CN105678067B - 城市河涌防洪排涝动态预报控制方法及系统 - Google Patents

城市河涌防洪排涝动态预报控制方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种城市河涌防洪排涝动态预报控制方法，包括以下步骤：(1)采集流域内的实时雨量数据；(2)使用GPRS通讯进行传输和接收所述实时雨量数据；(3)根据卫星图片确定下垫面类型，再根据所述下垫面类型与CN经验取值表，查得各区域的CN值；(4)基于流域降雨‑径流模型计算洪水流量；(5)基于耦合水闸过流、泵站排水的河涌一维水流数学模型，计算预报水面线及泵站排水流量；(6)对河涌行洪排涝水文参数的量进行实时预报。本发明的城市河涌防洪排涝动态预报控制方法及系统能够有效、准确地实时动态预报河涌防洪排涝情况，有利于城市河涌管理、设计。

Description

城市河涌防洪排涝动态预报控制方法及系统
技术领域
本发明属于水利工程领域，具体涉及防洪排涝动态预报控制方法及系统，特别是用于城市河涌防洪排涝的动态预报控制方法及系统。
背景技术
一直以来，河涌防洪排涝水面线及出口流量实时预报是河涌整治设计与管理中的重点难点问题。而现有传统的预报计算方法往往存在以下问题：首先，传统设计洪水计算一般采用推理公式法和综合单位线法，这两种方式是推算设计洪水的常规方法，应用较广泛，但其主要适用于天然河道，而对于城市河涌，由于城市化的下垫面与自然地貌差异较大，暴雨产汇流过程复杂，传统方法往往预报不准；其次，传统设计洪水计算往往将防洪与排涝计算割裂开，独立进行计算，排涝计算时仅考虑河涌的涌容，忽略内河涌行洪水位的变化及排涝过程的动态性合。对于城市河涌，由于流域较小，洪水和内涝都是由本地降雨所产生，河涌防洪关注河涌行洪水位及断面过流能力，排涝关注河涌向外江的排水问题即泵站的装机容量，这两者相互关联，应当统筹考虑。
发明内容
本发明的目的是针对以上要解决的技术问题，提供一种有效的、预报准确的城市河涌防洪排涝动态预报控制系统。
为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种城市河涌防洪排涝动态预报控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)采集流域内的实时雨量数据；
(2)使用GPRS通讯进行传输和接收所述实时雨量数据；
(3)根据卫星图片确定下垫面类型，再根据所述下垫面类型与CN经验取值表，查得各区域的CN值；
(4)基于流域降雨-径流模型计算洪水流量：利用采集的实时雨量数据P作为输入条件，利用卫星图片提取下垫面类型确定CN值，将两个参数输入以下流域降雨-径流模型，通过降雨-径流关系公式计算洪水流量Q：
其中，S为流域当时的可能最大滞留量，
(5)基于耦合水闸过流、泵站排水的河涌一维水流数学模型，计算预报水面线及泵站排水流量，所述一维水流数学模型为一维非恒定流圣维南方程组，对其进行求解，并基于地形剖分河道河床断面，计算水力半径，再利用孔口自由出流公式及堰流公式计算水闸过流，实现孔口自由出流到堰流的连续计算，最后设置流量节点控制泵的抽水流量，对泵站排水进行耦合计算；
(6)对河涌行洪排涝水文参数的量进行实时预报：通过上述步骤(5)建立的一维水流数学模型计算，实时输出河涌洪水流量、河涌各位置的水位及泵站的排水流量。
一种城市河涌防洪排涝动态预报控制系统，其特征在于，包括如下模块：
数据采集模块，其包括相连的雨量计和数据存储器，用于采集并储存实时雨量数据；
数据传输与接收模块，其包括相连的通讯模块和数据接收器，用于接收所述数据存储器输出的实时雨量数据；
防洪排涝预报模块，其包括洪水量预报模块、河涌洪水流量预报模块、实时水位预报模块和泵站流量模块，从而基于流域降雨-径流模型计算洪水流量；以及
预报成果输出模块，用于实时输出经由防洪排涝预报模块得到的河涌洪水流量数据、实时水位预报数据和泵站流量数据。
优选地，所述数据存储器还包括与之相连的蓄电池，以及为蓄电池捕获太阳能的太阳能板。所述数据存储器还包括无线数据输出模块，用于输出实时雨量数据。
