寧波市水庫洪水調(diào)度信息系統(tǒng)研究

王 攀，陳小平，盧林全

(1．寧波市周公宅水庫管理局，浙江 寧波 315161；(2.寧波市水利水電規(guī)劃設(shè)計研究院，浙江 寧波 315000；3．寧波原水集團(tuán)有限公司，浙江 寧波 315100)

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寧波市水庫洪水調(diào)度信息系統(tǒng)研究

王 攀1，陳小平2，盧林全3

(1．寧波市周公宅水庫管理局，浙江 寧波 315161；(2.寧波市水利水電規(guī)劃設(shè)計研究院，浙江 寧波 315000；3．寧波原水集團(tuán)有限公司，浙江 寧波 315100)

在分析寧波市水庫洪水預(yù)報系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，闡述了洪水調(diào)度決策網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)的必要性和重要性，提出了解決問題的原型系統(tǒng)，并形成具有廣泛適應(yīng)性和較強(qiáng)通用性的開發(fā)模板。

水庫；洪水調(diào)度；信息系統(tǒng)

近年來，受“?？薄ⅰ胺铺亍钡葰v史罕見臺風(fēng)影響，寧波市洪水災(zāi)害頻發(fā)，水庫作為具有調(diào)節(jié)作用的流域性控制工程，通過削峰錯峰、蓄洪滯洪，在流域防洪中發(fā)揮了重要作用。但在洪水調(diào)度過程中，由于原來預(yù)報軟件的功能欠缺，洪水預(yù)報成果不能很好地可視化和網(wǎng)絡(luò)共享，造成預(yù)報成果對防洪調(diào)度科學(xué)決策的支持力度不足。

1 水庫洪水調(diào)度決策流程和洪水預(yù)報系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀分析

1.1 水庫洪水調(diào)度決策流程

水庫洪水預(yù)報調(diào)度是指對于流域內(nèi)一組相互間具有水文學(xué)、水力學(xué)、水利聯(lián)系的水庫以及相關(guān)工程設(shè)施進(jìn)行統(tǒng)一的協(xié)調(diào)調(diào)度，使整個流域的洪災(zāi)損失達(dá)到最小，調(diào)度的優(yōu)劣將直接關(guān)系到水庫下游地區(qū)人民生命財產(chǎn)的安全[1-2]。水庫防洪調(diào)度不僅要統(tǒng)籌考慮水庫上下游的防洪矛盾，還要統(tǒng)籌考慮防洪與興利，具有復(fù)雜性、不確定性、實(shí)時性、動態(tài)性等特點(diǎn)。調(diào)度決策不僅要掌握洪水產(chǎn)生原因、背景及其發(fā)生發(fā)展的自然規(guī)律，同時更需要把握洪水與人類社會的相互關(guān)系，包括洪水對社會、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、生態(tài)的影響以及以減輕其對人類造成損失為目的的活動。

洪水調(diào)度一般有長期估報和調(diào)度預(yù)報2個過程。長期估報一般是三日洪水調(diào)度估報。根據(jù)氣象部門做出的暴雨量級預(yù)報，從歷史大暴雨洪水?dāng)?shù)據(jù)庫中，選擇幾種可能的雨型和邊界水位、流量過程，按不同調(diào)度方案進(jìn)行計算，求得洪峰水位、峰現(xiàn)時間和三日洪水過程。調(diào)度預(yù)報是逐時段實(shí)時進(jìn)行跟蹤預(yù)報。根據(jù)上時段出現(xiàn)的暴雨洪水情況，提出合理的調(diào)度方案，對下一階段的水位進(jìn)行實(shí)時跟蹤預(yù)報和洪水演進(jìn)計算[3]。

無論何種防洪調(diào)度決策，首先均應(yīng)收集整理水庫所涉及流域的水、雨、工、情等防汛實(shí)時信息及預(yù)報信息，制定、優(yōu)選和實(shí)施防洪調(diào)度方案，在此基礎(chǔ)上對洪水災(zāi)害進(jìn)行預(yù)測，制定防洪減災(zāi)各個方案，通過會商決定最佳方案，實(shí)施調(diào)度。

