专家解读 | 洪水预报系统及其在工程调理中的作用

时间:2021-07-16 15:41 作者:OD官网
本文摘要:水利工程作为防洪减灾重要工程措施,如何调理运用,使其充实发挥防灾减灾效益,是一个需要不停思考的问题。洪水预报系统是洪水预报预警、防洪调理指挥的重要支撑,盘算机技术在洪水预报、调理分析各环节中广泛应用,使水情信息处置惩罚和预报作业、调理分析、会商决议等各项业务越发利便快捷。

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水利工程作为防洪减灾重要工程措施,如何调理运用,使其充实发挥防灾减灾效益,是一个需要不停思考的问题。洪水预报系统是洪水预报预警、防洪调理指挥的重要支撑,盘算机技术在洪水预报、调理分析各环节中广泛应用,使水情信息处置惩罚和预报作业、调理分析、会商决议等各项业务越发利便快捷。洪水预报系统生长概况1.海内外洪水预报系统生长历程洪水预报系统是水文预报领域具有代表性的先进技术,研发希望较快,在海内外研究开发已有30~40年的历史,履历了三个生长阶段:第一阶段是联机预报作业阶段,其主要特点是集水情信息收罗、传输、处置惩罚和洪水预报盘算为一体,以便快速完成洪水预报作业;第二阶段是实时预报校正阶段,在洪水预报系统中引入现代控制理论,实现实时信息和预报效果的实时校正;第三阶段是交互式洪水预报阶段,使用图形交互处置惩罚技术对洪水预报中间环节举行人工干预,充实使用专家、预报员的知识和履历,以有效地提高洪水预报水平。

现在,盘算机技术和网络技术的进步使得Web服务模式下洪水预报系统的开发成为可能。系统接纳B/S多层体系架构,信息集中处置惩罚和存贮,以通用Web浏览器作为用户界面,Web服务器存贮和处置惩罚信息,数据库服务器存贮属性和空间数据,到达同时为多个差别所在的用户迅速服务的要求,具有良好的跨平台性和扩展性,同时能够减轻治理人员的肩负,使洪水预报系统研发真正从模型开发走向应用服务。在业务功效处置惩罚上实现了预报调理一体化、会商决议信息化和科学化支撑。

基于Web服务模式下构建预报调理一体化系统,正向洪水预报系统生长的第四阶段迈进,长江防洪预报调理系统是其中代表之一。2.长江防洪预报调理系统的生长迭代20世纪50年月以来,长江流域洪水预报履历了从无到有、由点到面的迅速生长,陪同着水情自动测报技术的研发,水雨情报汛站点不停扩充,预报模型方法和手段不停进步,长江洪水预报逐渐走上现代化。

长江水利委员会水文局从20世纪80年月起开发洪水预报系统,并连续迭代更新。最初目的为联机实时预报,辅之以图形交互处置惩罚技术,将动态预报技术应用至作业预报且获得乐成,开创性地提出“交互式预报”观点。

1994年起开发“长江专家交互式预报系统”,实现对模型效果举行人工干预,开发了专家履历与盘算机技术有机联合的可行途径,系统1995年5月投运后在95/96/98年洪流中发挥了至关重要的作用。2000年,在海内率先实现了常用预报方法传统手工建模的盘算机化。

2006年,为适应三峡工程建设带来的流域汇流变化,开发了基于Web应用的通用型水文预报平台,在系统通用化上取得突破性希望,并应用在三峡水库调理和长江洪水预报调理中,乐成解决三峡入库洪水预报异地会商难题。2010年,依托国家防汛抗旱指挥系统一期工程,进一步完善通用型水文预报平台,并在平台上建立了长江洪水预报系统和长江防洪调理系统。2012年开展长江流域水库群团结调理,对预报调理系统研发提出新的更高要求。

