洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)-金水

4.7洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)綜合考慮招標(biāo)書中的需求，我們推薦使用“中國(guó)洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)”作為本項(xiàng)目中的洪水預(yù)報(bào)軟件?！爸袊?guó)洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)”是在財(cái)政部和國(guó)家防辦的支持下，由水利部水利信息中心聯(lián)合國(guó)內(nèi)其他單位研制開發(fā)的洪水預(yù)報(bào)軟件。系統(tǒng)結(jié)合我國(guó)的實(shí)際情況，基于統(tǒng)一的實(shí)時(shí)水情數(shù)據(jù)庫(kù)、預(yù)報(bào)專用數(shù)據(jù)庫(kù)和客戶/服務(wù)器環(huán)境，采用規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)、先進(jìn)的軟硬件環(huán)境及模塊化、開放性結(jié)構(gòu)，建立常用預(yù)報(bào)模型和方法庫(kù)，能方便地加入新的預(yù)報(bào)模型，快速地構(gòu)造多種類的預(yù)報(bào)方案，具有人工試錯(cuò)和自動(dòng)優(yōu)選相耦合的模型率定系統(tǒng)，可用圖形和表格方式干預(yù)任何過(guò)程的實(shí)時(shí)交互預(yù)報(bào)系統(tǒng)，提供通用的數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊和常用的實(shí)用模塊，以及完整的預(yù)報(bào)系統(tǒng)管理功能。系統(tǒng)具有通用性強(qiáng)、功能全面、操作簡(jiǎn)便等特點(diǎn)，完全可以滿足招標(biāo)書中關(guān)于洪水預(yù)報(bào)軟件的要求。4.7.1洪水預(yù)報(bào)關(guān)鍵技術(shù)要建設(shè)方便實(shí)用，預(yù)報(bào)精度滿足要求的洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)，我們認(rèn)為需要解決以下關(guān)鍵技術(shù)：預(yù)報(bào)模型庫(kù)的建立預(yù)報(bào)模型是預(yù)報(bào)系統(tǒng)的核心，預(yù)報(bào)系統(tǒng)各模塊均是圍繞預(yù)報(bào)模型而開發(fā)，通用的洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)必具有通用的預(yù)報(bào)模型庫(kù)，目前在實(shí)時(shí)洪水預(yù)報(bào)方面，比較實(shí)用的是確定性概念模型，按照模擬的對(duì)象不同可分為河道匯流模型、流域產(chǎn)流模型、流域匯流模型、經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷?。預(yù)報(bào)模型庫(kù)要解決以下問題：一是通用的預(yù)報(bào)模型庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口。模型所需數(shù)據(jù)包括輸入數(shù)據(jù)、輸出數(shù)據(jù)、模型參數(shù)、模型狀態(tài)等，不同種類模型需要不同種類數(shù)據(jù)，能否設(shè)計(jì)提出一通用的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口是建立預(yù)報(bào)模型庫(kù)的關(guān)鍵；二是預(yù)報(bào)模型庫(kù)的管理，主要是預(yù)報(bào)模型的調(diào)用、運(yùn)行，以及修改和刪除等功能；三是用戶可任意在預(yù)報(bào)模型庫(kù)中增加所開發(fā)的模型，即預(yù)報(bào)模型庫(kù)具有很強(qiáng)的擴(kuò)展性。