洪水预报和防汛调度系统中的仿真技术应用

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1、洪水预报和防汛调度系统中的仿真技术应用　　天津是我国人口最稠密、经济最发达的地区之一，同时又是受洪灾、涝灾、潮灾威胁最大的地区之一。因此，被国家确定为防洪重点城市。　　在天津市防汛、抗旱及水资源综合利用的调度中，因相关工程特别是信息系统建设的不尽配套和完善，往往出现交叉和冲突，矛盾尖锐，当汛前需放空水库迎汛而汛期又无汛蓄不上水时，或汛期需要利用河道排沥、泄洪，而城市供水又不能中断时，其矛盾更为突出。这些实际工作中的大量问题必须依靠先进的防汛信息系统特别是防汛决策支持系统的应用才能切实可行地解决。　　在现

2、有各类防汛应用软件系统的基础上，通过补充、扩展和集成开发，初步建成完善、合理的防汛综合数据库和高效、可靠、实用、先进的信息查询系统，并完成蓟运河系洪水预报及调度仿真系统的研制开发。该系统应能快速及时准确地提供计算机网络数据库的防汛信息，灵活地以图文并茂、声像一体的方式显示天津市防洪宏观决策所需要的主要雨水工情信息和防洪形势，并应用先进的预报调度数学模型，定量预测蓟运河水雨工情的变化对防洪系统洪水情势的影响，改善防洪调度手段，使防汛调度决策指挥向现代化、信息化再迈上一个新台阶。　　1)坚持实用性与先进性的

3、统一，在实用条件下力求先进。采用的技术解决方案以及自行开发的软件和模型，应在实用的前提下力求技术的高起点和先进性，并应适应未来的技术发展趋势，以保证系统具有开放性、可扩充性和较长的使用期。其中洪水预报调度部分的设计，采取国内开发的模型与从国外引进模型相结合联合运用的方式，达到既先进又实用的目的。　　2)在决策支持策略方面，通过洪水预报和调度仿真模型来支持防汛决策的定量化。加强信息资源的有效利用，以支持经验决策。通过交互式平台，实现非结构化或半结构化问题向结构化问题的转换，实现防汛调度预案向实时环境的过渡

4、；通过多模型、多方法途径，来支持洪水预报结果的综合取用和防汛调度的风险决策，以降低防汛决策过程中的不确定性。力求最优的减灾方案和最大的减灾效果。　　3)充分利用现有的模型、数据和应用系统资源，不搞或尽量减少重复建设和开发。注重系统具有易操作与标准化的特点，兼顾多功能与兼容性。　　4)系统开发应遵循全面设计、分步实施、逐步完善的原则。遵循安全性、保密性和共享性的原则，处理好数据资源共享与数据安全和保密的关系。　　由于时间和经费限制，天津城市防洪信息系统工程中的决策支持系统设计开发范围为：决策支持系统防汛综

5、合数据库、信息接收处理、信息显示查询子系统及系统集成的开发范围覆盖整个天津市；而洪水预报和调度仿真子系统则以集防洪、排涝、供水于一河的蓟运河系为典型进行示范开发。　　根据支持对象的信息需求和支持功能要求，可将系统总体功能划分为三个层次：信息接收处理与信息管理、业务分析处理、信息服务和会商支持。　　、信息接收处理与信息管理　　本层次的主要功能为系统综合数据库的建立、管理和维护，以及水、雨、工、灾情信息的接收、处理和分类入库；提供雨水工情信息的自动显示，并辅有自动超警、超保提示、告警功能，使值班人员在不操作

6、或少量操作的情况下，及时了解汛情的位置和密切监视汛情的发展。　　、业务分析处理　　通过灾害性暴雨预测和洪水预报模型，结合防洪形势的数据挖掘分析，可以得到未来一定时段天气及水雨情变化的发展趋势，为防汛对策的制定提供依据；借助于防洪调度、洪水演进和灾情评估模型，就可以对防洪调度方案进行蓄泄效果的水情仿真，并实现洪水灾害的超前预估。　　、信息服务和会商支持　　信息服务和会商支持功能主要针对综合数据库和各应用子系统的分析结果(而非面向其分析过程)，通过提供一个综合分析环境，对各类信息和各具体分析结果进行筛选、重

7、组和综合，形象、直观、简明地全方位、多侧面展示当前防洪形势和决策问题的宏观特征。同时重点对防洪调度方案仿真结果进行综合评价，以增强决策参谋和高层决策者在防洪决策过程中的分析、综合、洞察和判断能力。　　系统的总体逻辑结构框架可分为三个层次：人机接口层、系统应用层和系统信息支撑层，如图1所示。　　针对天津市蓟运河系防洪排沥的实际情况，进行数据预处理、支流和区间洪水预报、水库和蓄滞洪区调度运用、防洪系统的洪水演进等软件的开发，以及建立模型交互应用平台；同时以近期实测洪水资料对整个模型进行率定、检验、调试和试运

8、行，最终形成以国内外先进专业软件为内核、实用性强、功能丰富的实时洪水预报和调度仿真子系统。　　、子系统的系统架构　　整个实时洪水预报和调度仿真子系统建立在全局水力学模型的架构之上，但充分发挥水文学与水力学各自的优势。具体来说采用水文学模型对支流和区间的产汇流过程进行预测和模拟，以此作为水力学模型的输入；对水库调蓄、蓄滞洪区的运用、河道洪水演进根据问题性质和实际情况，分别选用蓄水式节点调蓄、一、二维洪水演进的方法，合理恰当动态地描述洪水在防洪