所述通讯模块优选为GPRS通讯模块，所述数据接收器包括电连接的接收天线、电台、计算机和稳压电源。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明考虑了不同下垫面的变化条件，通过实时采集河涌降雨量数据，输入流域降雨-径流模型，计算得到河涌洪水流量，再将洪水流量作为边界输入耦合水闸、泵站的河涌一维水流数学模型系统，计算综合考虑闸泵联合调度的防洪水面线、河涌过流能力及泵站排涝能力，实现河涌洪水流量、行洪水面线、沿程水位、泵站排水流量的实时预报，本发明的方法及系统能够有效、准确地动态预报城市河涌防洪排涝情况，有利于城市河涌的管理、设计。
附图说明
图1为本发明方法的步骤流程及系统模块示意图；
图2为模型模拟河道范围示意图；
图3为模型连接及断面位置示意图；
图4为河涌出口流量过程预报图；
图5为河涌行洪水面线预报图；
图6为河涌闸上、闸下水位及泵站流量预报图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于以下实施例。
本实施例以惠州市望江沥河涌作为示例，开展城市河涌防洪排涝动态预报控制。
如图1所示，该城市河涌防洪排涝动态预报控制系统包括数据采集模块，所述数据采集模块包括相连的雨量计和数据存储器。通过雨量计采集实时雨量数据，该实时雨量数据被存储于数据存储器中。优选地，所述数据存储器还包括与之相连的蓄电池，以及为蓄电池捕获太阳能的太阳能板。所述数据存储器还包括无线数据输出模块，用于输出实时雨量数据。
本发明的城市河涌防洪排涝动态预报控制系统还包括数据传输与接收模块，所述数据传输与接收模块包括相连的通讯模块和数据接收器。所述通讯模块优选为GPRS通讯模块，所述数据接收器包括电连接的接收天线、电台、计算机和稳压电源。通过GPRS通讯模块，数据接收器接收到数据存储器输出的实时雨量数据。
本发明的城市河涌防洪排涝动态预报控制系统还包括防洪排涝预报模块。该防洪排涝预报模块包括洪水量预报模块，从而基于流域降雨-径流模型计算洪水流量。该防洪排涝预报模块还包括河涌洪水流量预报模块、实时水位预报模块和泵站流量模块。
本发明的城市河涌防洪排涝动态预报控制系统还包括预报成果输出模块，该预报成果输出模块可实时输出经由防洪排涝预报模块得到的河涌洪水流量数据、实时水位预报数据和泵站流量数据，以供采取防洪排涝相关措施的参考。
具体地，本发明的城市河涌防洪排涝动态预报控制方法包括以下步骤：
1、雨量数据采集
采集流域内的实时雨量数据，采集装置包括雨量计，可将采集得到的实时雨量数据存储于数据存储器中。
2、数据传输与接收
使用无线通讯，特别是GPRS通讯，将步骤1得到的实时雨量数据传输至数据接收器。该数据接收器可包括接收天线、电台、计算机和稳压电源等组成。
3、基于流域降雨-径流模型计算洪水流量，从而预报洪水流量。
所述流域降雨-径流模型是小流域设计洪水模型，该模型对流域降雨-径流过程进行模拟，该模型的降雨-径流关系的最终表达式为：
式中，Q为径流量(mm)(洪水流量)；P为降雨总量(mm)(实时雨量数据)；S为流域当时的可能最大滞留量(mm)。模型设计者引入下式以确定S：
该模型中主要的参数包括2个，分别为CN值及总降雨量，式中CN(Curve number，曲线数)是经验参数。用于描述降雨-径流关系，反映下垫面情况。
产流计算须提供2个输入条件：①采集的雨量实时数据(P降雨总量)；②根据卫星图片确定下垫面的地类类型，再根据以下表1的经验取值，查得各区域的CN值。将2个输入条件代入到上述流域降雨-径流模型中，计算得到河涌的洪水量。
表1流域降雨-径流模型的CN值
下垫面类型 高密度城市用地 低密度城市用地 耕地 林地
CN 94 83 75 60
下垫面类型 灌草地 湿地 裸地 水体
CN 65 72 88 98
4、基于耦合闸泵联合调度的河涌一维水流模型计算预报水面线及泵站排水流量
(1)采用六点隐式有限差分格式求解圣维南方程
本发明采用一维水流模型对河涌水动力进行数学模型计算，一维河网水动力计算模型是基于垂向积分的物质和动量守恒方程，即一维非恒定流Saint-Venant方程组来模拟河流或河口的水流状态。
式中：x、t分别为计算点空间和时间的坐标，A为过水断面面积，Q为过流流量，h为水位，QB为泵站流量，C为谢才系数，R为水力半径，α为动量校正系数，g为重力加速度。
方程组利用Abbott-Ionescu六点隐式有限差分格式求解，该格式在每一个网格点不同时计算水位和流量，而是按顺序交替计算水位或流量，分别称为h点和Q点。Abbott-Ionescu格式具有稳定性好、计算精度高的特点。离散后的线形方程组用追赶法求解。
上述方程求解：
①连续性方程求解
