臨沂市庫河聯(lián)合調(diào)度系統(tǒng)在防汛減災(zāi)中的應(yīng)用

王英石

（臨沂市水利局，山東 臨沂276000）

臨沂市整個地勢西北高東南低，共有大小河流1 800余條，其中流域面積50 km2及以上河流136條，跨市河流57條，兩條山洪性河道沂河、沭河縱貫?zāi)媳保淮笾行⌒退畮?01座，總庫容34億m3；塘壩9 774處；共有設(shè)計蓄水量在10萬m3及以上的攔河閘壩108座，總設(shè)計蓄水量2.75億m3；全市多年平均降雨量827.7cm，且年際、年內(nèi)降水分配極不均勻，水旱災(zāi)害時有發(fā)生，防汛任務(wù)十分艱巨。

按照山東省水利廳《山東省水利發(fā)展“十三五”規(guī)劃》和《臨沂市防汛抗旱指揮調(diào)度決策系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)》的建設(shè)內(nèi)容，圍繞臨沂市水利管理核心業(yè)務(wù)需求，以防汛減災(zāi)、防洪調(diào)度為重點，臨沂市水利局建設(shè)了臨沂市防汛抗旱指揮調(diào)度決策系統(tǒng)（二期）——庫河聯(lián)合調(diào)度決策支持系統(tǒng)項目建設(shè)，有效提升全市水利現(xiàn)代化管理水平。

1 系統(tǒng)主要功能

1.1 降雨分析

結(jié)合氣象預(yù)報降雨量信息與流域歷史典型降雨過程，預(yù)測流域未來一定時段內(nèi)的降雨過程，有效增加洪水的預(yù)見期，為水庫洪水預(yù)報提供支撐。

1.2 洪水預(yù)報

洪水預(yù)報在線計算是進(jìn)行研究范圍內(nèi)的降雨產(chǎn)流和下墊面匯流計算，操作人員在頁面中確定降雨分配等計算條件，系統(tǒng)調(diào)用后臺的產(chǎn)匯流模型計算城區(qū)凈雨過程，可在WEBGIS地圖頁面中進(jìn)行產(chǎn)匯流成果的查看。洪水預(yù)報模型能夠預(yù)報上游山區(qū)及下游區(qū)間的洪水過程，以及洪水在河道的傳播過程。

1.3 水庫調(diào)度計算

面向臨沂市大中型水庫，建設(shè)水庫預(yù)報調(diào)度計算模塊，系統(tǒng)提供規(guī)則調(diào)度模型、指令調(diào)度模型等幾種防洪調(diào)度模型，用戶可以選擇不同的水庫調(diào)度模型進(jìn)行防洪調(diào)度，生成相應(yīng)的防洪調(diào)度方案，為防洪提供決策支持。

1.4 庫河聯(lián)合調(diào)度

庫河聯(lián)合調(diào)度以計算方案形式實現(xiàn)，在系統(tǒng)中以水利計算模型為基礎(chǔ)，進(jìn)行上游水庫出庫和下游河道洪水演進(jìn)的聯(lián)合計算。

1.5 洪水影響分析

基于水流演進(jìn)模擬方案成果，在系統(tǒng)中進(jìn)行洪水計算成果分析、堤防危急程度分析等，相關(guān)操作均基于WEBGIS地圖進(jìn)行，提供科學(xué)精準(zhǔn)的分析和高效的交互信息展示。主要包括洪水計算成果分析和堤防危機(jī)程度分析。

2 系統(tǒng)實現(xiàn)方法

2.1 降雨分析方法

采用歷史典型降雨過程對預(yù)報降雨總量進(jìn)行時空分配，既充分利用氣象預(yù)報降雨信息，又增加洪水預(yù)見期，為水庫洪水預(yù)報提供支撐。利用降雨分析計算方法，結(jié)合GIS地圖進(jìn)行在線的降雨分配計算，系統(tǒng)提供典型降雨方案管理、新建降雨方案、計算成果查詢、降雨方案修改和刪除等功能。

2.2 洪水預(yù)報方法

1）洪水預(yù)報模型選擇。臨沂市屬于半濕潤地區(qū)氣候特征，根據(jù)產(chǎn)流模型的適用條件，宜采用垂向混合產(chǎn)流模型進(jìn)行洪水過程的模擬與預(yù)報。

2）產(chǎn)流計算。垂向混合產(chǎn)流方法將超滲產(chǎn)流與蓄滿產(chǎn)流進(jìn)行垂向組合，下滲的水流在土壤缺水量大的部分面積上，補(bǔ)充土壤含水量而不產(chǎn)流；在缺水量小的部分面積上，補(bǔ)足土壤缺水量后，產(chǎn)生地面以下的徑流。

2.3 水庫調(diào)度計算方法

1）規(guī)則調(diào)度模型。規(guī)則調(diào)度，即嚴(yán)格按照水庫控制運行計劃制定的控制運行指標(biāo)對水庫控制情況進(jìn)行模擬。水庫控制運行計劃包括水庫在非汛期、梅汛期和臺汛期的運行方式及各種控制水位，遭遇不同頻率洪水的調(diào)度規(guī)則等。

