CN113919125A - 一种基于区域产汇流耦合模型系统的防洪预报调度方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于区域产汇流耦合模型系统的防洪预报调度方法，包括以下主要步骤：(1)区域产汇流耦合模型系统的基本资料的收集与管理；(2)将收集到的基础资料，利用数学模型与地理信息系统、数据库技术等最新信息处理技术进行集成，构建形成区域产汇流耦合模型系统；(3)对区域产汇流耦合模型系统进行率定和验证，使其满足预报方案精度要求；(4)在模型参数率定与验证的基础上，进行预报调度方案的模拟计算与实况调度应用，形成相应的防洪调度系统，可预判未来流域防汛排涝形势，为流域防汛调度提供决策基础。

Description

一种基于区域产汇流耦合模型系统的防洪预报调度方法

技术领域

本发明属于智慧水利技术领域，具体涉及一种基于区域产汇流耦合模型系统的防洪预报调度方法。

背景技术

我国河流众多，流域面积200至3000km2的中小流域近9000个。近年来，受气候变化影响，由局地强降水造成的中小河流突发性洪水频繁发生，已成为造成人员伤亡的主要灾种。中小流域由于通常处于地形复杂、坡度陡峻的偏远山区，急促上涨的洪水极易形成危害当地的居民人身安全和社会经济的洪涝灾害，因此对中小流域突发性洪水进行准确可靠地预警预报及调度成为亟待解决的重要问题。

根据平原地区流域的特征，从流域洪水模拟的角度，流域由河道、湖泊、水库、蓄洪区、行洪区、堤垸区及工程建筑物(如闸、堤、大坝、铁路等)等组成，在平水期，水流主要在河道、湖泊中运动；洪水期，随着水位的上升，上游来流超过了河道泄流能力时，通过分洪、行洪、蓄洪、堤垸区等措施，使水流通过闸、口门、漫堤等水工建筑物进入到行蓄洪区，而行洪区内的工程建筑物如铁路、公路又影响着水流运动，因此急需流域洪水模拟来正确地模拟上述水流运动情况。

根据流域的地理特性，流域分为山丘区与平原区。山丘区部分由于区域下垫面变化不大，洪水运动受地形的影响，流速快、汇流时间短、运动情况相对简单，降雨产汇流模型可以采用目前传统的新安江模型，但是在水文分区上可以利用最新的数字高程模型处理技术进行可视化分区；平原区部分由于洪水运动受上游山丘区来水、当地降雨、下游顶托(如河口潮汐顶托、台风增水顶托等)和人类活动等综合影响，洪水运动情况复杂，洪水下泄不畅，这部分区域的洪水模拟需采用以水文、水动力学相结合的方法解决。同时结合实时工况条件下的水位及流量过程，对相应闸、泵水利工程进行预报调度。

发明内容

为了解决现有技术中存在的不足，本发明提供了一种基于区域产汇流耦合模型系统的防洪预报调度方法，具有快速可视化建模、可视化的河网概化功能，模型资料的查询与编辑全部界面化。

为解决上述问题，本发明具体采用以下技术方案：

一种基于区域产汇流耦合模型系统的防洪预报调度方法，其特征在于，包括以下主要步骤：

步骤1：区域产汇流耦合模型系统的基本资料的收集与管理；

步骤2：将收集到的基础资料，利用数学模型与地理信息系统、数据库技术等最新信息处理技术进行集成，构建形成区域产汇流耦合模型系统；

步骤3：对区域产汇流耦合模型系统进行率定和验证，使其满足预报方案精度要求。

步骤4：在模型参数率定与验证的基础上，进行预报调度方案的模拟计算与实况调度应用，形成相应的防洪调度系统。

前述的一种基于区域产汇流耦合模型系统的防洪预报调度方法，其特征在于，步骤1中所述的，区域产汇流耦合模型系统的基本资料的收集与管理，具体包括以下步骤：

步骤1.1：整理主要控制站点的雨量及蒸发过程资料、水位过程资料、河网水文水动力模型的下边界、河网同相邻河网交换流量过程和水位过程等水文资料，用于计算区域的降雨产流过程及对模型计算成果进行验证；

