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