余姚市防洪调度决策支持系统及其实时校正技术

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1、余姚市防洪调度决策支持系统及其实时校正技术张松达夏梦河唐永祥摘要：余姚市防洪调度决策支持系统曾获浙江省科技进步三等奖。本文对该系统的结构及功能以及作为关键技术的实时校正技术作了介绍，与同行交流。关键词：防洪；调度；决策；支持系统；结构；功能；实时校正技术一、前言余姚地处浙江省东北部。面积为平方千米，人口为万人。境内南部为四明山区，中部为姚江冲积平原，北部为杭州湾滨海平原。中部的姚江谷地，地势低洼，一般在畅左右，最低处仅为畅。余姚气候属亚热带季风气候区，雨量充沛，四季分明。年降水量在左右。年，余姚在全国综合实力百强县（市）中排名第位。为了适应经济的进一步发展，

2、余姚市在进一步构筑和完善防洪安全保障工程体系的同时，立项开展了余姚市防洪调度决策支持系统的研制。在上级部门的重视和支持下，通过与有关科研院校的大力协作，经过几年努力，于年建成了这一先进的高科技的防洪调度决策支持系统。投入运用四年以来，效果十分理想，在余姚市的防洪工作中发挥了重要作用。二、系统结构及功能（一）系统结构余姚市防洪调度决策支持系统由个子系统组成，即防洪信息采集子系统、防洪通信子系统、防洪计算机网络子系统、水利地理信息子系统和防洪预报调度子系统。防洪信息采集子系统这一系统主要有水情数据自动采集系统、工情图像实时监控系统和卫星云图接收显示系统。在全市小以上水库、重要河段、水闸

3、、海岸、边界和雨量控制点分别布置了个遥测站点，其中有个雨量观测点、个水位、潮位观测点、个风向风速观测点、个蒸发观测点、个气温气压观测点和个墒情观测点，全部实现了自动采集。还建立了基于光纤网的远程图像监控系统。主要监控位置为大中型水库等重要水利工程的运行情况。实时图像全部由光纤传输至市三防指挥中心。同时，为了及时迅速掌握了解气象情况、建立卫星云图接收系统。防洪通讯子系统和计算机网络子系统主要建设了基于超短波无线通信的水情遥测传输系统，基于的水情语音查询、报汛系统，基于的手机便携机数据查询及短消息报汛系统；基于涉及卫星的电话语音系统，基于党政内网的远程会商系统，实现

4、省、宁波、余姚、乡镇和水利工程管理单位五级防汛指挥的双向视频对话。建立了市防汛指挥中心计算机局域网络系统和覆盖全市的防汛计算机广域网络系统，并建立了余姚水利网站。水利地理信息子系统为防洪调度提供综合性水利信息平台。这一系统由数据库管理系统、多媒体超文本管理系统、工情管理系统、汛情监视系统、信息发布系统、模型可视化系统组成，集工情、雨水情、远程图像、调度预报模型、分布计算于一体的统一管理平台，系统采用空间分辨率畅的遥感影像作为数据源，还建立了余姚市全境的正射影像图和基于的数据的三维飞行模拟。防洪预报调度子系统为了使整个系统能真实地反映降水和洪水的变化情况，采用实时校正的

5、河网非恒定流计算模型。（）河网非恒定流方程组河网非恒定流方程组由河段方程等方程组组成。其中河段方程为圣维南（- ）方程组：B抄z 抄t抄Q 抄s g抄v 抄tv g抄v 抄s抄z 抄sQFk 考虑到为平原河网，采用上述形式。如果把河网扩展到山区，面对水跃等更为复杂的水流，则需严格采用守恒律组，并用激波装配法或激波捕捉法等推求满足熵条件的浅水动力弱解。河网非恒定流非线性方程组，用牛顿（，）迭代法求解。（）河网概化对全市河流、湖泊及河汊、闸汊点进行了概化。余姚市防洪调度决策系统非恒定流计算河网概化图、概化湖泊个，集中入流通个，边界点个，河汊点个，闸汊点个，断面个。（）边界水（潮

