润地区，计算精度较高，在国内外水文预报工作中有较好的应用.新安江模型结构框图(见图3).

3.3 调度模型选择

为满足不同情况的需要，本系统拟提供水位控制模型、出库控制模型、指令调度模型等的实时防洪调度模型.具体模型使用视水库及下游防洪情况确定.

图3 新安江模型结构框图

(1)水位控制模型

该调度模型，将水库水量平衡方程中v作为关注因子，将水库最高控制水位转化为约束条件，水库最高水位是水库实时防洪调度的重要控制指标，当洪水位于涨水段，后续降雨难以确知时，保持适当的水库最高控制水位非常重要，水位控制模型的目标是在保证水库水位控制条件的前提下，使水库的最大出库流量最小，即以通常所说的最大削峰准则进行调度.水位控制模型，通常应用于水库自身防洪形势比较紧张的情形，模型不考虑水库对区间洪水的补偿.

(2)出库控制模型

该调度模型，将水量平衡中的q作为关注变量，与水位控制模式不同，该模型可以迅速准确地将水库最大出库流量规定到希望的范围之内.该调度模型同时考虑出库流量限制和最高水位限制，当出库流量限制条件生效时其目标是使水库最高水位最低.当出库流量不起约束时，则尽可能利用允许最高水位规定的允许调蓄库容削减洪峰.

(3)指令调度模型

指令调度模型在技术上，是固定泄量的调洪计算，只需要考虑泄洪设备的泄流能力约束.

4 系统主要功能

4.1 实时水雨情

主要实时显示水库集水面积范围内，各雨量站、水位站的实时信息.如果是雨量站，显示其今日(8时后)累计雨量；如果是水位站，显示其实时水位.系统将实时刷新，方便用户实时掌握水库汛情,实时水雨情查询界面(见图4).

4.2 水雨情查询

主要对水库雨量和水位数据进行查询，具体包括：时段雨量查询、时段水位查询、时段雨水综合查询、多月雨水综合查询等功能.用户能查询任意时间、各站的雨量过程、水位过程等信息,系统界面(见图5).

图4 实时水雨情查询

图5 时段水雨情查询

4.3 洪水预报调度

主要完成水库的入库洪水预报和入库洪水调度.用户可设定作业预报根据时间，预报时段数，进行入库洪水过程的预报.可考虑不同未来降雨(50 mm、100 mm、150 mm等)对预报过程的影响，进行综合分析.系统在进行预报时，在作业预报前的时段采用水库实际出库(如果数据库中有)进行调度，在作业预报后的时段采用默认水库默认出库进行调度,系统界面示意(见图6).用户在预报完成后，亦可调整水库出库过程，在进行库水位的预报，分析相同来水条件下，不同出库过程对预报水位的影响.

4.4 水文业务报表

主要针对水库的日常报表需求，提供水文业务报表.主要包括水库水情日报表和流域日降雨量统计表.

4.5 水库基本信息

可实现对水库的基本信息进行查询，包括水库流域概况、水库工程概况、水库主要特征指标、水库水位—库容关系曲线、水库水位—面积关系曲线等，如应村水库概况信息内容(见图7).

图6 洪水预报调度

图7 水库基本信息

5 结 语

本文结合日常应用需求，设计提出了应村水库洪水预报调度系统的总体架构，结合流域下垫面和水库工程特性，选择新安江模型进行入库洪水预报，选择水位控制、出库控制和指令调度模型进行水库调洪演算.在此基础上，采用B/S模式开发完成了预报调度系统，并对系统主要功能进行了介绍.笔者将在水库汛期中不断使用本系统，完善系统功能，使其能更好地为水库防汛调度提供支撑.

[1] 陈 华，郭生练，林凯荣，等.基于Web的水库洪水预报调度系统设计与开发[J].武汉大学学报(工学版)，2004，37(3):27-31.

[2] 刘 兵，何新林，张 伟，等.B/S模式水库洪水预报调度系统的研制与开发[J].水电厂自动化，2007(1):56-60.

[3] 王 攀，陈小平，卢 林.宁波市水库洪水调度信息系统研究[J].浙江水利科技，2016(1)：93-95.

[4] 王 攀，陈小平，卢 林.宁波市周公宅洪水调度信息系统的开发[J].浙江水利水电学院学报，2015,27(4)：21-27.

Research on Real-time Flood Forecasting-regulation System in Yingcun Reservoir

LIN Chang-xia1, XIE Hua-wei2, OU Jian2

(1.Zhejiang Longchuan Water Conservancy and Hydropower Development Co. Ltd., Lishui 323300,China; 2.College of Hydraulic and Environmental Engineering, Zhejiang University of Water Resources and Electric Power, Hangzhou 310018, China)

Yingchun Reservoir is a medium-sized reservoir, whose function is mainly for electric power generation, flood control and irrigation. The overall prediction of reservoir dispatching system configuration is put forward in this paper, according to the features of the basin underlying surface, and the applicable model for flood forecasting and reservoir regulation is also selected, combined with the daily regimen and business needs. Meanwhile, the main function of flood forecasting and dispatching systems is described based on B/S Mode.

Yingchun Reservoir; flood forecasting; reservoir regulation

2016-03-21

浙江省高职高专院校专业带头人专业领军项目

林昌夏(1982-)，男，温州苍南人，工程师，研究方向为水库运行管理.

TV697

A

1008-536X(2016)06-0029-05