依托国家防汛抗旱指挥系统二期工程,2016年建发展江防洪预报调理系统,在海内率先实现预报调理一体化,成为长江流域防洪和水资源预报调理会商的重要抓手。▲第二代洪水预报系统/人民网洪水预报调理一体化系统构建技术1.技术难点一是水利工程建成后运行,逐渐改变河流天然状态,如何在实时洪水预报中思量众多水工程的合理运用,提高预报精度,并实现工程运行条件下多阻断河系洪水一连演进盘算,是一项重要难题。二是江河湖库洪水调理最终目的是合理运用种种水工程设施(水库、分蓄洪区等)对洪水历程举行人工干预,改变洪水、水量历程的时空漫衍,从而到达防洪减灾、水资源综合使用的目的。水利工程实时调理的决议历程,就是人工干预措施、力度和时机的选择、比力历程,属综合性智能决议的领域,如何实现预报调理的嵌套分析,技术难度大。

三是开展Web服务模式下的预报调理系统建设,需要解决水利工程信息共享整合、大数据传输、统计查询及盘算效率等难题。四是适应水利工程的逐渐建设到位、预报调理的技术业务更新生长,预报调理业务系统始终处于不停完善的动态系统。2.设计理念(1)开放式设计理念系统框架、菜单体系、数据会见、预报调理体系构建均接纳开放式治理体系,通过设置加可视化治理维护功效,实现动态治理。

数据会见封装通用化接口,提供统一的数据会见服务。预报调理体系主要以概化图表现,通过设置治理自界说方式构建预报调理任务,不修改法式编码便可修改预报调理业务逻辑流程,接纳事情引擎控制预报调理执行逻辑,从而实现预报调理流程动态控制,体系及节点可灵活增删及扩展。

(2)一体化技术思路根据漫衍式+面向服务的集成方式,实现水文气象产物统一生成共享、信息综合展示一张图、预报调理一体化服务。▲长江委水文局向导到场水情形势分析研判/周明3.关键技术(1)预报调理模型库构建技术凭据纳入系统的模型举行分类,分散模型、接口、数据、业务,接纳面向工具技术规范各种模型的输入输出接口,制定统一的封装技术尺度,以组件化结构和开放式架构建立差别粒度的多源异构预报调理模型库。

(2)调理规则库构建技术通过收集已有防洪调理、水量调理相关的种种基础文件、特征参数和相关研究结果,对换度规程及团结调理方案、实时洪水调理等研究结果举行归类整合,理顺防洪调理、水量调理的分析体系,并数字化调理规程,量化并抽象分类后转化为盘算机可识别语义,联合调理规则参数,形成实时调理规则库。(3)预报调理体系可扩展技术凭据流域水系测站的拓扑关系,以概化图形貌,并接纳工具符号和可标志的语言,分类标识预报节点、调理节点的工具属性及上下游关系,工具属性包罗基本信息、模型信息等。可编辑修改预报体系结构,当流域预报体系发生变化时,可直接编辑节点信息,调整节点顺序,到达新增或删减预报调理工具的目的。

(4)预报调理一体化引擎按空间位置与水力联系构建河系、水工程和防洪工具的拓扑关系概化图,建设预报调理盘算体系,配合模型库、调理规则挪用和调理演算约束,接纳通用数据接口对降水预报、降雨径流、洪水演进及调理各模型作无缝耦合处置惩罚,实现河系的河库(湖)联动、有序一连演算的预报调理一体化,如图2所示。(5)可视化处置惩罚技术使用Internet/Intranet、地理信息系统(GIS)和多媒体等新技术,开发友好的用户界面,通过图表展示及图形拖动方式,使用可视化处置惩罚功效实现区间交互、盘算修正、水位/流量控制、调洪演算和交互调理等历程。