步骤1.2：整理流域DEM地形资料、土地利用数据、水利分区GIS数据以及堤垸区分布GIS数据、排涝泵站分布、排涝模数等，用于主要用于生成流域产汇流分片拓扑，构建流域上游水文产汇流模型、下垫面的产水过程、模型率定参数和与历史成果相对比；

步骤1.3：整理收集河道地形数据，每隔一定距离内河道沿程大断面资料、间距以及左右岸的坐标(X，Y)(北京54坐标系下)；

步骤1.4：整理收集水利工程(水库堰闸泵等)等基本资料、实际运行工况资料等资料；

步骤1.5：拿到地理信息背景数据，主要是一些重点地名、居民点、公路、铁路、工程等信息，用于系统背景，以GIS地理信息电子地图形式提供。

前述的一种基于区域产汇流耦合模型系统的防洪预报调度方法，其特征在于，步骤2中所述的，将收集到的基础资料，利用数学模型与地理信息系统、数据库技术等最新信息处理技术进行集成，构建形成区域产汇流耦合模型系统，具体包括以下步骤：

步骤2.1：对流域上游构建新安江模型以及水库预报调度模型，在下游平原河网地区构建平原河网区水文水动力模型，上游山区及水库的泄流作为下游平原河网区水文水动力模型的边界；

步骤2.2：根据区域特点，下游平原河网地区按四种下垫面计算产汇流，按河网多边形分布式汇入平原河网；

步骤2.3：采用一维水动力模型模拟平原河网水流运动，用二维水动力模型模拟行蓄洪区水流运动，结合水利工程模拟控制模型，实现平原河网区的预报调度；

步骤2.4：针对具体水流情况采用合适的数值求解方法，将各部分的求解有机地结合起来，形成全流域耦合求解的流域动力模拟模型。

前述的一种基于区域产汇流耦合模型系统的防洪预报调度方法，其特征在于，步骤3中所述的，对区域产汇流耦合模型系统进行率定和验证，使其满足预报方案精度要求，具体包括以下步骤：

步骤3.1：选取具有充分代表性和可靠性的水文数据要用于率定，选取地区典型的实测降雨资料，以水量水动力学计算为重点，对模型进行率定和验证；

步骤3.2：与实测水位、流量过程进行对比分析，采用实测资料对率定后的模型进行检验，使得水文水动力模型在区域河网地区具有较好的适用性和有效性，满足预报方案精度要求。

前述的一种基于区域产汇流耦合模型系统的防洪预报调度方法，其特征在于，步骤4中所述的，在模型参数率定与验证的基础上，进行预报调度方案的模拟计算与实况调度应用，形成相应的防洪调度系统，具体包括以下步骤：

步骤4.1：利用河网水文水动力模型对区域产汇流进行模拟预报，同时结合实时工况条件下的水位及流量过程，对相应闸、泵水利工程进行预报调度；

步骤4.2：根据未来气象降雨预报和实时监测，结合当前的流域水位、雨量、水库闸泵排水等状态，智能推荐流域水库、闸泵工程、堤垸和行蓄洪工程的排水调度方案。

本发明的有益效果：

本发明提供的一种基于区域产汇流耦合模型系统的防洪预报调度方法，在流域水文水动力模型支撑下，根据未来气象降雨预报和实时监测，预报流域水库、河道等行蓄洪通道未来的最高水位及过程，预判未来流域防汛排涝形势，为流域防汛调度提供决策基础。据未来气象降雨预报和实时监测，结合当前的流域水位、雨量、水库闸泵排水等状态，智能推荐流域水库、闸泵工程、堤垸和行蓄洪工程的排水调度方案，为水库和相关防汛部门的水利工程调度决策提供技术支撑。通过构建的流域水文水动力模型，枚举计算不同降雨与水库、河道警戒水位对比，分析出在当前流域状态下不同片区的最大纳雨能力，提前发出预警，并可以根据实际需求调整预测目标要素，为水库和防汛部门提供辅助决策支撑。