預(yù)報(bào)方案的構(gòu)建預(yù)報(bào)方案是對(duì)預(yù)報(bào)目標(biāo)的具體實(shí)現(xiàn)，是預(yù)報(bào)模型在模擬區(qū)域的具體應(yīng)用。預(yù)報(bào)方案應(yīng)包含預(yù)報(bào)對(duì)象、預(yù)報(bào)要素、根據(jù)站點(diǎn)、選用模型、模型參數(shù)、方案評(píng)定等。由于預(yù)報(bào)對(duì)象所處的河段、流域和洪水千差萬(wàn)別，根據(jù)站點(diǎn)類別、信息種類不同，造成預(yù)報(bào)方案因預(yù)報(bào)對(duì)象不同而不同，因此提出一通用的構(gòu)建技術(shù)構(gòu)建不同的預(yù)報(bào)方案是問題的關(guān)鍵。通用的模型參數(shù)率定參數(shù)率定好壞直接影響到預(yù)報(bào)方案的精度。模型參數(shù)率定工作要求的專業(yè)性很強(qiáng)，需要具有深厚的相關(guān)理論知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，。解決的關(guān)鍵在于開發(fā)出人工試錯(cuò)和自動(dòng)優(yōu)選相耦合，多模型、多參數(shù)自動(dòng)優(yōu)選，友好的率定平臺(tái)，使系統(tǒng)能簡(jiǎn)便、快捷、高效地完成模型參數(shù)率定工作。實(shí)時(shí)交互式預(yù)報(bào)預(yù)報(bào)員的豐富經(jīng)驗(yàn)及綜合分析是提高預(yù)報(bào)精度的保證。實(shí)時(shí)交互式預(yù)報(bào)就是把過(guò)去只能由預(yù)報(bào)員人工進(jìn)行的洪水預(yù)報(bào)結(jié)果的綜合分析功能納入到洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)，依據(jù)有經(jīng)驗(yàn)的預(yù)報(bào)員的分析、確定預(yù)報(bào)的思路來(lái)建立對(duì)預(yù)報(bào)結(jié)果進(jìn)行交互分析的基本模式。其關(guān)鍵問題在于能否把預(yù)報(bào)員的各種綜合分析手段以計(jì)算機(jī)人機(jī)交互界面的方式表現(xiàn)，使預(yù)報(bào)員方便地進(jìn)行交互分析?！爸袊?guó)洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)”在涉及時(shí)對(duì)以上關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入研究，并分別實(shí)現(xiàn)了有針對(duì)性的解決方案。4.7.2洪水預(yù)報(bào)流程洪水預(yù)報(bào)流程大體分為兩大步驟：制作預(yù)報(bào)方案根據(jù)預(yù)報(bào)任務(wù)，及時(shí)收集降雨、蒸發(fā)、水位、流量等有關(guān)資料，根據(jù)洪水的形成規(guī)律和特點(diǎn)，建立由當(dāng)前采集的水文信息推算未來(lái)洪水大小和出現(xiàn)時(shí)間的一整套計(jì)算方法，即洪水預(yù)報(bào)方案，例如降雨徑流預(yù)報(bào)方法中的產(chǎn)流預(yù)報(bào)方案和匯流預(yù)報(bào)方案。為了保證預(yù)報(bào)精度和可靠性，必須對(duì)制作的預(yù)報(bào)方案按允許誤差標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)定和檢驗(yàn)。進(jìn)行作業(yè)預(yù)報(bào)對(duì)正在發(fā)生洪水的地區(qū)進(jìn)行水文氣象觀測(cè)，并通過(guò)報(bào)汛設(shè)備傳送到預(yù)報(bào)中心運(yùn)行制作好的預(yù)報(bào)方案分析計(jì)算即將發(fā)生的洪水大小、出現(xiàn)時(shí)間等，并及時(shí)提供給防汛指揮部門、社會(huì)公眾，為抗洪減災(zāi)決策提供科學(xué)依據(jù)。