6、）位及集中入流预报整个边界点个，其中流量边界个，水位边界个，潮位边界个。水（潮）位边界：上虞进入余姚的水位边界个、慈溪个、江北个，这些边界均安装有水位遥测站。主要有个潮位边界，其中个为余姚境内出海闸，个为姚江大闸甬江潮位。水位和潮位采用有限记忆线性最小二乘估计理论确定。集中入流：山区非水库控制区采用流域水文模型计算直接确定。单元面积的划分主要考虑降雨均匀，并有一定的雨量站，共划分了个单元。汇流计算中考虑到降雨分布不均和雨量大小对径流成分的影响，我们根据降雨大小并结合流量分别计算出了条无因次单位线，较好地消除了面积影响。山区水库控制区按批准的控制运用计划并结合实际情

7、况通过调洪演算确定。（）平原圩垸电排区和非圩垸电排区流量或交换水量分别采用河流、水闸和泵站种类型的概湖方程确定。（）调度方案决策向量由个决策变量组成的维决策向量，包括大中型及重要水库的下泄流量、主要水闸的开启孔数、开启高度及下泄流量等。（）实时校正对水力计算模型的计算成果用误差自回归进行实时校正。（二）系统功能这一系统为全市的防洪提供三日调度决策支持和逐时段调度决策支持。三日调度决策支持当气象部门作出暴雨量级预报后，决策系统从历史大暴雨洪水数据库中选择几种可能的雨型和边界水位、流时过程，联系不同调度方案进行计算，求得洪峰水位、峰现时间和三日洪水过程。连余姚市防洪调度决策支持系统及其

8、实时校正技术续的决策构成策略，调度方案本质上是一系列决策构成的一个策略。通过设置决策向量，可以模拟各种可能的调度方案，具有较强的功能。逐时段实时调度决策根据上时段已经出现的暴雨洪水情况，对下一时段的水位进行实时跟踪预报，并通过多种调度方案的比选优化，确定实时的调度方案供领导决策。通过对场较大的典型历史洪水在个防洪控制站的主要洪水要素的验证，精度等级均满足要求，见表和图。宁波市第五届学术大会论文集表洪峰水位、峰现时间误差与合格情况表洪号测站实测洪水预测洪水误差与合格情况洪峰水位峰现时间洪峰水位峰现时间洪峰水位峰现时间（）（月）日时（）（月）日时误差许可误差合格与否误差

9、许可误差合格与否g临山畅 N月日貂舷畅月日i畅靠畅合格合格马渚畅 N月日貂舷畅月日i畅靠畅合格合格余姚畅 N月日貂舷畅月日i畅靠畅合格屯合格丈亭畅 N月日貂舷畅月日i畅靠畅合格合格g临山畅 N月日舷畅月日浇i畅靠畅合格合格马渚 N月日貂舷月日i 靠合格合格余姚 N月日舷月日浇i 靠合格屯合格丈亭 N月日舷月日浇i 靠合格屯合格g临山 N月日舷月日浇i 靠合格屯合格马渚 N月日貂舷月日i 靠合格合格余姚 N月日貂舷月日i 靠合格合格丈亭 N月日貂舷月日悙靠合格屯

10、合格g临山 N月日舷月日浇悙靠合格合格马渚 N月日舷月日浇i 靠合格合格余姚 N月日舷月日浇i 靠合格合格丈亭 N月日舷月日浇i 靠合格合格g临山 N月日舷月日浇悙靠合格合格马渚 N月日舷月日浇i 靠合格合格余姚 N月日舷月日浇i 靠合格合格丈亭 N月日舷月日浇悙靠合格合格三、实时校正（一）实时校正的必要性和重要性采用未经实时校正的决策支持系统中的水力模型对场历史洪水进行验证，结果余姚站等个主要控制站的水位误差较大。这些误差是由模型误差和观测误差造成的。模型误差包括模型结构和模型参数两方面的误差。观测误

11、差包括输入和输出两方面的误差。误差虽然在本质上是不可避免的，但是可以尽量减小，同时在实用上也是允许有一定误差存在的。欲减小误差，第一，要完善模型结构及其参数，使之更精确地反映原型；第二，要提高观测精度，控制输入、输出量的观测误差。除了上述措施外，很重要的是通过实时校正来提高预测精度。（二）实时校正技术目前，常用的实时校正方法有卡尔曼（）滤波、实时最小二乘法和误差自回归法等。这些方法涉及滤波、系统辨识、时间序列分析等现代数学以及系统论和控制论领域。余姚市防洪调度决策支持系统研制中，对实时校正技术比选，主要在卡尔曼滤波和误差自回归（）这两种方法中进行。余姚市防洪调度决策支持系统及其实

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