对每一h点求解连续性方程。h点处过流宽度bs可以描述为，
则连续方程可以写为，
这里空间步长上，只有对Q求导，如图2所示，则在时间步长n+1/2时，空间步长对Q的导数为，
而bs又可以写为，
式中Aoj为计算点j-1和j之间的面积，Aoj+1为计算点j和j+1之间的面积，Δ2xj为计算点j-1和j+1之间的空间步长。将以上各式代入连续性方程得出，
式中α，β，γ是b和δ的函数，并随n时刻Q和h及n+1/2时刻Q的大小而变化。
②动量方程的求解
对每一个q点求解动量方程，如图5所示。
通过数值变换，动量方程可以写为，
式中(各参数符合意义同上)
(2)基于地形断面剖分计算水力半径R
利用河道地形图剖分望江沥河道断面，共划分了30个断面，平均断面间距约180m。河道断面在方程中计算水力半径(R)。
R＝A/X (12)
R为水力半径，A为断面面积，X为断面周长。
(3)对水闸过流进行耦合计算(Q与h的传递)
在模型中计算普通闸门的过闸流量时可实现孔口自由出流到堰流的连续计算。
堰流公式为：
其中Cd为堰流有效流量系数，b为闸门净宽，w为闸孔高程，g为重力加速度，h1/h2分别为闸门上下游水位。
为抑制模型在堰流与孔口自由出流连续计算时的不稳定性，模型提供了孔口自由出流与堰流缓冲计算区，该区域的范围可调整。在缓冲区内，过闸流量将通过孔口自由出流和堰流的计算值内差所得。
(4)对泵站排水进行耦合计算(QB)
泵站抽水的概化处理为设置流量节点控制泵的抽、排水流量，即在一维水流模型中设置一个节点单元，作为旁侧出流输出流量模拟泵站排水流量(QB)。
4、对河涌行洪排涝参数的量进行实时预报
本系统通过输出一维模型计算结果可预报河涌洪水量(Q)、河涌各位置的水位(h)及泵站的排水流量(QB)的预报。
(1)洪水量的预报(Q)
将采集的雨量数据输入到流域降雨-径流模型中，经计算可实时预报河涌的洪水量
(2)行洪水面线及水位的预报(h)
将预报的洪水量作为边界输入耦合闸泵联合调度的河涌一维水流模型，可实现河涌行洪水面线及河涌各位置的水位的实时输出。
(3)泵站排水流量的预报(QB)
通过一维水流数学模型，提取河涌闸内、闸外的水位，当闸内水位高于闸外水位时，开启闸门进行自排；当闸内水位低于闸外水位时，关闭闸门开启泵站进行强排，通过一维水流模型的泵站排水模拟，预报实时的泵站排水流量。
实际应用效果表明，本发明的方法及系统能够有效、准确地实时动态预报河涌防洪排涝情况。
以上是对本发明较佳实施例的具体说明，但本发明并不限于以上实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可以作出多种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种城市河涌防洪排涝动态预报控制系统，其特征在于，包括如下模块：
数据采集模块，其包括相连的雨量计和数据存储器，用于采集并储存流域内的实时雨量数据；
数据传输与接收模块，其包括相连的通讯模块和数据接收器，用于使用GPRS通讯接收所述数据存储器输出的实时雨量数据；
防洪排涝预报模块，其包括洪水量预报模块、河涌洪水流量预报模块、实时水位预报模块和泵站流量模块，从而基于流域降雨-径流模型计算洪水流量；根据卫星图片确定下垫面类型，再根据所述下垫面类型与CN经验取值表，查得各区域的CN值；基于流域降雨-径流模型计算洪水流量：利用采集的实时雨量数据P作为输入条件，利用卫星图片提取下垫面类型确定CN值，将两个参数输入以下流域降雨-径流模型，通过降雨-径流关系公式计算洪水流量Q：
其中，S为流域当时的可能最大滞留量，
；基于耦合水闸过流、泵站排水的河涌一维水流数学模型，计算预报水面线及泵站排水流量，所述一维水流数学模型为一维非恒定流圣维南方程组，对其进行求解，并基于地形剖分河道河床断面，计算水力半径，再利用孔口自由出流公式及堰流公式计算水闸过流，实现孔口自由出流到堰流的连续计算，最后设置流量节点控制泵的抽水流量，对泵站排水进行耦合计算；以及