為了提高預(yù)報(bào)制作的時(shí)效性和預(yù)報(bào)成果的精度，常常把遙感、遙測(cè)、信息傳輸和計(jì)算機(jī)運(yùn)算聯(lián)成一個(gè)系統(tǒng)，由計(jì)算機(jī)根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)直接按存儲(chǔ)的實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)方案程序自動(dòng)算出預(yù)報(bào)結(jié)果?？傮w預(yù)報(bào)流程如下圖所示：圖4.7.1洪水預(yù)報(bào)流程圖4.7.3系統(tǒng)功能描述4.7.3.1系統(tǒng)管理系統(tǒng)管理提供用戶管理、模型管理、方案管理、水位流量曲線、自動(dòng)預(yù)報(bào)、站點(diǎn)管理、圖層管理、預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)置等功能。用戶管理用戶分為系統(tǒng)管理員用戶和預(yù)報(bào)員兩種角色類型，用戶必須登陸且通過(guò)系統(tǒng)認(rèn)證才能使用本系統(tǒng)。用戶管理提供修改密碼、修改用戶名、增加用戶、刪除用戶等功能，其中增加用戶、刪除用戶只有系統(tǒng)管理員才有權(quán)限進(jìn)行操作。系統(tǒng)示例界面如下圖所示：

1.a：擇圧捋.站百?gòu)?qiáng)報(bào)直感們權(quán)出率罡屮1.a：擇圧捋.站百?gòu)?qiáng)報(bào)直感們權(quán)出率罡屮a協(xié)選瑋改塔加點(diǎn)、嚴(yán)翻用戸Iflft；四尸HI悼用戶取洎$凹員I確定I取消圖07.2用戶管理界面示例圖模型管理模型管理用于對(duì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)中使用中的模型進(jìn)行管理，提供增加模型、刪除模型、保存模型等功能。系統(tǒng)支持的模型類型包括流域產(chǎn)匯流模型、流域產(chǎn)流模型、流域匯流模型、河道匯流模型、經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ臀宸N。系統(tǒng)界面示例如下圖所示：3中國(guó)淞水預(yù)報(bào)至統(tǒng)LAGS選播預(yù)振站査預(yù)報(bào)區(qū)威管:7溟時(shí)預(yù)報(bào)視型率定用戶管理模型菩理方案管理水位眾量齢自動(dòng)預(yù)報(bào)站點(diǎn)言理國(guó)層菅理預(yù)提數(shù)據(jù)訓(xùn)數(shù)據(jù)庫(kù)連接UHB1SBIjK3中國(guó)淞水預(yù)報(bào)至統(tǒng)LAGS選播預(yù)振站査預(yù)報(bào)區(qū)威管:7溟時(shí)預(yù)報(bào)視型率定用戶管理模型菩理方案管理水位眾量齢自動(dòng)預(yù)報(bào)站點(diǎn)言理國(guó)層菅理預(yù)提數(shù)據(jù)訓(xùn)數(shù)據(jù)庫(kù)連接UHB1SBIjKUMjCHE社HDPS25O61P325131Pi26inP411621P411S22Pd11541P411641P412821廣越省花卒文禪「養(yǎng)數(shù)戔系交件圖07.3模型管理界面示例圖方案管理方案管理用于定制洪水預(yù)報(bào)方案，提供的功能包括：方案修改、方案分配、方案輸出、方案輸入、方案壓縮等。每個(gè)預(yù)報(bào)方案可包括方案說(shuō)明、預(yù)熱期、計(jì)

