黄河防洪预报调度与管理耦合系统在防洪决策中的应用

口 祝　杰　杨　涛

　　黄河防洪有三个主要的业务环节：情报预报、指挥调度和查险抢险。黄河防洪预报调度与管理耦合系统就是把防洪各个业务环节的应用系统耦合起来，最大限度减少黄河防洪各个环节之间信息交换所浪费的时间，以提高黄河下游主要控制站洪水预警预报的时效性，为黄河下游的防洪决策节省宝贵的时间。

　　一、系统概述

　　黄河防洪预报调度与管理耦合系统的建设，最终要实现暴雨预报、洪水预报、防洪、指挥调度的有机统一。其中暴雨、洪水预报耦合模块耦合了暴雨预报模型和洪水预报模型，洪水预报、防洪调度耦合模块有机地结合了洪水预报模型和防洪调度模型，防洪调度、指挥调度耦合模块则耦合了防洪调度模型和指挥调度模型。防洪数据库贯穿整个耦合系统，把暴雨预报、洪水预报、防洪调度、指挥调度子系统有机地结合在一起。其中，首期的主要目标是建设和完善洪水预报、防洪调度模型，并构建洪水预报、防洪调度的耦合模块，初步建成指挥调度模型以及防洪调度与指挥调度的耦合模块，实现精确预报、优化调度和科学决策的目标。

　　二、关键技术

　　在该系统的开发过程中，采用了如下的技术：

　　1.B/S体系结构

　　在系统的开发设计中，采用了B/S结构，用户界面完全通过WWW浏览器实现，部分事务逻辑在前端实现，但主要事务逻辑在服务器端实现，形成所谓3-tier结构。

　　2.中间件技术

　　该系统开发采用技术先进、对异构平台适应性强的中间件技术，构建中间层应用服务系统，可以为预报系统、调度系统和会商系统等之间构建一个与平台无关、支持异构数据库的统一数据应用规则接口、应用平台和运行体系。

　　3.模型的建立

　　该系统根据不同模块的功能要求，构建了算法集，用以模拟不同的水文过程。算法集主要包括了水库调洪、分段马斯京根、分层马斯京根、伊洛河滩区滞洪模拟、沁南滩区滞洪模拟、流量序列叠加、水库调度参数修改、结果输出等算法。模型计算解释任务表，并按任务表中规定任务的先后顺序，调用相应的算法。

　　三、系统功能

　　首期建设的黄河防洪预报调度与管理耦合系统主要包括洪水预报、防洪调度子系统，以及洪水预报和防洪调度的耦合模块，其主要功能如下：

　　1.洪水预报子系统

　　该系统以水文、水雨情、工情等综合数据库为支持，进行黄河三花间流域产汇流水文模型开发，并在B/S构架下，开发了信息提取、水文分析、可视化洪水预报系统、结果显示与输出、系统与数据库管理等模块。

　　(1)能对预报的初始条件进行设置，进行数据预处理。

　　(2)能根据实时雨水情信息和定量降水预报，利用水文学或水力学模型(包括降雨径流、河道洪水演进、特殊问题处理、水库调洪演算等)完成三花间主要站及黄河下游各水文站的洪水预报。

　　(3)能支持专家对洪水预报结果进行多方会商和综合分析，提出综合的洪水预报结果，为防洪调度和防汛部署提供重要依据。

　　(4)能对预报结果进行管理，存人防洪预报数据库。

　　2.防洪调度子系统

　　(1)既能根据实时洪水预报过程作实时调度，又能根据设计洪水过程作方案分析计算。

　　(2)满足小浪底、三门峡、故县、陆浑4座水库的联合调洪计算。

　　(3)每个水库有4种可能的运用方式：①自由敞泄；②先敞后控，保持本次洪水的最高库水位；③按法定的原则控制运用；④实时调度(即按任意方式控制运用)。各库按上述四种运用方式能非常灵活地任意组合。

　　(4)不但能进行三花区间完整的计算，而且能进行局部地区的水文计算。如某一水库调洪，某一河段河道汇流计算，某一滞洪区决溢计算等。

　　(5)若依据实时洪水水情和洪水预报进行计算时，能最大限度地利用实时水情信息，提高计算精度。

　　(6)能对调度结果进行管理，存人防洪调度数据库。

　　3.预报调度耦合模块

　　(1)洪水预报与调度耦合以综合数据库为基础、信息网络为平台，实现两者合理配置，相互协调，从而构成一个较为完整的决策支持体系。

　　(2)洪水预报与调度结果以自动报警的方式通知并提醒对方工作人员。

　　四、系统主要特点

　　1.模型界面友好、操作简埂

　　系统主要参数可以在界面上进行修改，彻底摆脱了以往通过修改参数文件甚至修改源程序的弊端。

　　2.水库操作方式灵活

　　在以往三门峡、小浪底、陆浑、故县水库防洪调度的基础上，重点优化了小浪底水库的调水调沙调度计算，可以实现按小浪底水库的水位或按花园口站流量控制的调水调沙计算模式，基本满足了水库实时调度的要求。

　　3.模型组合灵活快捷

　　由于采用了任务表+算法集+数据集来构成模型的技术，构造模型不受计算区域大小的限制，使组合模型变得相当灵活。

　　4.较高的模拟计算精度

　　由于采用的洪水预报调度模型、处理方法、实时校正技术符合黄河三花间流域及下游实际，所以计算结果具有相当的精度。

　　5.网络环境的优势

　　系统以B/S方式运行在网络环境下，能充分发挥网络资源共享和异地存取数据运行模型等优势。

　　五、系统在黄河防洪决策中应用

　　2003年汛前，黄河防洪预报调度与管理耦合系统基本完成了洪水预报和防洪调度子系统的软件移植、开发、改造，以及洪水预报、防洪调度耦合模块的开发工作，并在2003年秋汛中得到了应用。

　　当水文局做出了花园口站于2003年9月初将发生6000m³/s的洪水，启动本系统进行计算，从2003年9月6日至9月19日，对小浪底、故县、陆浑水库进行控制，控制目标是花园口站流量2400m³/s。

　　计算结果表明：花园口流量调控误差0.4%，含沙量误差3.6%；陆浑调度水位距限制水位低9cm；故县调度水位距限制水位低4cm；小浪底调度水位距阶段限制水位±5cm；下游主槽冲刷0.456亿t，入海泥沙1.207亿t；小浪底水库出库泥沙0.74亿t。

　　黄河防洪预报调度与管理耦合系统在建成试运行初期，遭遇了2003年秋汛的洪水，并在该场次洪水的科学决策中发挥了重要作用。　■

(作者单位：祝杰为水利部黄河水利委员会，杨涛为河海大学)
责任编辑　唐 瑾