中小河流洪水预报系统

中小河流洪水预报系统 洪水预报子系统是中小河流洪水预报预警系统的重要组成部门。该系统要以其它系统提供的各类信息为基础，进行洪水预测、预报和分析计算，快速、准确的为防汛抗旱部门提供调度决策的科学依据。

1 功能 系统以实时雨水情数据库、历史洪水数据库、地理空间数据库、气象数据库等信息资源为基础，依托计算机网络环境，遵循统一的技术架构，具有系统管理、预报模型管理、预报方案管理、模型参数率定、实时交互式预报及自动预报、预报评估等功能。作业预报是整个系统的最主要的组成部分，其中自动预报功能和自动校正技术是中小河流山洪预警预报的必须具备的两个功能，因为中小河流洪水具有来势迅猛，突发性强，成灾快的特点，人工预报一般很难进行有效控制，同时自动校正技术使得自动预报避免计算机的累积误差达到人工交互式作业预报的优点。开发出适用于中小河流的洪水预报子系统，为中小河流的防洪、抗旱、会商提供依据，并且实现已有洪水预报和中小河流洪水预报的整合。 洪水预报子系统主要包括：系统管理、预报模型及预报方案管理、模型参数率定、实时预报及自动预报、模拟计算及历史数据验证等功能。 该系统一般情况下由省级中心和地市级分中心的专业人员操作执行，同时也可采取自动预报的方式执行。

2 框架 在省中心及各地市级中心采取胖客户端的方式建设部署洪水预报子系统。

图11-1 洪水预报子系统部署架构图 洪水预报子系统各项功能之间通过实时水情数据库和预报专用数据库实现数据的交换。预报软件平台洪水预报业务流程如图所示： 图11-2洪水预报子系统作业流程图 3技术实现