算時(shí)段長(zhǎng)、預(yù)見期、輸出類型、告警水位、告警流量、水位流量關(guān)系、是否顯示區(qū)域輸入邊界等屬性，同時(shí)還可為方案設(shè)置不同的雨量計(jì)算方法，設(shè)定使用的模型及參數(shù)等。方案構(gòu)建完成后系統(tǒng)提供方案輸出功能，預(yù)報(bào)員可通過(guò)選用不同的方案或通過(guò)調(diào)整方案的參數(shù)來(lái)獲得多種預(yù)報(bào)結(jié)果。系統(tǒng)示例界面如下圖所示：圖07.5方案管理示例圖-方案屬性修改4）自動(dòng)預(yù)報(bào)系統(tǒng)提供自動(dòng)預(yù)報(bào)功能，當(dāng)將系統(tǒng)設(shè)置為自動(dòng)預(yù)報(bào)狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)將依據(jù)方案管理中所設(shè)定的預(yù)報(bào)方案、預(yù)報(bào)順序等設(shè)置逐時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)預(yù)報(bào)。系統(tǒng)還提供“是否自動(dòng)校正”“是否自動(dòng)發(fā)布”等選項(xiàng)，當(dāng)設(shè)置為自動(dòng)校正狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)按照預(yù)報(bào)成果和實(shí)際發(fā)生的成果進(jìn)行精度分析，實(shí)現(xiàn)預(yù)報(bào)成果的實(shí)時(shí)校正；設(shè)置為自動(dòng)發(fā)布狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)保存自動(dòng)預(yù)報(bào)結(jié)果，則該預(yù)報(bào)方案在運(yùn)行完成后，系統(tǒng)

自動(dòng)發(fā)布預(yù)報(bào)結(jié)果，結(jié)果發(fā)布時(shí)，界面上將顯式區(qū)分預(yù)報(bào)過(guò)程和實(shí)測(cè)過(guò)程。系統(tǒng)界面示例如下圖所示：5）預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)管理預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)管理用于管理中間預(yù)報(bào)成果、最終預(yù)報(bào)成果和模型狀態(tài)三類數(shù)據(jù)。6）其他系統(tǒng)管理功能系統(tǒng)提供站點(diǎn)管理、圖層管理、水位流量關(guān)系曲線管理等功能，用于對(duì)預(yù)報(bào)涉及到的邊界條件數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。4.7.3.2預(yù)報(bào)方案制作預(yù)報(bào)方案制作是中國(guó)洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)的重要組成部分。它包括預(yù)報(bào)方案構(gòu)建、歷史資料處理、模型參數(shù)率定等功能。預(yù)報(bào)方案構(gòu)建功能可通過(guò)人機(jī)界面構(gòu)建相關(guān)圖預(yù)報(bào)方案、水文模型預(yù)報(bào)方案，通過(guò)人機(jī)界面輸入、定制預(yù)報(bào)方案的各要素值。歷史資料處理功能用于輸入、轉(zhuǎn)錄、檢查、修改用于制作洪水預(yù)報(bào)方案的歷史水文資料。模型參數(shù)率定功能可通過(guò)人工試錯(cuò)和自動(dòng)優(yōu)選相耦合的率定子系統(tǒng)，對(duì)任何預(yù)報(bào)模型單值參數(shù)進(jìn)行參數(shù)率定，以完成系統(tǒng)建模工作。預(yù)報(bào)方案構(gòu)建構(gòu)建預(yù)報(bào)方案是實(shí)施洪水預(yù)報(bào)作業(yè)的基礎(chǔ)，本系統(tǒng)構(gòu)建預(yù)報(bào)方案包括定義方案、圈劃流域、確定方案模型、雨量站控制權(quán)重、使用向?qū)У任屙?xiàng)功能。歷史資料處理此功能主要用于錄入、轉(zhuǎn)存、檢查、修改用于模型參數(shù)率定的歷史水文資料，包括洪水摘錄資料、洪水日資料、降雨摘錄資料和降雨日資料等。模型參數(shù)率定此功能主要用于對(duì)選定的預(yù)報(bào)模型中的參數(shù)進(jìn)行率定。