4.主要功效洪水预报系统功效受需求驱动,水情业务和服务工具及规模差别,系统功效差异较大,但总体上应包罗以下几个方面:一是信息处置惩罚与共享,对预报调理业务所需的水雨情信息、工情信息(水库、闸、坝等运行数据)和防洪基本信息(防洪方案和指标、宁静泄量、防洪区社会经济状况等),举行搜集、处置惩罚、存储和共享;二是水雨情监视预警,提供对实时汛情、工情自动监视和险情告警服务,通过对监测数据的实时吸收,异常时能以声音、动画、图、表等方式醒目提醒、动态告警,以完全自动、直观清晰的方式提供各种工程运行及预报调理情况,实现自动、实时、全面的实时监视功效;三是防洪形势分析,凭据洪水预报结果,对实时、预报与历史的水雨情信息检索,根据防洪调理规则举行推理判断,开端判明需启用的防洪工程,并参考工程运用现状,明确当前调理任务与目的,体例防洪形势分析陈诉,开端确定各控制性工程的防洪形势;四是预报调理,依据流域实时水雨情、工情及预见期降雨等信息,以自动、交相互联合的模式实现预报调理、洪水演进及相关分析,并具有实时校正功效,可对差别降雨预报方案、工程运用方式举行模拟仿真盘算,分析洪水调理中的不确定因素,协助制定洪水调理决议方案;五是综合分析,对预报调理效果的可靠性和可能泛起的偏差举行分析和研判,使用交互分析工具,综合分析会商,确定预报公布值。▲长江水文职工在三峡大坝前经心抢测洪峰及沙峰/张伟革洪水预报系统在工程调理中的作用一是实现预报与调理的无缝衔接与嵌套,为工程调理掌握流域上下游和各区域之间的庞大关系,充实思量流域来水状况,兼顾上下游举行预报调理,越发科学合理精致地实现水工程(群)的调理控制,调治流域干支流洪水,提高流域整体防洪抗旱能力,高效发挥水资源的多种功效和综合使用效益发挥重要作用。二是通过交互式预报调理方案制作、分析比力,有力支撑精致化调理。水利工程(水库、闸坝等)调理需思量(拦洪、削峰、与下游洪水错峰等)多种情形,洪水严重时还需要使用分蓄洪区拦蓄超额洪水。

系统通过交互预报调理功效,凭据给定的控制目的和控制参数,联合当前流域水利工程运行现状和效果差异,推荐调理方案,包罗水利工程(群、组)应用,调理工具详细蓄泄历程,调理目的节点、影响区域状态等,并通过仿真可视化,对换度方案的应用效果和风险举行评估,供调理决议参考。三是准确、实时的洪水预报是水利工程调理的关键,也是确定水工程实时调理运行方式的基础。接纳短中恒久水文气象相联合、模型与实时校正、人工履历相联合,有效地延长预见期、提高预报精度,给工程调理赢得科学决议的时间,为水工程(群)团结调理综合效益发挥提供支撑。

以长江防洪预报调理系统为例,系统搜集了流域3万个水雨情站点,荟萃了短中期及延伸期等各种降水数值预报产物,并接入水文预报模型,通过自动与交互并行的模式,提高预报精度,延长预见期。总体上,预见期72h内水位流量预报到达准确,其中城陵矶-大通各站水位预报平均误差均在0.2m以内,关键性的预报能提前3~5d准确预报,据此制作调理方案,调理部门依据预报调理方案开展科学调理。

2020年长江流域发生大洪水,8月中旬,长江上游岷沱江、嘉陵江干支流来水严重遭遇,三峡水库泛起成库以来最大洪水,入库洪峰达75000m3/s(20日8时)。早在8月11日,洪水预报系统短中期预报出未来一周(11~17日)岷沱江、嘉陵江流域有大到暴雨,累积雨量在250mm以上,三峡入库将泛起60000m3/s量级以上的复式洪水,今后转动修正,最终预报的三峡入库洪峰与实况完全吻合。

分析制作调理方案,调理部门据此精致团结调理长江上游水库群,累计拦蓄洪水190亿m3。据分析,将上游寸滩站洪峰(洪量)约90年(130年)一遇的特大洪水削减为20年(40年)一遇,显著减轻了流域防洪压力,制止了荆江分洪区的启用,发挥了庞大的防洪减灾效益。▲长江委水文长江口局徐六泾水文站抢测洪水期水文特征值/张静在气候变化与高强度人类运动配合作用下,极端气候和水文事件时空格式泛起了新特点,水工程多目的综合调理需求不停增强,洪水预报系统现有功效难以细致描画水利工程团结预报调理的相互嵌套影响。

同时经济社会的生长对洪水预报精度、预见期、预报要素均提出了更高要求,需要进一步提升预报能力,扩充水文预报要素,引入大数据挖掘和机械学习等人工智能新技术,向智慧预报调理系统迭代升级,为防洪、水资源治理及应急调理决议提供强有力的支撑。作者/程海云,长江水利委员会水文局局长,党组副书记,教授级高级工程师。


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