白山水库防洪调度决策支持系统docWord文件下载.docx

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冬季漫长、酷寒、干燥；

夏日短暂、酷热、多雨。

白山水库属狭长型河谷式水库，总库容亿m3，是一座以发电为主，兼顾防洪、浇灌、供水、环保等综合利用的大型水库。

在发电方面，白山发电厂是东北电网主力电厂之一，担负着供电、调峰、调相、事故备用等重要任务。

在防洪方面，白山水库能够有效地调节出流，削减洪峰和洪量，为饱满水库错峰和拦蓄洪水，减轻了下游松花江洪水患害。

另外，白山水库在下游浇灌、城市及工业用水、上下游航运、旅游等方面创造了综合效益，在东北电网和本地的国民经济和社会进展中起着举足轻重的作用。

二、系统结构及功能

白山水库防洪调度决策支持系统网络系统设计应采用的体系结构、软硬件技术和设备，知足水库调度、大坝安全监测在当前及未来相当长一段时刻内对网络的要求，从而达到提高信息化水平、实现先进管理思想的目标又能在必然的时刻内维持技术领先、保护投资，保证水库调度、大坝安全监测网络系统的安全稳固运行，充分考虑防汛信息管理系统的特点，特别强调水情自动测报系统的实效性、洪水预报实时性、水库调度的合理性和大坝安全评判系统的靠得住性。

在详细分析白山水库现有系统的现状及存在的问题基础上，提出了系统设计的思想、内容和需要增设的硬件和软件，和系统的主要功能。

白山水库防洪调度决策支持系统的开发与集成采用C／S模式进行开发，系统以数据库系统为中心组织在一路，如下图所示。

该系统从功能上，可分为系统总控、信息查询（包括防洪历史文件规程等）、防洪发电调度、数据库和知识库五大功能块。

系统的整体逻辑结构是：

以数据库和知识库作为大体信息支撑，通过总控程序组成专家决策支持系统的运行环境，辅以友好的人机界面和人机对话进程，有效地实现信息查询和防洪发电调度两大操作功能。

系统的整体逻辑结构见下图。

信息查询实现防洪发电调度决策进程中所需的各类信息查询、数据检索等功能，主要包括实时水雨工情、气象信息、水文历史信息、防汛文档、预报预测结果等信息的查询。

要求信息查询响应速度快，表达形象直观、清楚简练，操作方便。

防洪发电调度是系统的核心功能块，其基础是各类调度模型和洪水演进模型。

针对防洪发电调度决策常采用会商形式，即专家群体决策这一特点，设计决策方案管理子模块，可对各方案进行统一管理和综合比较，供决策者选择，付诸实施。

数据库和知识库模块是该系统的两大信息支持块。

数据库模块实现各类防洪发电调度所需的实时、历史、预测的数据，水利工程设施，地图空间，社会经济数据等信息的管理和数据更新。

知识库模块包括防洪发电调度决策进程中所需查询的各类文档资料，如调度规则、法规政策、专家对关键问题的论述等。

一、大体信息查询与管理系统

系统主要包括水库大坝的计划设计运行管理保护的大体信息及水库所在流域的自然地理、水文水环境的文字、图形、声像等多媒体信息的输入、修改、查询及管理。

二、水情自动遥测数据接收与处置系统

“水情自动遥测数据接收处置系统”用于实现对流域内22个超短波雨量站、3个超短波中继站、3个卫星雨量站、2个卫星雨量水位站；

3个超短波水位站数据接收、处置和存储，并提供查询、统计、打印数据和阅读水位进程等。

3、雨水情实时信息查询与管理系统

系统是雨水情信息的收集、整理、查询、计算、统计等数据处置的中心，依照规范要求将所收集的信息写入到数据库中，为洪水的预报调度及发电兴利调度预备数据，该系统是整个水库调度系统软件能够进行工作的基础。