水文模型包括模型結(jié)構(gòu)和模型參數(shù)兩個(gè)方面。確定模型結(jié)構(gòu)稱為系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)識(shí)別，在確定的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)下，率定模型的參數(shù)稱為系統(tǒng)的參數(shù)識(shí)別，合稱為系統(tǒng)識(shí)別。模型結(jié)構(gòu)就是模型的計(jì)算步驟與方法，，模型參數(shù)是代表具體流域的水文特性，是模型結(jié)構(gòu)程序中待定的常數(shù)。有了結(jié)構(gòu)和參數(shù)之后，流域的水文規(guī)律和水文特性就完整地描述出來(lái)了。模型參數(shù)率定是通過(guò)對(duì)歷史資料的模擬分析，確定預(yù)報(bào)方案各輸入所采用的概念性模型的參數(shù)，以用于實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)。參數(shù)率定的目標(biāo)是尋求模擬客觀系統(tǒng)的最滿意的模型和最佳參數(shù)，參數(shù)率定是模型識(shí)別的主要環(huán)節(jié)。洪水預(yù)報(bào)模型的參數(shù)大體上可分為以下兩類：(1)過(guò)程參數(shù)。模擬水文過(guò)程的數(shù)學(xué)方程式中的待定常數(shù)，已見的如土壤蓄水容量、蒸散發(fā)能力、穩(wěn)滲率、壤中流及地下水的蓄泄系數(shù)、河槽匯流系數(shù)等。這些參數(shù)有明確的物理意義，大多可由水文、氣象、地理、地質(zhì)等資料分析初定，有的必須優(yōu)選確定。（2）地理參數(shù)。表示地理特征或量度的一些參數(shù)。如面積、高程、地形類別、植被覆蓋、土地利用、地面坡度、河槽坡度及長(zhǎng)度，不透水面積等。這些參數(shù)大多可以根據(jù)自然地理資料或地形圖測(cè)定。對(duì)于采用可率定模型構(gòu)建的洪水預(yù)報(bào)方案，本系統(tǒng)提供人工試錯(cuò)、自動(dòng)優(yōu)選、以及人工試錯(cuò)和自動(dòng)優(yōu)選相耦合等三種方法對(duì)模型中單值參數(shù)進(jìn)行參數(shù)率定以最終建立洪水預(yù)報(bào)方案。系統(tǒng)提供的模型參數(shù)率定界面示例如下圖所示：圖07.8模型參數(shù)率定界面示例如上圖的界面中，可以通過(guò)“缺省參數(shù)范圍”，“缺省參數(shù)關(guān)系”，“缺省模型狀態(tài)”等功能按鈕恢復(fù)模型的缺省值，可通過(guò)設(shè)置優(yōu)化率定方法、目標(biāo)函數(shù)類型、循環(huán)次數(shù)等參數(shù)改善自動(dòng)優(yōu)選的效果。系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)率定時(shí)可顯示率定進(jìn)度狀態(tài)。當(dāng)模型率定或模型檢驗(yàn)結(jié)束后，在界面右下角的率定結(jié)果欄目中將以過(guò)程線形式顯示模擬過(guò)程和實(shí)測(cè)過(guò)程對(duì)比情況，用戶可通過(guò)對(duì)此結(jié)果的觀測(cè)檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷倪m用程度。4.7.3.3實(shí)時(shí)作業(yè)預(yù)報(bào)實(shí)時(shí)作業(yè)預(yù)報(bào)提供作業(yè)預(yù)報(bào)、預(yù)報(bào)成果優(yōu)選、預(yù)報(bào)誤差統(tǒng)計(jì)分析、預(yù)報(bào)成果輸出等功能。1）作業(yè)預(yù)報(bào)系統(tǒng)提供單站作業(yè)預(yù)報(bào)和區(qū)域作業(yè)預(yù)報(bào)兩種作業(yè)預(yù)報(bào)方式。單站作業(yè)預(yù)報(bào)只對(duì)當(dāng)前所選擇的預(yù)報(bào)斷面和預(yù)報(bào)方案進(jìn)行預(yù)報(bào)。