石漫滩水库洪水预报程序设计

李 敏，贾 璐，孟鹏程

（1.河南省陆浑水库管理局，河南 洛阳 471000；2.嵩县纪律检查委员会，河南 嵩县 471400）

0 引言

随着经济社会的发展，水库在防洪抗旱中的地位和作用越来越突出。如何最大限度地发挥水库的防洪及兴利效益，是水库管理单位必须高度重视的一项基本技术工作。

水库洪水预报调度系统是水库防洪措施中重要的非工程措施之一，它综合遥感遥测技术、空间技术、地理信息技术、计算机技术及现代通信技术，采用卫星云图接收、雷达测雨及数值天气预报等技术手段，对水库控制流域内的水情信息进行科学的计算、分析。该系统可为水库防洪决策提供准确的雨水情信息，为水库采取有效防洪措施争取时间，是提高水库防洪减灾能力和水库综合经济效益的有效措施之一［1］。

1998年是石漫滩水库复建竣工后投入运用的第一年，这一年汛期相继发生了4次较大的暴雨洪水，其后的2000年、2013年、2018年汛期也多次发生较大的暴雨洪水，在石漫滩水库科学预报、适时拦蓄调节下，下游河道未出现险情，每次均减少直接洪灾损失数千万元。在多次迎战洪水的过程中，尤其是面对降水历时短、强度大、雨量大的暴雨洪水时，洪水预报的重要性显得愈加突出。充分利用现代的数据采集、网络通讯、数据库和计算机技术，及时实现降雨和洪水的提前、准确预报，是确保石漫滩水库实现防洪减灾、发挥社会效益的基本保障。因此，建立一套基于降雨信息处理、分析及产、汇流计算的洪水预报系统是石漫滩水库科学防汛的必要条件，而良好的洪水预报程序设计则是保障该系统发挥作用的核心环节。

1 石漫滩水库概况

1.1 库工程概况

石漫滩水库位于河南省平顶山市所辖舞钢市境内，始建于1951年，是新中国成立后国家在淮河流域上游建成的第一座大型水库，控制流域面积为230km2，总库容为1.2 m3，是一座以防洪为主，兼顾工业供水、农田灌溉、水产养殖、旅游等综合利用的大（Ⅱ）型水利工程。

石漫滩水库大坝位于淮河上游洪河支流滚河上游，由两岸非溢流坝及中间溢流坝段组成。主坝为全断面碾压混凝土坝，坝长为132m，设13孔泄洪闸，闸门为弧形闸门，宽8m、高6m，闸底高程为105m，最大泄洪量为3927m3／s。坝顶高程为112.5 ，防浪墙高为1.2 ，墙顶高程为113.7 。

1975年8月，石漫滩水库遭遇历史上罕见的特大暴雨，致使洪水漫坝溃决失事。1998年1月复建工程完成，并投入运用。复建后的石漫滩水库防洪标准为百年一遇设计，千年一遇校核，主要防护滚河杨庄以下至五沟营区间的农田、工程设施及群众的生命财产安全。

1.2 库在淮河防洪体系中的作用

石漫滩水库主河道长29.6 m，坡降为4.27 ，多年平均径流量为8400万m3，源短流急，极易形成洪涝灾害。石漫滩水库的建设提高了下游河道的防洪能力，减轻了滞洪区的负担，减小了洪水对下游城镇居民生命财产安全和重要设施的威胁，发挥了较大的防汛减灾效益，有力地促进了水库周边地区经济社会的全面、协调和可持续发展。

1.3 库防洪调度运用原则

水漫滩水库坝址位于豫西丘陵和豫东平原的过渡地带，是河南省主要暴雨集中区之一，且降雨多集中在每年的6～9月。水库控制流域为低山丘陵区，下游河道狭窄，且有京广铁路、107国道、京珠高速公路、主干光缆等重要设施和多座县城，防洪位置十分重要。按照河南省防汛抗旱总指挥部办公室批复的关于石漫滩水库汛期调度运用计划，石漫滩水库汛期防洪调度运用原则是指导水库防洪调度的基本原则，主要内容如下：（1）当库水位低于汛限水位时，不泄洪；（2）当库水位达到汛限水位后，控制下泄流量100m3／s；（3）当库水位达到五年一遇洪水位时，控制下泄流量500m3／s；（4）当库水位达到二十年一遇洪水位时，溢流坝闸门全开泄洪。

2 洪水预报模型及参数确定

2.1 水预报模型

单元面积分级单位线法产、汇流预报模型在我国中部地区较为适用，河南省大多数水库均采用此模型。其做法是：将水库控制流域划分为若干个单元面积，降雨以后，各单元面积的出口断面处都将产生相应的径流过程。从各单元出口断面开始进行河道汇流计算，一直演进至流域出口断面，求得各单元在流域出口处的流量过程线。将各单元流量过程线进行线性叠加，得出流域出流（入库洪水）过程线［2-3］。

