CN112967476A - 一种基于双曲分流模型的洪水预报系统 - Google Patents

一种基于双曲分流模型的洪水预报系统 Download PDF

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Abstract

一种基于双曲分流模型的洪水预报系统，属于洪水预报技术领域，本发明为解决现有洪水预报模型对季节性气候变化强，以及人类活动干扰明显的流域无法进行准确预报的问题。包括：实时数据提取模块，获取当地雨量、河道水文站流量和水库入库流量，建立独立数据库；双曲模型预报模块，根据独立数据库获取暴雨引起的水库中水的流量和总量；根据水的流量预报洪峰水位，根据水的总量预报洪峰出现时间和洪水涨落过程；人机交互报警模块，服务器端平台将洪水预报结果进行编报，将编报结果发送至客户端平台；客户端平台接收编报结果，对编报结果中的报警信息进行实时报警，并将编报结果中的实时动态数据发布至网站上。本发明用于对洪水进行高精度实时预报。

Description

一种基于双曲分流模型的洪水预报系统
技术领域
本发明涉及一种基于双曲分流模型的洪水预报系统，属于洪水预报技术领域。
背景技术
洪水预报是根据洪水的形成和运动规律，利用前期和实时的水文、气象等信息，对未来一定时段的洪水发展情况进行预测的技术。预测内容包括洪峰水位或流量、洪峰出现时间、洪水涨落过程和洪水总量等。洪水预报是防洪工作中非工程措施的重要手段，能够直接为防汛抢险、水资源合理利用与保护、水利工程建设以及工农业的安全生产服务。
早期的洪水预报方法以“经验单位线”和降雨径流相关图为代表，此方法简便实用，但是精度比较差。
中期的洪水预报方法提出了具有水文概念原理的物理模型，如中国的“新安江模型”、美国的“斯坦福模型”和“萨克拉门托模型”等。“新安江模型”提出了分层、分水源、分块的概念以及蓄满产流的概念，但其缺点是模型对经验的依赖性很强，对非线性的模拟精度仍不够理想；而美国的“萨克拉门托模型”虽较全面地考虑了水源在水平和垂直方向的运动，但由于结构复杂，参数众多，其参数的率定又十分困难，因此，该模型在实际当中很难得到推广应用。
后期的洪水预报方法以日本提出的纯数学模型“坦克模型”为主，这种方法通过多个线性水箱的串、并联来模拟径流的产、汇流运动，以出流孔的坎高来考虑降雨的扣损。随着计算机技术的推广使用，此模型也得到了较广泛的应用。数学模型的建立，的确为水文提供了一种强有力的手段，但是，纯数学模型不是万能。事实上，纯数学模型在功能结构设计方面比较欠缺，难以准确全面地模拟复杂的降雨径流形成过程。如对季节性气侯变化强的流域，以及人类活动干扰明显的流域的洪水预报就存在一定的问题。
发明内容
本发明目的是为了解决现有洪水预报模型对季节性气候变化强，以及人类活动干扰明显的流域无法进行准确预报的问题，提供了一种基于双曲分流模型的洪水预报系统。
本发明所述一种基于双曲分流模型的洪水预报系统，它包括：
实时数据提取模块，获取当地雨量、河道水文站流量和水库入库流量，并建立独立数据库；
双曲模型预报模块，根据实时数据提取模块建立的独立数据库获取暴雨引起的水库中水的流量和总量；根据水的流量预报洪峰水位，根据水的总量预报洪峰出现时间和洪水涨落过程；所述洪峰水位、洪峰出现时间和洪水涨落过程即为洪水预报结果；
人机交互报警模块，包括服务端平台和客户端平台，所述服务器端平台将洪水预报结果进行编报，并将编报结果发送至客户端平台；所述客户端平台接收服务器端发送的编报结果，对编报结果中的报警信息进行实时报警，并将编报结果中的实时动态数据发布至网站上。
优选的，所述实时数据提取模块建立独立数据库的具体方法包括：
S1、获取当地雨量、河道水文站流量和水库入库流量，将当地雨量、河道水文站流量和水库入库流量转换为以T为时间间隔的数据包；
S2、将数据包存储转化为独立数据库。
优选的，S1所述获取河道水文站流量的具体方法包括：
河道水文站流量Q为：
Q＝AV；
其中，Q单位为m3/s，A表示河道断面面积，单位为m2，V表示河道断面平均流速，单位为m/s；
Figure BDA0003014149770000021
其中，n表示河床糙率，是无量纲，R表示水力半径，单位为m，S表示水面比降。
优选的，S1所述获取水库入库流量的具体方法包括：
以坝前水位库容关系曲线和出库流量为标准，根据实时出库流量和水库蓄水变化量，依照水量平衡采用反插值法求取入库流量。
优选的，S1所述将当地雨量、河道水文站流量和水库入库流量转换为以T为时间间隔的数据包的具体方法包括：每间隔T小时，启动一次数据转换，将转换后的数据编制为数据包子程序；
所述数据转换的具体过程包括：
将当地雨量、河道水文站流量和水库入库流量保存在独立数据库中，数据格式包括Test和Excel；
独立数据库分别识别上述两种数据格式，并对不同数据格式中的数据信息进行读取；