區(qū)域作業(yè)預(yù)報(bào)既可對(duì)單站進(jìn)行作業(yè)預(yù)報(bào)，也可同時(shí)連續(xù)的從上游往下游對(duì)河系各預(yù)報(bào)斷面進(jìn)行作業(yè)預(yù)報(bào)。系統(tǒng)提供的單站作業(yè)預(yù)報(bào)界面示例如下圖所示：圖07.9單站作業(yè)預(yù)報(bào)界面示例如上圖所示，整個(gè)單站作業(yè)預(yù)報(bào)控制界面可分為“方案輸入”、“時(shí)間設(shè)置”、模型信息”、“功能按鈕”、“結(jié)果顯示”等5個(gè)區(qū)域。其中時(shí)間設(shè)置部分用于調(diào)整預(yù)報(bào)作業(yè)的預(yù)熱期和預(yù)見期時(shí)間，模型信息部分用于顯示或修改預(yù)報(bào)作業(yè)中使用的模型及模型參數(shù)，結(jié)果顯示部分用雨洪過(guò)程線的方式顯示預(yù)報(bào)結(jié)果。使用“預(yù)見期雨量”功能可對(duì)實(shí)測(cè)降雨量值進(jìn)行修改，也可輸入未來(lái)降雨量估計(jì)值，如下圖界面所示：?治捕詁(S0II5000)柞確怔眼尹州站廉Jg尹州站廉Jg方集占缸口fiW1139OJ>)?刖扯■EMi&oiisoo&ia)■+益J3LA5.3O戎平IEB叔丁冋?酈□金:嗚IfeKlMi咖USE占平樂1兇&皿50>)I5K占I育鼻:褲出:i聞空#豪|穆理枝戀匕財(cái)童面雨掘］即雨盟|時(shí)同一KH133MBO113TW^115QW|aowsowE060T3M旳61—SMK-OB-OT<B;DOQ上O.O0-00.00.0孔Dl30CE-OB-07O3：M0.00.00.00?00.00.02005-0&-0620;M0,00,00』0,0①D2WEK巧14：MQ?0Q.QQ.QQ.QQ.V書?02MSP4洶ee：bd0_l1,S0-ttz3.^2SK6-0B-<6陽(yáng)000.31.3CLO0.03啟SOS0C6P4M20:00o.al.S0』14.13.B孔Ci20C6P&■俑14：007a21.30-00,03.Smo3MHEF<?：MM.8IS.59.13.534.B6A3306-06-05伽：00d■右3.1655.234.6Ou3”*2]0?江□(90113300)江□(90113300)時(shí)間ri*|訥訕14;005.007-0720：0Q0-00?-0602;000.007-06嫁加0,0C7-0EIdsiXi1九d.07-0e20:000,407-0002:000-7OT-OPOS：009,7Q7-0R[d：0015.007-0930：W3.507-1002：00乩307-10OSMO19.207-1014：W乩Q07-1020：000.30T-11022M0-307-11CS^iXi0-307-11ldzMi0-007-1120：Ml5,007-1202]M0007-1214:000-007-12S&2000.007-1302:000.0OT-130^：W0u007-1314:000.007-1330:00OuO07-1402:000.0K.OD2D.IKK.OOsmT/TTJ*7/LS■11—S^rEffi丄gfc肝間77, 4/11站藪..-.-i—?；"：圖07.10進(jìn)行作業(yè)預(yù)報(bào)時(shí)降雨量模擬示例系統(tǒng)提供的實(shí)時(shí)校正功能可依據(jù)預(yù)報(bào)時(shí)間前的預(yù)報(bào)過(guò)程和實(shí)測(cè)過(guò)程的誤差系列，對(duì)預(yù)報(bào)時(shí)間后的預(yù)報(bào)過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)校正。2)預(yù)報(bào)成果優(yōu)選是在多預(yù)報(bào)員、多單位的預(yù)報(bào)成果基礎(chǔ)上，結(jié)合專家經(jīng)驗(yàn)選出最優(yōu)的預(yù)報(bào)成果，以供對(duì)外發(fā)布。如下圖所示：

界面上以圖形方式顯示實(shí)測(cè)過(guò)程（圖中黑色