洪水調(diào)度決策流程：由水庫管理機(jī)構(gòu)做好洪水預(yù)報方案，并提出洪水調(diào)度建議意見，送交洪水調(diào)度決策機(jī)構(gòu)，洪水調(diào)度決策機(jī)構(gòu)對洪水預(yù)報方案進(jìn)行復(fù)核，對調(diào)度建議進(jìn)行論證，作出調(diào)度決策，下達(dá)指令給水庫管理機(jī)構(gòu)。

按此流程分析，如能實(shí)現(xiàn)決策者和執(zhí)行者情報無差別傳遞，就可以為科學(xué)決策奠定基礎(chǔ)。這就要在兩者間構(gòu)建一條信息通道，并采用同一套信息解讀工具。

1.2 洪水預(yù)報系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀分析

縱觀寧波市大中型水庫調(diào)度決策支持系統(tǒng)，多采用傳統(tǒng)的C/S結(jié)構(gòu)，早期開發(fā)的更是單機(jī)版系統(tǒng)，使用不便，操作繁瑣，已不能滿足防洪調(diào)度的現(xiàn)實(shí)需要，主要有以下不足：

一是系統(tǒng)使用不方便。單機(jī)版洪水預(yù)報調(diào)度采用C/S架構(gòu)(客戶端—服務(wù)器模式)進(jìn)行開發(fā)，系統(tǒng)只能安裝在固定的電腦上使用，每次只能供一人使用，無法實(shí)現(xiàn)多人、異地同時操作，使用不方便。

二是維護(hù)工作量大。客戶端需要安裝大量的前端開發(fā)工具、數(shù)據(jù)庫和應(yīng)用程序等，客戶端往往不止一個應(yīng)用系統(tǒng)，容易使客戶端變得臃腫，從而使系統(tǒng)的維護(hù)升級工作變得艱巨。

三是洪水預(yù)報方案制定繁瑣。單機(jī)版洪水預(yù)報調(diào)度系統(tǒng)中降雨預(yù)報模塊、入庫流量預(yù)測模塊、防洪調(diào)度模塊分散，缺少流程化優(yōu)化處理，洪水預(yù)報調(diào)度方案制定繁瑣，且各模塊的輸入?yún)?shù)較多，只有經(jīng)驗豐富的預(yù)報調(diào)度人員才能較好地使用。

四是缺少調(diào)度方案的上下級聯(lián)動。單機(jī)版洪水預(yù)報調(diào)度系統(tǒng)，缺少預(yù)報調(diào)度方案上下級聯(lián)動功能，水庫管理人員無法及時通過網(wǎng)絡(luò)將調(diào)度方案上報給上級防汛決策部門。

較晚期開發(fā)的水庫預(yù)報調(diào)度系統(tǒng)，通過數(shù)據(jù)庫技術(shù)的運(yùn)用，雖然實(shí)現(xiàn)了局域網(wǎng)內(nèi)多用戶的同時使用，但對上述第二、三、四點(diǎn)不足仍未能解決。

2 水庫洪水預(yù)報調(diào)度系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化、平臺化建設(shè)探索

2.1 水庫洪水預(yù)報調(diào)度系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化架構(gòu)設(shè)計

鑒于傳統(tǒng)的C/S模式洪水預(yù)報調(diào)度系統(tǒng)各種弊端日益顯現(xiàn)，亟需研究新的系統(tǒng)去適應(yīng)決策環(huán)境的變化和滿足用戶不斷提出的要求，筆者認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)化是其發(fā)展方向。

