临沂市库河联合调度系统在防汛减灾中的应用

王英石

（临沂市水利局，山东 临沂276000）

临沂市整个地势西北高东南低，共有大小河流1 800余条，其中流域面积50 km2及以上河流136条，跨市河流57条，两条山洪性河道沂河、沭河纵贯南北；大中小型水库901座，总库容34亿m3；塘坝9 774处；共有设计蓄水量在10万m3及以上的拦河闸坝108座，总设计蓄水量2.75亿m3；全市多年平均降雨量827.7cm，且年际、年内降水分配极不均匀，水旱灾害时有发生，防汛任务十分艰巨。

按照山东省水利厅《山东省水利发展“十三五”规划》和《临沂市防汛抗旱指挥调度决策系统建设目标》的建设内容，围绕临沂市水利管理核心业务需求，以防汛减灾、防洪调度为重点，临沂市水利局建设了临沂市防汛抗旱指挥调度决策系统（二期）——库河联合调度决策支持系统项目建设，有效提升全市水利现代化管理水平。

1 系统主要功能

1.1 降雨分析

结合气象预报降雨量信息与流域历史典型降雨过程，预测流域未来一定时段内的降雨过程，有效增加洪水的预见期，为水库洪水预报提供支撑。

1.2 洪水预报

洪水预报在线计算是进行研究范围内的降雨产流和下垫面汇流计算，操作人员在页面中确定降雨分配等计算条件，系统调用后台的产汇流模型计算城区净雨过程，可在WEBGIS地图页面中进行产汇流成果的查看。洪水预报模型能够预报上游山区及下游区间的洪水过程，以及洪水在河道的传播过程。

1.3 水库调度计算

面向临沂市大中型水库，建设水库预报调度计算模块，系统提供规则调度模型、指令调度模型等几种防洪调度模型，用户可以选择不同的水库调度模型进行防洪调度，生成相应的防洪调度方案，为防洪提供决策支持。

1.4 库河联合调度

库河联合调度以计算方案形式实现，在系统中以水利计算模型为基础，进行上游水库出库和下游河道洪水演进的联合计算。

1.5 洪水影响分析

基于水流演进模拟方案成果，在系统中进行洪水计算成果分析、堤防危急程度分析等，相关操作均基于WEBGIS地图进行，提供科学精准的分析和高效的交互信息展示。主要包括洪水计算成果分析和堤防危机程度分析。

2 系统实现方法

2.1 降雨分析方法

采用历史典型降雨过程对预报降雨总量进行时空分配，既充分利用气象预报降雨信息，又增加洪水预见期，为水库洪水预报提供支撑。利用降雨分析计算方法，结合GIS地图进行在线的降雨分配计算，系统提供典型降雨方案管理、新建降雨方案、计算成果查询、降雨方案修改和删除等功能。

2.2 洪水预报方法

1）洪水预报模型选择。临沂市属于半湿润地区气候特征，根据产流模型的适用条件，宜采用垂向混合产流模型进行洪水过程的模拟与预报。

2）产流计算。垂向混合产流方法将超渗产流与蓄满产流进行垂向组合，下渗的水流在土壤缺水量大的部分面积上，补充土壤含水量而不产流；在缺水量小的部分面积上，补足土壤缺水量后，产生地面以下的径流。

2.3 水库调度计算方法

1）规则调度模型。规则调度，即严格按照水库控制运行计划制定的控制运行指标对水库控制情况进行模拟。水库控制运行计划包括水库在非汛期、梅汛期和台汛期的运行方式及各种控制水位，遭遇不同频率洪水的调度规则等。

2）指令调度模型。指令调度，是在决策者给定水库下泄流量过程或下泄流量限制值的前提下的分析计算模型，在决策过程中，指令调度模型具有交互试错的特征，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。通常有两种情形：一是给定出库流量过程进行水库调洪计算；二是给定最大出库流量限制值，即由决策者给定最大下泄流量不得超过某限制值的指令。

3）错峰补偿调度模型。错峰补偿调度在水库有较多的空闲库容时较为完善，它将关注的水库水位与出库流量，转移到关心水库水位与防洪控制断面的过水流量。根据水库距保护区距离不同，可采用完全补偿调度与近似错峰调度的方式。

2.4 库河联合调度方法

1）当大洪水发生时，库河联合调度的基本方法是上蓄下泄，即利用上游水库的拦蓄洪水作用，对下游河道洪水进行削峰、错峰；同时河道橡胶坝全部塌落泄洪，使河道洪水尽快下排，以减轻临沂市区防洪压力。库河联合调度计算主要是依据实时防汛需求，采用不同水库调度模型计算水库出库流量过程，与下游河道洪水进行联合演算，计算不同调度情景下河道洪水过程，并选出防洪效益最优的调度方案。

2）当小洪水发生时，由于橡胶坝的调度运行情况较为复杂，又缺乏实时工情数据，使得模型的输入条件较为复杂，因此拟定考虑使用水力学方法来进行库河联调计算。此部分因为缺少实时数据且橡胶坝联合调度组合情景对于模型的计算难度较大，所以此模块作为探讨内容来建设。

2.5 洪水计算成果分析

对降雨分析结果、洪水特征值、水库调度特征值、断面水位等信息进行在线统计分析，并与设计值或工程自身属性进行对比，供决策者对当前洪水计算结果进行总体判断。根据水库调度最高水位自动判断是否超汛限水位或防洪高水位。

考虑干流水位测站的分布和沿程堤防高程变化的梯度，将水位测站实时水位与堤防高程进行插值与拓扑分析，对比其沿程变化情况，以直观快速分析实时堤防危急程度。

3 系统应用及成效

3.1 提高信息传递效率与精度

通过对现有各种防汛数据的整合，建立了集工情、水雨情、气象等信息为一体的防汛综合信息查询系统，不仅能够及时、准确地监测、收集所辖区域的雨情、水情、工情和灾情等信息，还能够在手机、平板电脑等设备上移动查询，起到了防汛指挥调度“千里眼”“顺风耳”的作用。

3.2 增强防汛会商可视化与规范化

该系统可以及时提供各类防汛抗旱信息，较准确地做出降雨、洪水的预测预报，增强了防汛会商的规范化，实现了相关功能的可视化显示，更直观、形象地展现各类会商资料。

3.3 提升指挥调度科学性与准确性

各类雨水情、工情、险情的信息汇集为防汛指挥调度提供了第一手现场资料，为相关部门专家会商和指挥调度提供了专业技术支撑，实现了对防汛趋势的准确预测和预报。一旦预测可能出现灾害性的汛情，可以依靠指挥平台的建设成果，根据现有防洪工程情况和调度规则制定洪水调度方案，提升指挥调度的科学性和准确性。