附图说明

图1为本发明开发与应用技术路线图。

图2为流域水循环模型结构示意图。

图3为新安江模型空间结构组合图。

具体施方式

如图1至图3所示，本发明提供的一种基于区域产汇流耦合模型系统的防洪预报调度方法，包括以下步骤：

S1、区域产汇流耦合模型系统的基本资料的收集与管理，具体包括以下步骤：

S1-1：整理主要控制站点的雨量及蒸发过程资料、水位过程资料、河网水文水动力模型的下边界、河网同相邻河网交换流量过程和水位过程等水文资料，用于计算区域的降雨产流过程及对模型计算成果进行验证；

S1-2：整理流域DEM地形资料、土地利用数据、水利分区GIS数据以及堤垸区分布GIS数据、排涝泵站分布、排涝模数等，用于主要用于生成流域产汇流分片拓扑，构建流域上游水文产汇流模型、下垫面的产水过程、模型率定参数和与历史成果相对比；

S1-3：整理收集河道地形数据，每隔一定距离内河道沿程大断面资料、间距以及左右岸的坐标(X，Y)(北京54坐标系下)；

S1-4：整理收集水利工程(水库堰闸泵等)等基本资料、实际运行工况资料等资料；

S1-5：拿到地理信息背景数据，主要是一些重点地名、居民点、公路、铁路、工程等信息，用于系统背景，以GIS地理信息电子地图形式提供；

S2、将收集到的基础资料，利用数学模型与地理信息系统、数据库技术等最新信息处理技术进行集成，构建形成区域产汇流耦合模型系统，具体包括以下步骤：

S2-1：对流域上游构建新安江模型以及水库预报调度模型，在下游平原河网地区构建平原河网区水文水动力模型，上游山区及水库的泄流作为下游平原河网区水文水动力模型的边界(见图2)；

S2-2：根据区域特点，下游平原河网地区按四种下垫面计算产汇流，按河网多边形分布式汇入平原河网(见图3)；

S2-3：采用一维水动力模型模拟平原河网水流运动，用二维水动力模型模拟行蓄洪区水流运动，结合水利工程模拟控制模型，实现平原河网区的预报调度；

S2-4：针对具体水流情况采用合适的数值求解方法，将各部分的求解有机地结合起来，形成全流域耦合求解的流域动力模拟模型；

S3、对区域产汇流耦合模型系统进行率定和验证，使其满足预报方案精度要求，具体包括以下步骤：

S3-1：选取具有充分代表性和可靠性的水文数据要用于率定，选取地区典型的实测降雨资料，以水量水动力学计算为重点，对模型进行率定和验证；

S3-2：与实测水位、流量过程进行对比分析，采用实测资料对率定后的模型进行检验，使得水文水动力模型在区域河网地区具有较好的适用性和有效性，满足预报方案精度要求；

S4、在模型参数率定与验证的基础上，进行预报调度方案的模拟计算与实况调度应用，形成相应的防洪调度系统。具体包括以下步骤：

S4-1：利用河网水文水动力模型对区域产汇流进行模拟预报，同时结合实时工况条件下的水位及流量过程，对相应闸、泵水利工程进行预报调度；

S4-2：根据未来气象降雨预报和实时监测，结合当前的流域水位、雨量、水库闸泵排水等状态，智能推荐流域水库、闸泵工程、堤垸和行蓄洪工程的排水调度方案。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种基于区域产汇流耦合模型系统的防洪预报调度方法，其特征在于，包括以下主要步骤：