網(wǎng)絡(luò)化的水庫預(yù)報調(diào)度系統(tǒng)，整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以Web服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器為中心，采用Java語言進(jìn)行B/S服務(wù)器端后臺開發(fā)，利用服務(wù)器較高的運(yùn)算速度，可解決一些耗時的復(fù)雜計算，將洪水預(yù)報調(diào)度的相關(guān)模型運(yùn)算程序布設(shè)在專門的運(yùn)算服務(wù)器上，這樣就不需要在普通PC機(jī)上進(jìn)行復(fù)雜的模型計算，進(jìn)一步方便系統(tǒng)管理和提高運(yùn)行速度；另外，在前端采用HTML5技術(shù)進(jìn)行圖形界面設(shè)計，對系統(tǒng)進(jìn)行管理、操作。HTML5功能強(qiáng)大，一方面強(qiáng)化了Web網(wǎng)頁的表現(xiàn)性能，另一方面追加了本地數(shù)據(jù)庫等 Web 應(yīng)用的功能，能夠減少瀏覽器對于插件的依賴，并且提供更多能有效增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)集，如在大數(shù)據(jù)量圖形表格繪制中，提供局部刷新技術(shù)，可連續(xù)快速的實(shí)現(xiàn)。在網(wǎng)頁表現(xiàn)方面，HTML5中的CSS3特效樣式、Canvas介入，加強(qiáng)了網(wǎng)頁的視覺效果，操作簡單、直觀、形象、快速。

洪水預(yù)報調(diào)度系統(tǒng)分為3層：表示層、業(yè)務(wù)邏輯層、數(shù)據(jù)層。表示層是一個瀏覽器的交互平臺，同構(gòu)界面用戶與系統(tǒng)交互；業(yè)務(wù)邏輯層是系統(tǒng)功能的集合，包括洪水預(yù)報、洪水調(diào)度等功能；數(shù)據(jù)層負(fù)責(zé)提供各個功能的數(shù)據(jù)服務(wù)與數(shù)據(jù)存儲(見圖1)。其中表示層通過Internet與業(yè)務(wù)邏輯層交互，業(yè)務(wù)邏輯層通過Sping JDBC對數(shù)據(jù)層進(jìn)行操作，三者構(gòu)成一個整體。

圖1 洪水預(yù)報調(diào)度系統(tǒng)框架圖

2.2 水庫洪水預(yù)報成果的網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用功能設(shè)計及效果

根據(jù)水庫洪水預(yù)報調(diào)度需求，周公宅水庫于2014年初完成了洪水預(yù)報調(diào)度系統(tǒng)的開發(fā)調(diào)試，功能設(shè)計及應(yīng)用效果見圖2。

圖2 水庫防洪調(diào)度業(yè)務(wù)流程圖

2.2.1 模型計算基礎(chǔ)數(shù)據(jù)配置維護(hù)功能

水庫水文調(diào)度人員可以對洪水預(yù)報調(diào)度模型參數(shù)進(jìn)行率定和維護(hù)，保證模型計算的準(zhǔn)確性；從歷史雨量數(shù)據(jù)中篩選典型降雨過程，作為降雨預(yù)報的典型雨型，有效增加洪水預(yù)報的預(yù)見期；通過系統(tǒng)的相似臺風(fēng)計算，快速、準(zhǔn)確地從歷史臺風(fēng)數(shù)據(jù)庫中篩選與當(dāng)前臺風(fēng)路徑相似的歷史臺風(fēng)，為水庫洪水預(yù)報調(diào)度提供輔助決策支持?！暗湫捅┯旯芾怼蹦K主界面見圖3。

圖3 “典型暴雨管理”模塊主界面圖

2.2.2 實(shí)時洪水跟蹤功能

基于水庫實(shí)時水雨情、工情數(shù)據(jù)，自動跟蹤記錄水庫的實(shí)時洪水過程，以豐富的圖表形式動態(tài)展示水庫實(shí)測降雨過程、水位過程、出庫過程、入庫流量過程。同時對實(shí)時洪水降雨量、入庫總來水量、出庫總水量、入庫洪峰、最高水位等實(shí)時洪水特征值進(jìn)行統(tǒng)計，為水庫防洪調(diào)度提供實(shí)時信息服務(wù)。

2.2.3 降雨預(yù)報功能

根據(jù)氣象部門的未來雨情預(yù)報信息，或者通過專家對未來時段內(nèi)可能發(fā)生降雨量的評估，估算未來給定預(yù)測時段的降雨量。選取典型暴雨，對未來降雨的過程在時間和空間上的分布進(jìn)行模擬預(yù)報，有效增加水庫流域洪水預(yù)報的預(yù)見期。