2）指令調(diào)度模型。指令調(diào)度，是在決策者給定水庫下泄流量過程或下泄流量限制值的前提下的分析計算模型，在決策過程中，指令調(diào)度模型具有交互試錯的特征，可以迅速準(zhǔn)確地將水庫最大出庫流量規(guī)定到希望的范圍之內(nèi)。通常有兩種情形：一是給定出庫流量過程進(jìn)行水庫調(diào)洪計算；二是給定最大出庫流量限制值，即由決策者給定最大下泄流量不得超過某限制值的指令。

3）錯峰補(bǔ)償調(diào)度模型。錯峰補(bǔ)償調(diào)度在水庫有較多的空閑庫容時較為完善，它將關(guān)注的水庫水位與出庫流量，轉(zhuǎn)移到關(guān)心水庫水位與防洪控制斷面的過水流量。根據(jù)水庫距保護(hù)區(qū)距離不同，可采用完全補(bǔ)償調(diào)度與近似錯峰調(diào)度的方式。

2.4 庫河聯(lián)合調(diào)度方法

1）當(dāng)大洪水發(fā)生時，庫河聯(lián)合調(diào)度的基本方法是上蓄下泄，即利用上游水庫的攔蓄洪水作用，對下游河道洪水進(jìn)行削峰、錯峰；同時河道橡膠壩全部塌落泄洪，使河道洪水盡快下排，以減輕臨沂市區(qū)防洪壓力。庫河聯(lián)合調(diào)度計算主要是依據(jù)實時防汛需求，采用不同水庫調(diào)度模型計算水庫出庫流量過程，與下游河道洪水進(jìn)行聯(lián)合演算，計算不同調(diào)度情景下河道洪水過程，并選出防洪效益最優(yōu)的調(diào)度方案。

2）當(dāng)小洪水發(fā)生時，由于橡膠壩的調(diào)度運行情況較為復(fù)雜，又缺乏實時工情數(shù)據(jù)，使得模型的輸入條件較為復(fù)雜，因此擬定考慮使用水力學(xué)方法來進(jìn)行庫河聯(lián)調(diào)計算。此部分因為缺少實時數(shù)據(jù)且橡膠壩聯(lián)合調(diào)度組合情景對于模型的計算難度較大，所以此模塊作為探討內(nèi)容來建設(shè)。

2.5 洪水計算成果分析

對降雨分析結(jié)果、洪水特征值、水庫調(diào)度特征值、斷面水位等信息進(jìn)行在線統(tǒng)計分析，并與設(shè)計值或工程自身屬性進(jìn)行對比，供決策者對當(dāng)前洪水計算結(jié)果進(jìn)行總體判斷。根據(jù)水庫調(diào)度最高水位自動判斷是否超汛限水位或防洪高水位。

考慮干流水位測站的分布和沿程堤防高程變化的梯度，將水位測站實時水位與堤防高程進(jìn)行插值與拓?fù)浞治觯瑢Ρ绕溲爻套兓闆r，以直觀快速分析實時堤防危急程度。

3 系統(tǒng)應(yīng)用及成效

3.1 提高信息傳遞效率與精度

通過對現(xiàn)有各種防汛數(shù)據(jù)的整合，建立了集工情、水雨情、氣象等信息為一體的防汛綜合信息查詢系統(tǒng)，不僅能夠及時、準(zhǔn)確地監(jiān)測、收集所轄區(qū)域的雨情、水情、工情和災(zāi)情等信息，還能夠在手機(jī)、平板電腦等設(shè)備上移動查詢，起到了防汛指揮調(diào)度“千里眼”“順風(fēng)耳”的作用。

3.2 增強(qiáng)防汛會商可視化與規(guī)范化

該系統(tǒng)可以及時提供各類防汛抗旱信息，較準(zhǔn)確地做出降雨、洪水的預(yù)測預(yù)報，增強(qiáng)了防汛會商的規(guī)范化，實現(xiàn)了相關(guān)功能的可視化顯示，更直觀、形象地展現(xiàn)各類會商資料。

3.3 提升指揮調(diào)度科學(xué)性與準(zhǔn)確性

各類雨水情、工情、險情的信息匯集為防汛指揮調(diào)度提供了第一手現(xiàn)場資料，為相關(guān)部門專家會商和指揮調(diào)度提供了專業(yè)技術(shù)支撐，實現(xiàn)了對防汛趨勢的準(zhǔn)確預(yù)測和預(yù)報。一旦預(yù)測可能出現(xiàn)災(zāi)害性的汛情，可以依靠指揮平臺的建設(shè)成果，根據(jù)現(xiàn)有防洪工程情況和調(diào)度規(guī)則制定洪水調(diào)度方案，提升指揮調(diào)度的科學(xué)性和準(zhǔn)確性。