独立数据库将上述两种数据格式的数据信息依据信息的内容扩展为不同的信息序列。
优选的，所述客户端平台对编报结果中的报警信息进行实时报警的方法包括：
将报警信息以短信数据进行发布。
本发明的优点：本发明提出的一种基于双曲分流模型的洪水预报系统提出了一种高精度的预报模型，实时采集数据，对洪水进行预报，能够不受季节性气候变化的影响。洪水预报的成功了能够达到90％以上，预报精度能够达到甲级标准。并且，该洪水预报系统具有可扩展性。
附图说明
图1是本发明所述一种基于双曲分流模型的洪水预报系统的原理框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
具体实施方式一：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种基于双曲分流模型的洪水预报系统，它包括：
实时数据提取模块，获取当地雨量、河道水文站流量和水库入库流量，并建立独立数据库；
双曲模型预报模块，根据实时数据提取模块建立的独立数据库获取暴雨引起的水库中水的流量和总量；根据水的流量预报洪峰水位，根据水的总量预报洪峰出现时间和洪水涨落过程；所述洪峰水位、洪峰出现时间和洪水涨落过程即为洪水预报结果；
人机交互报警模块，包括服务端平台和客户端平台，所述服务器端平台将洪水预报结果进行编报，并将编报结果发送至客户端平台；所述客户端平台接收服务器端发送的编报结果，对编报结果中的报警信息进行实时报警，并将编报结果中的实时动态数据发布至网站上。
本实施方式中，实时数据提取模块能够建立新的独立的数据库，不直接访问现有的水调自动化系统数据库。
具体实施方式二：本实施方式对实施方式一作进一步说明，所述实时数据提取模块建立独立数据库的具体方法包括：
S1、获取当地雨量、河道水文站流量和水库入库流量，将当地雨量、河道水文站流量和水库入库流量转换为以T为时间间隔的数据包；
S2、将数据包存储转化为独立数据库。
具体实施方式三：本实施方式对实施方式二作进一步说明，S1所述获取河道水文站流量的具体方法包括：
河道水文站流量Q为：
Q＝AV；
其中，Q单位为m3/s，A表示河道断面面积，单位为m2，V表示河道断面平均流速，单位为m/s；
Figure BDA0003014149770000041
其中，n表示河床糙率，是无量纲，R表示水力半径，单位为m，S表示水面比降。
具体实施方式四：本实施方式对实施方式二作进一步说明，S1所述获取水库入库流量的具体方法包括：
以坝前水位库容关系曲线和出库流量为标准，根据实时出库流量和水库蓄水变化量，依照水量平衡采用反插值法求取入库流量。
具体实施方式五：本实施方式对实施方式二作进一步说明，S1所述将当地雨量、河道水文站流量和水库入库流量转换为以T为时间间隔的数据包的具体方法包括：每间隔T小时，启动一次数据转换，将转换后的数据编制为数据包子程序；
所述数据转换的具体过程包括：
将当地雨量、河道水文站流量和水库入库流量保存在独立数据库中，数据格式包括Test和Excel；
独立数据库分别识别上述两种数据格式，并对不同数据格式中的数据信息进行读取；
独立数据库将上述两种数据格式的数据信息依据信息的内容扩展为不同的信息序列。
具体实施方式六：本实施方式对实施方式一作进一步说明，所述客户端平台对编报结果中的报警信息进行实时报警的方法包括：
将报警信息以短信数据进行发布。
本发明中，该洪水预报系统采用WindowsServer2008实现。所述独立数据库采用SQLServer2005。所述独立数据库的云计算开放接口采用Micorosft WCF2010。所述服务端平台为Windows窗体服务应用系统，主要功能包括：短信数据发布、实时报警、MIS转数、自动编报发报等。所述客户端平台采用WPF2010开发一个报警客户端系统，用于接收报警信息，为报警音箱进行响铃播放，并实现简单的远程配置以及查询。发布网站采用WPF2010、ASP.NET2010开发WEB发布系统，实现WEB数据管理发布、水位—流量数据的实时动态发布等功能。
采用以上的系统开发及运行平台，符合“实用性、可靠性、先进性、易维护”的原则，可以非常容易地对软件进行适当扩充，使原有的水调系统，达到国调二次安防及实用化验收细则的要求。由于采用WPF2010、WCF2010技术(针对云计算和平板电脑)，为将来开发面向平板电脑的智能的移动互联的触控式实用的水库调度应用系统打下坚实的基础，具有强大的前瞻性和预见性，技术先进，扩展性强。
本发明中，该洪水预报系统具有预报洪峰洪量统计、预报平台管理、人机交互预报与自动预报、多方案预报、假想降雨雨型定义、预报反演(历史洪水重现)、模型预报效果实时检验、系统运行日志管理查询等功能。
虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。