4、洪水预报调度系统

洪水预报主如果按照收集的实时雨量、蒸发、水位等资料，对未来将发生的洪水做出洪水总量、洪峰发生时刻等情形的预测；

与气象预报结果相连接，按照未来的可能雨情转变，做出洪水转变的趋势预测与分析；

为了给会商调度提供更多的信息，可进行人工干与洪水预报。

按照洪水预报的结果进行防洪形势分析，按照水库、坝下防洪关键点与库区淹没区的水情、工况和社会经济状况，据不同控制模式，生成洪水调度预案系列，主要包括：

交互式洪水预报：

实时预报、假拟降水预报、预报方案交互式修改；

交互式洪水调度：

常规经验调度、洪水优化调度、交互式洪水调度，调度方案的评价。

五、水库调度日常业务管理系统

水库调度业务管理主要包括：

发电调度计划、月报表打印、流域等雨量线分析、发电用水计算、防汛主页、时段入流计算、弃水计算、文档管理等。

水库调度业务自动化系统的设计开发本实在用、方便、先进、全面的原则。

应用先进的技术；

切实深切需求分析，尽可能包括各项相关业务；

同现有的数据库系统及数据通信机制成立实时连接，以尽可能加大系统功能的实时性和自动化程度。

六、气象信息接收处置与预报系统

气象信息接收处置与预报系统包括GMS云图接收处置系统、Vsat小站系统和Micaps系统三部份，其功能主要包括：

GMS接收处置静止气象卫星（GMS-5）传送的可见光、红外、水汽等云图资料；

Vsat小站系统接收VSAT网传送的各类传真图，利用Vsat小站系统接收地面和高空资料、格点资料、卫星云图与雷达回波图、欧州气象中心散布的500hPa环流形势预报、美国气象中心散布的500hPa环流形势预报、日本数值预报传真图、中央气象台的气象减灾服务系统（AFDOS）等资料。

通过Micaps系统进行数据检索、图形操作和图形编辑进行气象资料分析处置，再按照各类天气形势预报，做出本地域的长短时刻预报。

7、气象自动收集系统

该系统主如果自动收集气温、最高气温、最高气温出现时刻、最低气温、最低气温出现时刻、相对湿度、电压、风向、风速、最大风速风向、最大风速、最大风速出现时刻、降水、气压、气压附温和蒸发等气象要素。

并提供查询、统计、打印数据等功能。

八、数据库管理系统

该系统实现将实时系统中的水文气象和大坝观测数据整理转存到历史数据库中，制作日、月、年等统计报表，实现对任意时刻段内的历史信息的查询、统计，将查询的信息以报表的形式输出；

同时对水库的计划设计、工程设计运行管理图表资料，水库电站的运行资料等进行输入、修改及查询。

在雨水情自动遥测和大坝观测系统的支持下，水库防洪调度决策支持系统以数据库为核心，通过人机交互进行信息服务、洪水预报、洪水调度、兴利调度、大坝安全评判和数据库管理。

实现水情数据、气象信息、大坝监测数据收集自动化；

洪水预报实时化；

大坝监测数据分析处置系统化；

防洪调度多元化；

信息传递网络化；

日常调度科学化；

办公管理现代化；

数据存贮电子化；

专家决策智能化的目标。

三、大坝安全监测数据自动收集和综合评判软件系统

一、大坝安全监测信息收集系统

水库防洪调度决策支持系统不仅涉及水雨情信息，而且确保大坝的安尽是相当重要的，因此实现大坝安全监测信息的自动收集对于防洪决策是必不可少的因素，按照大坝安全监测的需要已实现对大坝变形激光自动观测、坝体挠度及倾斜（包括坝基）测点数据、坝内主要内部埋设仪器、扬压力、漏水量及绕坝渗流的自动测量。

二、大坝安全监测数据分析

白山大坝安全监测数据分析主如果指定量分析，目前有单点回归分析、肯定性模型分析、混合模型分析、时刻序列分析、相关分析、模糊数学分析等，除单点分析外，多点的散布统计模型分析已开始应用。

这些分析方式实际上是分析一个效应量序列与时刻、水位、气温等环境量之间的统计关系或物理关系。

3、综合评判软件

综合评判不仅是一种效应量与环境量之间的关系，更重要的是各类效应量之间的关系是如何的，这种关系是不是合理，若不合理则原因是什么。

另外，对一个异样的效应量除通过与环境量的相关关系进行评判外，还必需与有关系的其它种类的效应量进行综合评判，最终给出那个异样值是观测本身的原因造出的，仍是结构确实发生了异样转变。

这是专家决策主持系统的关键。

对白山大坝而言，坝体挠度、水平位移、倾斜之间是有相关性的；

垂直位移与坝体接缝也是有关系的；

漏水量、扬压力、绕坝渗流之间也是相关的；

而变形、漏水也与应力应变有关。

所以研究开发这些项目之间的相关关系的数学模型、计算软件及综合评判软件对于白山水库防洪调度决策支持系统是超级重要的。

四、白山水库防洪调度决策支持系统软件的特点

白山水库防洪调度决策支持系统的主要特点是：

（1）软件开发平台（，Visual，VC++，等）起点高，技术先进，充分利用Windows的API（应用程序接口技术）、、DDE、COM/DCOM、ADO、Winsock等功能开发了功能齐全、运行灵活、利用方便、有较强实用性与通用性的水库调度综合自动化Windows软件系统，便于推行利用。