步骤1：区域产汇流耦合模型系统的基本资料的收集与管理；

步骤2：将收集到的基础资料，利用数学模型与地理信息系统、数据库技术等最新信息处理技术进行集成，构建形成区域产汇流耦合模型系统；

步骤3：对区域产汇流耦合模型系统进行率定和验证，使其满足预报方案精度要求；

步骤4：在模型参数率定与验证的基础上，进行预报调度方案的模拟计算与实况调度应用，形成相应的防洪调度系统。

2.根据权利要求1所述的一种基于区域产汇流耦合模型系统的防洪预报调度方法，其特征在于，步骤1中所述的，区域产汇流耦合模型系统的基本资料的收集与管理，具体包括以下步骤：

步骤1.1：整理主要控制站点的雨量及蒸发过程资料、水位过程资料、河网水文水动力模型的下边界、河网同相邻河网交换流量过程和水位过程等水文资料，用于计算区域的降雨产流过程及对模型计算成果进行验证；

步骤1.2：整理流域DEM地形资料、土地利用数据、水利分区GIS数据以及堤垸区分布GIS数据、排涝泵站分布、排涝模数等，用于主要用于生成流域产汇流分片拓扑，构建流域上游水文产汇流模型、下垫面的产水过程、模型率定参数和与历史成果相对比；

步骤1.3：整理收集河道地形数据，每隔一定距离内河道沿程大断面资料、间距以及左右岸的坐标(X，Y)(北京54坐标系下)；

步骤1.4：整理收集水利工程(水库堰闸泵等)等基本资料、实际运行工况资料等资料；

步骤1.5：拿到地理信息背景数据，主要是一些重点地名、居民点、公路、铁路、工程等信息，用于系统背景，以GIS地理信息电子地图形式提供。

3.根据权利要求1所述的一种基于区域产汇流耦合模型系统的防洪预报调度方法，其特征在于，步骤2中所述的，将收集到的基础资料，利用数学模型与地理信息系统、数据库技术等最新信息处理技术进行集成，构建形成区域产汇流耦合模型系统，具体包括以下步骤：

步骤2.1：对流域上游构建新安江模型以及水库预报调度模型，在下游平原河网地区构建平原河网区水文水动力模型，上游山区及水库的泄流作为下游平原河网区水文水动力模型的边界；

步骤2.2：根据区域特点，下游平原河网地区按四种下垫面计算产汇流，按河网多边形分布式汇入平原河网；

步骤2.3：采用一维水动力模型模拟平原河网水流运动，用二维水动力模型模拟行蓄洪区水流运动，结合水利工程模拟控制模型，实现平原河网区的预报调度；

步骤2.4：针对具体水流情况采用合适的数值求解方法，将各部分的求解有机地结合起来，形成全流域耦合求解的流域动力模拟模型。

4.根据权利要求1所述的一种基于区域产汇流耦合模型系统的防洪预报调度方法，其特征在于，步骤3中所述的，对区域产汇流耦合模型系统进行率定和验证，使其满足预报方案精度要求，具体包括以下步骤：

步骤3.1：选取具有充分代表性和可靠性的水文数据要用于率定，选取地区典型的实测降雨资料，以水量水动力学计算为重点，对模型进行率定和验证；

步骤3.2：与实测水位、流量过程进行对比分析，采用实测资料对率定后的模型进行检验，使得水文水动力模型在区域河网地区具有较好的适用性和有效性，满足预报方案精度要求。

5.根据权利要求1所述的一种基于区域产汇流耦合模型系统的防洪预报调度方法，其特征在于，步骤4中所述的，在模型参数率定与验证的基础上，进行预报调度方案的模拟计算与实况调度应用，形成相应的防洪调度系统，具体包括以下步骤：

步骤4.1：利用河网水文水动力模型对区域产汇流进行模拟预报，同时结合实时工况条件下的水位及流量过程，对相应闸、泵水利工程进行预报调度；

步骤4.2：根据未来气象降雨预报和实时监测，结合当前的流域水位、雨量、水库闸泵排水等状态，智能推荐流域水库、闸泵工程、堤垸和行蓄洪工程的排水调度方案。

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