预报成果输出模块，用于通过所述一维水流数学模型计算，实时输出经由防洪排涝预报模块得到的河涌洪水流量数据、实时水位预报数据和泵站流量数据。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数据存储器还包括与之相连的蓄电池，以及为蓄电池捕获太阳能的太阳能板。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于所述数据存储器还包括无线数据输出模块，用于输出实时雨量数据。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于,所述通讯模块为GPRS通讯模块。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数据接收器包括电连接的接收天线、电台、计算机和稳压电源。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107145965B (zh) * 2017-04-10 2020-01-24 河海大学 一种基于相似度匹配和极限学习机的河流洪水预测方法
CN107784389B (zh) * 2017-09-28 2021-12-31 成都理工大学 一种地质灾害双层次控制变量预报方法及应用
CN108595799A (zh) * 2018-04-12 2018-09-28 福建省水利水电勘测设计研究院 一种大型平开闸排洪防潮运行调度的数值模拟方法
CN109298468A (zh) * 2018-09-10 2019-02-01 柳创新 一种降雨径流及河川水位流量预报决策支持系统
CN109540257B (zh) * 2018-11-08 2020-12-04 青海中水数易信息科技有限责任公司 一种虚拟地面水文监测站
CN109583642A (zh) * 2018-11-27 2019-04-05 贵州东方世纪科技股份有限公司 一种区域洪水预警方法
CN110210109B (zh) * 2019-05-29 2021-07-30 中国水利水电科学研究院 一种河网中堰闸工程反向水流的数值模拟方法及系统
CN110345055B (zh) * 2019-07-03 2020-10-27 东莞市水利勘测设计院有限公司 一种排涝泵站排涝量信息监测方法及系统
CN110990659A (zh) * 2019-11-19 2020-04-10 佛山世寰智能科技有限公司 一种基于三维实景的城市内涝管理方法
CN111159848B (zh) * 2019-12-04 2021-11-02 天津大学 一种暴雨高水位高潮位极端环境下的洪水风险模拟方法
CN111651885B (zh) * 2020-06-03 2023-06-06 南昌工程学院 一种智慧型海绵城市洪涝预报方法
CN112417554B (zh) * 2020-11-17 2021-11-09 中国水利水电科学研究院 一种采用鱼骨图进行跨流域调水工程对当地防洪影响风险因子识别的方法
CN112906316B (zh) * 2021-02-05 2022-02-01 浙江省水利河口研究院(浙江省海洋规划设计研究院) 一种提升平原防洪排涝能力的方法
CN116932990B (zh) * 2023-09-14 2024-01-09 南方科技大学 一种基于转换函数方法的水文地质参数估计方法及系统

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2874661Y (zh) * 2006-03-15 2007-02-28 孙志东 振铃式实时雨量遥测设备
CN103345208A (zh) * 2013-06-04 2013-10-09 北京北排水务设计研究院有限责任公司 城市雨洪防治智能控制系统及控制方法
CN104264771A (zh) * 2014-09-29 2015-01-07 深圳市建设（集团）有限公司 一种城市内涝预前应急处置方法及内涝预前应急处置系统

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2874661Y (zh) * 2006-03-15 2007-02-28 孙志东 振铃式实时雨量遥测设备
CN103345208A (zh) * 2013-06-04 2013-10-09 北京北排水务设计研究院有限责任公司 城市雨洪防治智能控制系统及控制方法
CN104264771A (zh) * 2014-09-29 2015-01-07 深圳市建设（集团）有限公司 一种城市内涝预前应急处置方法及内涝预前应急处置系统

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