Claims (6)

1.一种基于双曲分流模型的洪水预报系统，其特征在于，它包括：
实时数据提取模块，获取当地雨量、河道水文站流量和水库入库流量，并建立独立数据库；
双曲模型预报模块，根据实时数据提取模块建立的独立数据库获取暴雨引起的水库中水的流量和总量；根据水的流量预报洪峰水位，根据水的总量预报洪峰出现时间和洪水涨落过程；所述洪峰水位、洪峰出现时间和洪水涨落过程即为洪水预报结果；
人机交互报警模块，包括服务端平台和客户端平台，所述服务器端平台将洪水预报结果进行编报，并将编报结果发送至客户端平台；所述客户端平台接收服务器端发送的编报结果，对编报结果中的报警信息进行实时报警，并将编报结果中的实时动态数据发布至网站上。
2.根据权利要求1所述的一种基于双曲分流模型的洪水预报系统，其特征在于，所述实时数据提取模块建立独立数据库的具体方法包括：
S1、获取当地雨量、河道水文站流量和水库入库流量，将当地雨量、河道水文站流量和水库入库流量转换为以T为时间间隔的数据包；
S2、将数据包存储转化为独立数据库。
3.根据权利要求2所述的一种基于双曲分流模型的洪水预报系统，其特征在于，S1所述获取河道水文站流量的具体方法包括：
河道水文站流量Q为：
Q＝AV；
其中，Q单位为m3/s，A表示河道断面面积，单位为m2，V表示河道断面平均流速，单位为m/s；
Figure FDA0003014149760000011
其中，n表示河床糙率，是无量纲，R表示水力半径，单位为m，S表示水面比降。
4.根据权利要求2所述的一种基于双曲分流模型的洪水预报系统，其特征在于，S1所述获取水库入库流量的具体方法包括：
以坝前水位库容关系曲线和出库流量为标准，根据实时出库流量和水库蓄水变化量，依照水量平衡采用反插值法求取入库流量。
5.根据权利要求2所述的一种基于双曲分流模型的洪水预报系统，其特征在于，S1所述将当地雨量、河道水文站流量和水库入库流量转换为以T为时间间隔的数据包的具体方法包括：每间隔T小时，启动一次数据转换，将转换后的数据编制为数据包子程序；
所述数据转换的具体过程包括：
将当地雨量、河道水文站流量和水库入库流量保存在独立数据库中，数据格式包括Test和Excel；
独立数据库分别识别上述两种数据格式，并对不同数据格式中的数据信息进行读取；
独立数据库将上述两种数据格式的数据信息依据信息的内容扩展为不同的信息序列。
6.根据权利要求1所述的一种基于双曲分流模型的洪水预报系统，其特征在于，所述客户端平台对编报结果中的报警信息进行实时报警的方法包括：
将报警信息以短信数据进行发布。
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