泰安市大河水庫洪水預報調度系統研究

趙志鵬

（泰安市大河水庫管理處，山東 泰安 271000）

大河水庫坐落于山東省泰安市西郊，位于黃河下游大汶河二級支流泮汶河中游，控制流域面積84.53 km2，來水主要于桃花峪、櫻桃溝。水庫始建于1959年，2003年完成改建加固，總庫容2 997萬m3，興利庫容2 030萬m3，是一座以發電為主，兼顧灌溉、防洪和工業供水的重點中型水庫。設計防洪標準為100年一遇，校核防洪標準為1 000年一遇，設計洪水位166.8 m，校核洪水位167.2 m，正常蓄水位為165.0 m。水庫樞紐工程包括大壩、溢洪道和放水洞三部分。大壩總長773 m，其中主壩長460 m，最大壩高22.0 m；副壩長313 m，最大壩高7.3 m，為均質土壩。水庫下游保護范圍涉及泰山區、岱岳區、高新區4個鄉鎮、35個村莊；岱岳區城區、104國道、京滬鐵路、泰化公路、西外環、泰肥公路、泰東公路、泰汶公路、泰良公路以及下游大量的工礦企業。

1　洪水預報調度系統建設必要性

水庫防洪調度不僅要統籌考慮水庫上下游的防洪矛盾，還要統籌考慮防洪與興利的矛盾，通過對降雨、地形地貌、人類活動這三大山洪災害形成因素的研究，結合大河水庫防洪調度工作的實際需要，以1∶50 000數字高程模型（DEM）為基礎，合理劃分小流域，分析計算小流域分布式單位線、進行河道演算，構建分布式水文模型，進行洪水模擬，用總出口斷面流量資料做檢驗，并根據下墊面相似性移用于無水文資料流域。以此為基礎，建立包括降雨場次劃分、洪水預報計算、實時預警監視、水庫調度分析、數據綜合查詢、三維動態淹沒過程展示等內容的防洪調度指揮系統。根據降雨數據、水庫調度指令預測水庫水位變化情況。基于高精度的高程數據和河道斷面數據構建三維洪水淹沒模型，根據降雨數據、水庫泄洪數據模擬下游河道洪水過程，計算可能淹沒范圍，分析洪水對下游城鎮的影響。實現對大河水庫上游流域的實時洪水預報預警，水庫調度的模擬演算、洪水過程的前瞻性預測，為防洪減災、水庫調度決策提供數據支撐和技術支持。

2　洪水預報調度系統主要研究內容

洪水預報調度擬采用預報的入庫流量作為遭遇洪水量級及相應泄量的判別指標。核心部分是根據水文預報的結果，結合工作人員的經驗，進行洪水的合理調度，既要保證標準內洪水安全下泄，又要保證最大限度的為灌溉、發電等用水攔蓄洪水。在實時洪水調度中，采用流域水文模型進行產、匯流預報及河道洪水演進計算。

1）預報模型建模及數據處理，包括小流域劃分、模型參數提取、構造小流域單位線、構建流域模型拓撲關系、預報模型建模、模型參數率定等。

2）建立預報模型數據庫和業務管理數據庫，為預報模型計算，基礎數據查詢，預報結果查詢、模型參數修改和系統用戶管理提供數據支持。

3）建立水庫洪水調度模型，模擬水庫閘門調度過程，分析計算水庫水位流量過程，為防洪調度提供技術支持。

4）建立洪水淹沒分析模型，結合洪水調度與洪水預報，分析水庫放水對下游的影響，計算淹沒范圍，統計災害損失。

5）建設基于B/S架構的WEB應用程序，提供水庫信息查詢，預報結果查詢、預報告警信息查詢、電子地圖瀏覽等服務。

6）建設基于C/S架構的后臺計算程序，自動收集最新雨情，實時進行洪水預報計算，自動監測上游斷面和水庫洪水過程，一旦超過告警閾值，實時生成預報預警。

3　洪水預報調度系統模塊設置

大河水庫防洪調度指揮系統將基礎數據、水雨情、空間數據、預報模型、水庫調度等數據進行統一管理，通過實時監測和預報分析，進行報警和預警，發布預警信息。系統采用模塊化結構，以便模型擴展和完善；能夠對各種預報模型的輸入與輸出信息進行有效的管理；系統采用B/S和C/S相結合的模式，以空間服務系統為平臺，包括數據采集處理、地理信息系統、數據分析服務、洪水預報分析、水庫信息查詢、電子文檔管理、系統管理等模塊。

4　洪水預報調度系統主要功能

4.1　基本信息

基本信息地可以顯示信息包括雨量站點、降雨分布、攝像頭、水庫示意圖等。雨量站點顯示降雨柱狀圖，并可查看測站詳細降雨過程。降雨分布可以通過等值面的形式展現降雨分布情況。降雨播放可查看當前降雨場次降雨等值面動畫。攝像頭顯示水庫周邊的攝像頭，可以查看攝像頭監視情況。水位示意圖顯示水位數據及特征值。

4.2　洪水預報分析

洪水預報分析包括預報結果查詢、預警信息查詢、水庫模擬調度等內容。預報結果查詢分為單一斷面預報和多斷面預報，單一斷面預報通過調用模擬數據讀取模塊，獲取該斷面的流量過程數據、考慮預報降雨后的流量過程；多斷面預報通過調用模擬數據讀取模塊，獲取各個斷面的某時刻的流量特征參數。預警信息查詢根據降雨場次標識、預警標識和狀態查詢數據庫，獲取預警時間、洪峰流量、峰現時間、水量及預警地點、相關責任人等。水庫模擬調度根據模擬任務ID、水庫ID，調用模擬數據讀取模塊，獲取水庫預報結果，輸出水庫水位過程線圖、水庫來水量。

4.3　水庫調度管理

防洪預案管理包括開閘計算、調度指令和水庫調度計算。開閘計算根據起調水位、泄量信息，計算指定泄量和起調水位對應的閘門開高調整過程，輸出閘門開高過程，用于開閘放固定泄量的水，閘門需要開多高。調度指令可以參考開高情況，錄入合理的啟閉高度。水庫調度計算根據起調水位、閘門開高、開啟孔數、預報結果，進行泄洪計算，輸出水位過程、庫容過程、泄量過程，通過試算，使水庫水位降低到汛限水位以下。

4.4　預報預警計算服務

系統采用后臺計算方式進行實時分析計算，可對所有河網節點、重要斷面、水庫的流量過程進行實時預報。洪水預報服務以實時方式進行，采用30分鐘進行一次預報計算，即在降雨后的第一個時段末開始，逐步預報當前場次每一個降雨時段末之前所有降雨可能形成的流量水位過程。對于設定預警閾值的斷面，需監控預報流量數據，一旦超過預警閾值，及時生成預報預警信息。

5　結語

洪水預報調度系統是防洪調度決策支持系統的重要組成部分，大河水庫通過建立洪水預報調度系統，提高了預報精度及實用性，為實現防洪調度系統科學、可靠、高效決策提供了條件，進一步提高了水庫的防洪調度、運行管理及安全管理的信息化水平。