及其在鳌江流域 洪水预报调度决策支持系统中的应用.pdf

参加第三届世界水论坛中国代表团论文集

流域拓扑关系分析及其在鳌江流域
洪水预报调度决策支持系统中的应用

唐勇胡和平田富强
清华大学水利水电工程系

摘要：对于一个复杂的流域，我们在进行洪水计算时经常会遇到洪水计
算模型系统集成的问题，过去人们一般用耦合的办法来解决该问题，但是
此方法缺乏灵活性和普适性。为了解决这个问题，本文提出了一个巧妙、
实用的分析流域洪水计算的拓扑分析方法。此方法的核心思想就是将流域
概化为一张节点图，对节点的属性、联接方式以及拓扑关系进行分析，运
用邻接表、邻接矩阵和深度优先遍历的方法解决了模型之间的集成问题。
该方法被应用到鳌江流域洪水预报调度决策支持系统当中，实践证明它能
提高系统运行的效率。该方法是一个简明但行之有效的流域洪水计算模型
系统集成的方法。
关键词：洪水拓扑分析鳌江决策支持系统

一、概述
防洪决策支持系统中的一个关键技术就是如何将相对独立的各个模型集成在
一个大的系统内进行整体计算，解决好模型之间数据的传递，提高系统运行的效
率。解决好这个问题对于全流域的洪水预报调度尤为重要。目前国内外的研究还
没有提出一个方便、有效的模型系统集成的办法。有人在尝试建立全流域的洪水
模拟模型，对各部分统一求解。但这种办法在交互式预报调度时会遇到诸多不便，
而且对于各个不同的流域不可能用相同的全流域的洪水模拟模型。因此研究一种
方便的模型系统集成办法具有重要意义。
本文提出了一个实用的流域洪水计算系统集成的办法。对于河道特征比较复
杂、水利工程比较多的流域来说，洪水计算首先要将流域水系进行概化，将流域
概化成互相联系的不同类型的节点，不同类型的节点用到相应不同的计算模型。
节点类型有：产汇流分区、洪水演进的河道、水库、闸门和平原区等，相应要用
到的计算模型就是：产汇流模型、河道洪水演进的水文学或水力学模型、水库调
度模型、闸门调度模型和平原区洪水泛滥的水力学模型等。根据不同的流域，选
择适合该流域的模型算法。一些常见的水文或水力学模型已经为我们熟知，模型
的编制问题不大，但是在模型的集成时却会遇到很棘手的问题，那就是节点之间
的联接问题。只有搞清楚节点间是怎样联接的、节点间是怎样交换数据的、节点
的计算顺序是怎样的等问题才能将一个个分散的模型组成有机的整体，才能模拟

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出洪水在整个流域中的流动情况。节点的有机联机就涉及到节点之间的拓扑关系，
解决好了流域的拓扑关系，就能使我们易如反掌地解决复杂流域洪水计算的模型
集成问题。

二、洪水计算拓扑结构中的节点类型

进行流域洪水计算时要用到流域洪水模拟技术，运用各种模型来计算洪水过
程。为了计算方便，首先要对流域水系进行概化，即把
图例
流域看成是由不同类型的节点联接在一起的一个有机整
R河道洪水演进
体。节点类型主要有产汇流分区、河道洪水演进、水量
N水量交汇点
交汇点、水库、闸门和平原区。各种不同类型的节点其
产汇流分区
计算方法是不同的，如P类（产汇流分区）节点所采用P
G
的是产汇流模型，计算产汇流的方法可以用新安江模型闸门

或其他方法；R类（河道洪水演进）节点所采用的是水D平原区
文学或水力学模型，如马斯京干法、一维非恒定流法等；
W水库
W类（水库）节点采用的水量平衡法进行水库调度等等。
节点类型的图例为图1所示。
图1节点类型图例

三、节点联接方式

流域内各个节点之间的联接方式大致分为三种：串联，并联以及复杂联机（既
有串联又有并联）。对某些简单流域，可能所有节点之间的联接可能都是串联，而
对复杂流域，一般各种联接方式都存在。图2表示了产汇流分区节点（P）、河道
洪水演进节点（R）、水库节点（W）以及水量交汇点（N）与其他节点之间的联接
关系。各个符号的意义同前。产汇流分区是洪水产生的源节点，因此该类节点没
有入流节点，而且它的出流节点只有一个，故此类节点与其他节点之间的联接为
串联。河道洪水演进节点是洪水在河道中演进的概化，它应该有一个入流节点和
一个出流节点，所以它与其他节点的联接方式也为串联。水量交汇节点是支流洪
水交汇的节点，它又分为汇流节点、分流节点及复杂节点（既有汇流，又有分流），
所以联接方式一般为并联或复杂联接。水库是流域中对水流进行控制的节点，一
般它应该有一个或多个入流节点和一个出流节点，故为串联或复杂联接。闸门也
是流域中对水流进行控制的节点，它与其他节点的联接方式与水库节点类似。平
原区是流域中洪水泛滥的地方，它的情况一般非常复杂，在洪水计算中通常都对
它的边界条件进行简化。

四、节点联接的拓扑表示方法

流域洪水计算中，通常是要把流域进行概化，图3是一幅流域的节点概化图。
这样一张节点图能够直观地反映洪水的在流域内的流动方向，也反映了洪水计算

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