2.2.4 水庫入庫流量預(yù)報功能

根據(jù)預(yù)測未來降雨過程進(jìn)行庫區(qū)洪水計算，模擬水庫入庫徑流過程，預(yù)報水庫入庫洪水總量、洪水過程、洪峰流量、峰現(xiàn)時間，采用實(shí)時修正模型進(jìn)行預(yù)報結(jié)果數(shù)據(jù)的實(shí)時修正，保證計算或預(yù)報準(zhǔn)確性。

2.2.5 水庫防洪調(diào)度功能

系統(tǒng)提供規(guī)則調(diào)度模式、指令調(diào)度模式、閘門調(diào)度模式、水位控制模式等幾種防洪調(diào)度模型，水庫防汛決策人員可以根據(jù)不同的防洪目標(biāo)，選擇相應(yīng)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。“防洪調(diào)度”界面見圖4。

圖4 “防洪調(diào)度”界面圖

2.2.6 調(diào)度方案管理功能

系統(tǒng)提供水庫各種調(diào)度方案集的管理功能(見圖5)，包括顯示查詢方案的詳細(xì)信息、方案排序、方案刪除、方案優(yōu)選、方案提交、方案上報等。水庫水文調(diào)度人員可以將個人方案提交給水庫領(lǐng)導(dǎo)進(jìn)行審核，審核通過以后的方案將保存為公共方案；水庫防汛決策人員可以對各公共方案進(jìn)行會商分析，將最優(yōu)方案上報至寧波市水庫綜合管理平臺，為全市防洪調(diào)度提供決策支持。

圖5 “調(diào)度方案管理”主界面圖

3 結(jié) 語

網(wǎng)絡(luò)化的洪水預(yù)報調(diào)度系統(tǒng)從前期可行性論證研究、整體開發(fā)調(diào)試，到2014年在周公宅水庫投入應(yīng)用，前后經(jīng)歷了3 a時間，現(xiàn)在經(jīng)過1 a的試用改進(jìn)，基本實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)的預(yù)定目標(biāo)。

同時，隨著該系統(tǒng)在寧波市6座大型水庫和2座中型水庫的全面推廣使用，將進(jìn)一步收集提煉各方的意見和建議，不斷完善系統(tǒng)的功能設(shè)計，提升用戶體驗，使系統(tǒng)的通用性、穩(wěn)定性和安全性進(jìn)一步提高，實(shí)現(xiàn)水庫防洪預(yù)報調(diào)度為科學(xué)決策提供有力的技術(shù)支撐，為智慧水利建設(shè)貢獻(xiàn)力量。

[1]黃強(qiáng),劉招,閆正龍，等.洪水預(yù)報信息用于水庫防洪預(yù)報調(diào)度的風(fēng)險分析[J].西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2008,36(6):200-211．

[2]姜樹海，范子武.水庫防洪預(yù)報調(diào)度的風(fēng)險分析[J].水利學(xué)報，2004(11):102-107.

[3]黃宇昊,付湘,喻杉，等.水庫防洪調(diào)度規(guī)則的參數(shù)優(yōu)化研究[J].水電能源科學(xué),2014,32(12):54-58.

(責(zé)任編輯 郎忘憂)

Study on Ningbo Reservoir Flood Regulation Information System

WANG Pan1,CHEN Xiao-ping2

(1.Ningbo Zhougongzhai Reservoir Authority,Ningbo 315161,Zhejiang,China; 2.Ningbo Hydraulic Waterpower Planning and Designing Research Institution，Ningbo 315000,Zhejiang,China)

Based on the application status analysis of reservoir flood forecast system in Ningbo,this paper discussed the necessity and importance of flood dispatching decision-making network construction,proposed the prototype system to solve problems,and formed a developing template with wide adaptability and versatility.It is of

ignificance for improving the city’s overall flood forecasting level.

reservoir; flood regulation; informatization; integration

2015-10-23

浙江省科技計劃項目 (2014F50016)。

王 攀(1983-)，男，工程師，大學(xué)本科，主要從事水利工程管理工作。

TV697

A

1008-701X(2016)01-0093-03

10.13641/j.cnki.33-1162/tv.2016.01.027