在对石漫滩水库流域进行深入分析的基础上，根据石漫滩水库管理局提供的《石漫滩水库防洪调度手册》（二〇〇九年三月），针对单元面积分级单位线法产、汇流预报模型应用所要求的地理、气象、水文等环境条件，对比、分析石漫滩水库流域多方面的现实情况，对石漫滩水库流域历年的水文特征和典型洪水进行了深入研究，确定了石漫滩水库流域的单元面积分级单位线产、汇流预报模型及其相关参数，编制了石漫滩水库洪水预报程序［4-5］。程序设计所需的库水位～库容关系曲线、库水位～泄量关系曲线、调度运用计划等均依据《石漫滩水库防洪调度手册》（二〇〇九年三月）。

2.2 元面积划分

由于石漫滩水库控制流域面积较小，为230km2，且没有较大汇流河道，因此，将全流域作为一个单元。即降雨产流后直接汇入水库，无河道汇流过程。

2.3 期影响雨量（Pa）计算

在流域产流计算中，流域土壤的干湿状况对降雨产生径流的多少影响很大。因此，要高度重视流域降雨前土壤含水量即前期影响雨量（Pa）的计算。在石漫滩水库控制流域内，共设有7个雨量观测站，用于收集水库控制流域的降雨信息，即时段雨量。该雨量的报讯时间间隔为10min，雨量数据自动传入水库机房的数据库服务器。程序采用预报模型的雨量时段长为1h，前期影响雨量（Pa）采用7个雨量站日雨量的算术平均值计算。

前期影响雨量按45d计算，最大初损值Im=120 mm，各月K值可按表1选取。

表1 计算前期影响雨量时K取值表Tab.1 Values of K when calculating the early affected rainfall

2.4 雨量计算

根据《石漫滩水库防洪调度手册》中提供的资料，数字化后的降雨量与径流深（净雨量）关系如表2所示，时段净雨量采用二次直线插值计算。

2.5 流计算

系统会根据时段净雨量自动选择相应的单位线，并进行同时段叠加，得出流域出流（入库洪水）过程线。单元面积分级单位线（10mm）如表3所示。

表3 单元面积分级单位线Tab.3 Unit line of unit area classification

3 洪水预报程序设计

3.1 序设计环境

Visual Basic是Microsoft公司开发的一种通用的基于对象的程序设计语言，以结构化、模块化、面向对象、包含协助开发环境的事件驱动为机制的可视化程序设计语言。Visual Basic2015是微软公司VB.NET编程语言的较新版本，是Visual Studio 2015环境支持的数种语言之一。Visual Basic2015具有通用性、易用性、可视化和高效率等较多的优势，其中最主要的是其易用性和高速度。利用该语言可以轻松、快捷地编写Windows Forms、WPF Windows、Web、WPF Browser等应用程序，以及移动设备应用程序和Web服务［6］。

系统选用Microsoft Visual Basic2015应用程序开发工具开发设计有关用户操作、应用界面，数据库开发选用Microsoft SQL Server2016数据库管理系统软件。系统程序运行环境为Windows7及以上操作系统的多媒体计算机。

3.2 序设计

在完善需求分析、明确目标要求、运用灵活算法的基础上，紧扣预报模型结构及相关参数，完成了程序编码以及多目标、有针对性的系统运行测试和代码修改，达到了洪水预报精准、快速、自动化的较高要求。本程序采用对象式程序设计，不具有较为复杂的层次性结构，面向对象的模块化设计，更增强了该程序的可维护性、复用性及可扩展性［7］。

本程序实现了以下主要功能：（1）前期影响的自动延续计算；（2）自动读取降水量及人工置数（修正）；（3）不同时间段的灵活调整预报；（4）洪水预报过程与实时洪水过程的对比、分析；（5）预报洪水过程的表格与图形的展示和输出。

4 结语

洪水预报是水库防汛、抢险、救灾工作中的重要环节。精准、高效的进行洪水预报是提前做好各项防洪准备措施的基本保障。洪水预报系统的正常运行能够为防洪抢险争取更多的分析、决策、实施时间，能够为水库及下游河道防洪决策提供及时、准确的重要参考依据。水库管理单位应当高度重视洪水预报系统的高标准建设。

水库洪水预报程序设计应深入了解水库控制流域的自然环境，准确掌握历史洪水的形成特点，选择科学合理的预报模型，做好现实环境下的需求分析。程序设计应满足直观、简便、易用的要求，能够灵活实现历史、实时、预报等不同降雨条件下的洪水预报，预报的洪水过程应能够准确输出并及时存储，以作为领导决策的科学依据。