（2）部份系统采用服务端软件和客户端软件方式实现的，服务端软件完成系统的全数功能并为客户端软件发送实时数据，同步数据库；

客户端软件接收来自服务端软件所提供的实时数据，并与服务端同步数据完成人机交互。

（3）洪水预报调度系统是按照白山流域的特点，别离研制了蓄满产流分散入流模型、SCLS、纳西模型和API模型等多种预报方案，提出了洪水预报残差的可变遗忘因子自适应实时校正技术，成立了交互式洪水预报模块。

实现了按时、随机和模拟作业预报功能。

提供了开放的设计接口，易于实现模型和系统的扩充和修改，便于系统运行环境的转变。

（4）利用C++编写各类水文预报模型的动态连接库，系统运行靠得住、迅速、修改方便，创建数据库事务对象实现多个模型和数据源的自由选择，即允许各个水库或防洪控制点断面所在河流增加系统没有提供的预报模型，或原来预报模型的变异。

在系统利用环境上，通过对数据库数据流的有效划分，系统可超级方便地应用于单机或网络系统，以适应所在流域运算机应用环境。

（5）良好的库表设计使系统能有效处置复杂的环境转变系统充分考虑到实际用户可能面临的复杂情形，如跨流域的大型复杂流域防洪系统，流域单元的划分，与水情自动测报系统的实时连接，对个别测站数据的异样处置，洪水预报模型的选择，互有关联的洪水演进自动判别等等。

能适应不同流域的复杂洪水转变情形。

（6）系统提供了实时预报、假拟降雨、预报功效显示与查询、预报功效实时修正等功能，并可按照鼠标指针位制读取数据，拖动鼠标计算来水量，界面友好简练、功能壮大、操作简单。

（7）研制开发了多种不同的水库调度模型，包括常规经验调度，优化调度，预报预泄调度，闸门控制调度等。

用户可依据不同的控制（约束）条件生成洪水调度方案，可通过人机交互方式灵活多样、直观方便地实现多种条件下的洪水模拟仿真和多方案的优选比较，为会商决策提供技术支持。

用户可选择不同的边界条件进行年、季、月、旬、周和日的发电调度和分析计算，易于实时、快速地生成水库防洪系统可行调度方案。

设计了洪水优与交互调度二种方式推求水库的洪水调度方案：

①洪水优化调度方案：

按如实时预报的洪水进程,自动优化生成洪水调度计划方案；

②交互调度生成方案：

可按时段泄常量或变量和交互启闭泄流设备的任意组合进行调度。

方案的生成修改超级直观、方便：

调度人员只需在屏幕上拖动鼠标控制下泄流量，系统自动计算水位流量的转变，并给出图形显示。

（8）在水库的调洪计算中采用了四阶龙格—库塔数值解法。

此方式不需作图与试算，计算速度快、精度高，更适用于多泄流设备、变泄流设备开启状态、变调洪计算时段长的一般情形，便于编制通用的程序模块。

（9）Web部份采用B/S模式，通过网页对遥测各个测站及水位测站的数据和气象云图等进行阅读、查询、统计、打印。

（10）系统开发采用原形法和工程法相结合的软件开发流程，自顶向下设计各功能模块；

由主到次设计数据流程；

本着经济，靠得住，先进，适应性强的原则，选择软、硬件环境。

在系统集成和调试阶段采取先主后次、保证重点、兼顾其它的原则逐个调试，以保证整个系统自然靠得住的运行。

五、结语

近几年，通过对白山水库防洪调度决策支持系统研究开发，取得的主要研究功效结论如下：

一、在全面回顾白山水库防洪调度决策支持系统进展历程及系统需求分析的基础上，以白山水库防洪调度决策支持系统为原形，就系统设计的原则、建设策略、工作环境、数据流向、建设目标等方面展开研究，提出水库调度综合自动化应以运算机为工具，数据库和知识库为基础，水库调度、气象预报、坝工理论为核心，利用运算机技术和现代网络及通信技术，并综合现代科学技术的最新功效，进一步提高水库调度、大坝观测、气象预报自动化的技术水平，降低生产本钱，弄好水库经济运行，确保大坝安全和水库的安全渡汛，获取最大的经济效益和防洪效益。

二、在大坝自动观测技术、水情自动测报技术、气象信息收集技术、水库调度自动化系统防雷技术、网络系统结构设计及组网技术的基础上，对超短波水情测报技术、卫星水情遥测技术、气象云图接收技术、大坝观测数据综合分析与评判、水库调度自动化网络建设等内容展开研究及应用工作，在白山水库防洪调度决策支持系统实施进程中取得了较高的应用价值。

3、参考国内外的最新研究功效及有关资料，利用现今世界的先进技术，完成了白山水库防洪调度决策支持系统的计划、设计、建设、运行工作，实现白山水库远程调度，其理论价值和系统的实用性有较强的适应能力。

参考文献

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