图11-3 洪水预报子系统功能示意图 1、定制预报方案，建立模型组合和流程关系等。对于同一预报断面可以有多种预报方案。 以水文站为控制划分预报区域。每个预报断面还可划分为若干个单元面积（河段）分别计算。由对话框引导输入预报断面的流域参数，如单元面积（河段）数、每个单元面积的雨量站数、站号和权重、河段的上游输入和各单元面积（河段）的拓扑关系等。为每个单元面积（河段）的产汇流或河道演进选择计算模型，不同的单元面积（河段）应可选择不同模型。 2、数据处理，即从数据库或数据文件输入实时雨水情及水利工程调度运用的输入输出变化数据，将数据处理成预报模型需要的格式。 3、模型参数率定，即人工试错和自动优选相耦合、多模型多参数同时自动优选的模型参数率定。 提供人工率定和自动优选两种模型参数率定方式。人工率定：即经验试错法。由系统应用人员设定一组模型初始参数，对历史洪水进行模拟计算，对模拟的径流过程与实测的径流过程作目估对比分析，而后调整参数重新计算，直至模拟结果满意为止。参数自动优选：系统开发人员对各种模型设计出合适的目标函数和优化方案，系统应用人员设定模型参数的取值范围，由最优化技术确定预报模型的参数。 4、建立预报方案，即将流域特征参数、属性和率定后的模型参数配置到定制的预报方案中，构成应用支撑平台中的方案实现类库。 5、实时预报，即从实时数据库中提取实时和预报雨水情和调度结果等数据，将数据处理成预报模型需要的格式，而后进行预报。 实时预报部分应具有以下主要功能： （1）选择预报断面 运行预报需由预报人员选择预报流域、预报断面。预报流域只能选择一个。预报断面选择方式有两种： ①河系预报。选择多个预报断面，每个断面一个方案一次连续运算，即下游断面依据上游断面当次的预报结果进行预报； ②单站预报。选择一个预报断面，多个方案一次运算。 上面所说的预报断面包括水库调度计算，选择水库运行调度计算时，可选择调度方式（指定泄流过程、指定库水位和自由敞泄）。 （2）预报计算 依据流域实测雨水情等信息做出预报断面的洪水预报。实时雨水情信息可来自实时数据库，也可人工输入。 6、自动实时校正，对洪水预报结果进行实时校正以提高预报精度。根据原预报结果和最新的实测资料计算预报误差序列，建立回归方程，以估计未来时段的误差，并据此修正原预报结果。 7、模拟预测计算，即对假定的降雨、上游来水和工程调度运用情况进行洪水的预测计算。 依据流域定量降雨预报、上游断面洪水预报等数据做出预报断面的洪水预报。降雨预报和上游断面的洪水预报等数据可来自实时数据库，也可人工输入。河系预报时，上游断面洪水预报数据可作为系统的当次预报结果。 依据人工输入的假设未来流域降雨、上游断面洪水等数据做出预报断面洪水预测。 依据预报入库流量和水库调度预案进行水库调节计算： ① 指定水库泄流过程，计算水库水位过程； ② 指定水库水位过程，计算水库泄流； ③ 按水库自由敞泄，计算水库水位过程、泄流过程； 水库调度预案数据可来自实时数据库，也可人工输入。 依据蓄滞洪区分洪流量计算出下游预报断面的水位流量，蓄滞洪区水位过程。分洪流量数据可来自实时数据库，也可人工输入。 8、预报结果综合分析与发布，结合专家经验和预报会商，对模型计算的预报结果进行综合分析，并提供对外发布的预报结果。 实时预报结果的管理。预报人员可根据经验修改模型预报计算结果，经审核后，形成最终发布结果，将预报结果存入数据库，并可向上级水情部门发送预报结果。 实时预报结果的图表表示。预报计算完成后，将预报、实测水位流量绘图并列表显示，并可点击鼠标选择时段计算洪量。水库调度计算，将入库流量、计算的库水位、库容和出库流量绘图并列表显示。 9、人机交互修正，输入数据、模型参数、边界条件、工程或断面属性、计算状态和预报结果等。发布成果可同时存入数据库。 人机交互功能的要求如下： （1）预报方案建立和模型率定 ① 预报方案建立 提供模型组合和计算流程定制界面，配置流域参数、模型参数界面。 ② 人工率定模型参数 提供人工率定参数必要的人机交互界面。通过对话框界面调整参数，并将计算的中间数据和结果数据绘图，如调整产流计算参数时将相应的降雨、径流深过程绘图等，模型率定断面的实测水位、流量过程，模拟水位、流量过程绘图显示，供率定人员参考。 ③ 预报边界条件修改 图形界面修改河道断面的水位流量关系，动力波数值计算所用的河道断面图、计算区域网格和节点划分等。 （2）实时预报系统 ① 数据的输入和修改 修改实时雨水情数据库中的错误数据，输入缺报的实时雨水情、假定的未来雨水情和工程调度运用数据。具体如下： 修改非等时段的实时单站雨量、水位、流量中的错误数据，输入缺报数据；输入等时段的未来单站水位、流量水库泄流或水位、蓄滞洪区分洪流量数据；以柱状图方式修改等时段的实时单元面平均雨量；以柱状图方式输入等时段的未来单元面平均雨量；以过程线图方式修改等时段的实时单站水位、流量，水库泄流水位，蓄滞洪区分洪流量数据；以过程线图方式输入等时段的未来单站水位、流量，水库泄流水位，蓄滞洪区分洪流量数据。以上所述的数据修改、输入只是对当次预报所用的临时数据操作，不针对实时雨水情数据库。修改、输入数据后重新运行预报，这样的交互在一次洪水预报期间可以重复多次。 ② 模型状态变量、参数校正 任何预报模型只是水文规律的概括，不能完全反映复杂的流域水文现象，且模型率定得出的参数是一个各种洪水的平均情况，因此系统提供交互环境，由预报人员根据当次洪水的特性和预报经验修正模型状态变量、参数。实现预报过程的交互修正，使预报人员的经验和预报系统能够有机地结合，达到最佳预报效果。 交互式预报程序要允许预报人员根据暴雨洪水特性，实时修正某些模型参数和状态变量。例如，可以根据降雨的时空分布和前期降雨情况，实时修正流域汇流单位线或前期土壤水分，也可在方案制作时根据暴雨洪水情况制作几条单位线供修正时选择。 模型中各类状态变量、参数均可修正，包括：前期土壤水分、产流计算参数、流域汇流计算参数、河道汇流计算参数。 对话框选择修改参数的类型、断面、单元面积（河道），显示要修改的参数名和参数值，供预报人员修改。 在进行交互修正时，系统提供足够的文本和图形实时、历史背景参考信息，包括洪水特性，方案的历史洪水模拟情况，方案的使用说明等。如修改流域汇流参数时，绘降雨分布图、计算净雨过程图，流域汇流计算的流量过程图等。 参数修正后，调用实时预报模块重新计算。这样的交互，在一次洪水预报期间可以重复多次，以得到满意的结果。 以上所述的参数修改只是针对当次预报的临时修改，不修改预报参数库中的数据。 ③ 预报边界条件修改 图形界面修改河道断面的水位流量关系，动力波数值计算所用的河道断面图等。 10、地理信息系统应用，基于地理信息系统(GIS)基础上，以电子地图方式管理和显示水系、地形、流域边界、站点分布、行政区划等，可按流域或行政区划集成所有预报方案，具有基于电子地图上实现实时雨水情信息、预报信息、站点信息多途径、多方式查询功能。地图无级放大、缩小、漫游，地理位置的定位。报汛站修改、添加、移动等。 11、系统管理，具有完善的用户管理、预报模型管理、预报方案管理、水文站点管理的功能。 用户管理：系统用户分为管理员、一般用户两类，管理员可以增加、删除、修改预报模型，分配预报方案，管理系统定时自动预报；一般用户可以构建、删除、修改、率定和运行自己名义下的预报方案。 预报模型管理：可以增加、删除、修改预报模型，由管理员进行管理。 预报方案管理：可以删除、修改预报方案及其属性，由一般用户进行管理。 水文站点管理：分为系统站点管理和方案站点管理两部分。系统站点管理主要是在电子地图上增加、删除、修改水文站点的属性；方案站点管理主要是管理预报方案中所用的预报根据站，定义区域输入中用于计算面雨量的雨量站号，定义流量站的流量组合关系，由一般用户进行管理。