基于DEM的水库防洪实时预报调度系统.pdf

http://www.paper.edu.cn

基于DEM的水库防洪实时预报调度系统
杨邦，任立良，许钦
河海大学水资源环境学院，江苏南京（210098）
E-mail：[e-mail]
摘要：本文将数字水文技术与水文模型进行耦合，构建基于数字高程模型（DEM）的水
库防洪实时预报调度系统，并在梅山水库及鲇鱼山水库加以应用。应用结果表明，该系统结
构体系完整，模拟精度满足实时洪水预报调度要求。
关键词：DEM；实时；预报调度；系统
中图分类号：P338

1.引言
水库防洪预报调度系统，在确保水库大坝安全前提下，以充分发挥水库防洪库容的作用，
灵活调度，使区域的防洪效益最佳为目标，是一种十分重要的非工程防洪措施[1]。
水文学本质上是关于信息的科学，一切信息技术的革命都必将深刻地影响水文科学与技
术的发展[2]。数字高程模型（DEM）作为第三次信息技术革命的产物，与水文模型进行耦合，
运用于实时预报，必将对水库防洪调度工作起到巨大推动作用。

2.流域概况

梅山水库位于淮河支流——史河上游，金寨县梅山镇境内。总控制流域面积1970平方
公里。整个流域属北亚热带湿润季风气候，流域年平均气温为15.5℃。流域年平均降水量为
1381.5毫米，流域年平均蒸发量为1173.6毫米。流域干燥度为0.8，属于湿润地区。流域位
于大别山北部，为亚热带长绿阔叶林向暖温带落叶林交汇地带，植被较好。
鲇鱼山水库上游控制流域面积924平方公里。流域地处北亚热带向暖温带过渡地带，属
大陆性湿润季风气候，植被较好。流域年平均气温为15.4℃。流域年平均降水量1225.9毫
米。

3.系统结构与设计
3.1系统结构

系统的开发与集成采用C/S（客户服务器）的方式进行开发，各个子系统围绕网络数据
库[3]进行运作，系统分为洪水预报和防洪调度两个子系统。
系统内子系统间的流动是多向的，在各子系统内均设计了人机交互界面以反映应用人员
在系统应用过程中的主观能动性。图1为系统的应用流程。

-1-
http://www.paper.edu.cn

实时水雨情信息、工情信息

（1）实时预报（1）利用实时预报的结果生成

（2）人工干预预报调度预案

（3）考虑对未来降雨预测后的（2）利用实时的结果，但考虑

人工干预预报对未来降雨预测生成调度预案

（3）采用人工干预预报的结果

生成调度预案

（4）调度预案的分析与选择实

施

（1）实时水雨情信息查询

（2）人工干预预报结果的查询

（3）调度预案的查询

图1系统应用流程图

3.2洪水预报子系统
洪水预报，由于受实际流域影响大，特别是对山区性小流域，洪水陡涨陡落，再加上实
时系统众多误差信息的影响，难以获得高精度的预报结果，需要实时修正。该系统提出以数
字水文模型为基础，融入下垫面信息和历史信息为依据的模式。方法有新意，使用有较好的
效果。
洪水预报系统应用数字水文模型进行降雨—径流模拟计算。数字水文模型利用GIS空
间分析的功能，由数字高程模型（DEM）导出流域流水网，提取汇流路径长度、坡度等地
形特征值；在GIS平台上，计算出流域下垫面的土壤、地貌等特征值，将地理特征值与流
域模型参数建立相关关系，解决无资料地区模型参数的移用问题，在此基础上划分流域产汇
流分区，建立流域拓扑关系，最终完成流域洪水预报方案的构建。数字水文模型主要按照如
下两方面进行构建：
第一步，依据图2，对高空间分辨率的网格型数字高程模型数据中存在的凹陷和平坦区
域进行预处理；运用最陡坡度法或多流向算法设定各栅格单元流向；设定临界集水面积和流
域出口断面地理位置，从而确定流域边界、生成单元集水面积；给定最小河道长度，生成河
网，并对其进行编码，最终生成数字流域水系和空间拓扑关系。

-2-
http://www.paper.edu.cn

图2、数字流域水系构建的流程图

梅山水库、鲇鱼山水库流域的DEM数据使用标准1公里网格数据，数据预处理后生成
的地形地貌图及泰森多边形图如图3、图4所示。

图3、梅山水库、鲇鱼山水库地形地貌图

图4、梅山水库、鲇鱼山水库泰森多边形图

-3-
http://www.paper.edu.cn

第二步，依据图5，在生成的数字流域水系的基础上，根据研究区域的气候特征和下垫
面特征，选取合适的降雨—径流模型，构建子单元的产流和汇流模型，采用水文学或水力学
的方法构建河网汇流模型，最终构建数字水文模型。

图5、数字水文模型的框架结构

在湿润地区，简单模型和复杂模型几乎都可以取得同样好的效果[4]。洪水预报子系统使
用三水源新安江模型[5]作为系统构建模型。新安江模型是一个分散参数的概念性模型。根据
流域下垫面的水