洪水预报系统——金水

4.74.7 洪水预报系统洪水预报系统 综合考虑招标书中的需求，我们推荐使用“中国洪水预报系统”作为本项 目中的洪水预报软件。 “中国洪水预报系统”是在财政部和国家防办的支持下， 由水利部水利信息中心联合国内其他单位研制开发的洪水预报软件。 系统结合我 国的实际情况，基于统一的实时水情数据库、预报专用数据库和客户 /服务器环 境，采用规范、标准、先进的软硬件环境及模块化、开放性结构，建立常用预报 模型和方法库，能方便地加入新的预报模型，快速地构造多种类的预报方案，具 有人工试错和自动优选相耦合的模型率定系统， 可用图形和表格方式干预任何过 程的实时交互预报系统，提供通用的数据预处理模块和常用的实用模块，以及完 整的预报系统管理功能。系统具有通用性强、功能全面、操作简便等特点，完全 可以满足招标书中关于洪水预报软件的要求。 4.7.14.7.1 洪水预报关键技术洪水预报关键技术 要建设方便实用，预报精度满足要求的洪水预报系统，我们认为需要解决 以下关键技术： 1)1)预报模型库的建立预报模型库的建立 预报模型是预报系统的核心，预报系统各模块均是围绕预报模型而开发， 通用的洪水预报系统必具有通用的预报模型库，目前在实时洪水预报方面，比较 实用的是确定性概念模型，按照模拟的对象不同可分为河道汇流模型、流域产流 模型、流域汇流模型、经验模型等。 预报模型库要解决以下问题：一是通用的预报模型库标准数据接口。模型 所需数据包括输入数据、输出数据、模型参数、模型状态等，不同种类模型需要 不同种类数据，能否设计提出一通用的标准数据接口是建立预报模型库的关键； 二是预报模型库的管理， 主要是预报模型的调用、 运行， 以及修改和删除等功能； 三是用户可任意在预报模型库中增加所开发的模型， 即预报模型库具有很强的扩 展性。 2)2)预报方案的构建预报方案的构建 预报方案是对预报目标的具体实现，是预报模型在模拟区域的具体应用。 预报方案应包含预报对象、预报要素、根据站点、选用模型、模型参数、方案评 定等。由于预报对象所处的河段、流域和洪水千差万别，根据站点类别、信息种 类不同， 造成预报方案因预报对象不同而不同，因此提出一通用的构建技术构建 不同的预报方案是问题的关键。 3)3)通用的模型参数率定通用的模型参数率定 参数率定好坏直接影响到预报方案的精度。模型参数率定工作要求的专业 性很强，需要具有深厚的相关理论知识和实践经验， 。解决的关键在于开发出人 工试错和自动优选相耦合，多模型、多参数自动优选，友好的率定平台，使系统 能简便、快捷、高效地完成模型参数率定工作。 4)4)实时交互式预报实时交互式预报 预报员的丰富经验及综合分析是提高预报精度的保证。实时交互式预报就 是把过去只能由预报员人工进行的洪水预报结果的综合分析功能纳入到洪水预 报系统， 依据有经验的预报员的分析、确定预报的思路来建立对预报结果进行交 互分析的基本模式。 其关键问题在于能否把预报员的各种综合分析手段以计算机 人机交互界面的方式表现，使预报员方便地进行交互分析。 “中国洪水预报系统”在涉及时对以上关键技术进行了深入研究，并分别 实现了有针对性的解决方案。 4.7.24.7.2 洪水预报流程洪水预报流程 洪水预报流程大体分为两大步骤： 1) 制作预报方案 根据预报任务，及时收集降雨、蒸发、水位、流量等有关资料，根据洪水的 形成规律和特点， 建立由当前采集的水文信息推算未来洪水大小和出现时间的一 整套计算方法， 即洪水预报方案，例如降雨径流预报方法中的产流预报方案和汇 流预报方案。 为了保证预报精度和可靠性，必须对制作的预报方案按允许误差标 准进行评定和检验。 2) 进行作业预报 对正在发生洪水的地区进行水文气象观测， 并通过报汛设备传送到预报中心， 运行制作好的预报方案分析计算即将发生的洪水大小、出现时间等，并及时提供 给防汛指挥部门、社会公众，为抗洪减灾决策提供科学依据。为了提高预报制作 的时效性和预报成果的精度，常常把遥感、遥测、信息传输和计算机运算联成一 个系统， 由计算机根据实测数据直接按存储的实时预报方案程序自动算出预报结 果。 总体预报流程如下图所示： 图 4.7.1 洪水预报流程图 4.7.34.7.3 系统功能描述系统功能描述 4.7.3.14.7.3.1 系统管理系统管理 系统管理提供用户管理、模型管理、方案管理、水位流量曲线、自动预报、 站点管理、图层管理、预报数据管理、数据库设置等功能。 1) 用户管理 用户分为系统管理员用户和预报员两种角色类型，用户必须登陆且通过系 统认证才能使用本系统。用户管理提供修改密码、修改用户名、增加用户、删除 用户等功能，其中增加用户、删除用户只有系统管理员才有权限进行操作。系统 示例界面如下图所示： 图 07.2 用户管理界面示例图 2) 模型管理 模型管理用于对预报系统中使用中的模型进行管理，提供增加模型、删除 模型、保存模型等功能。系统支持的模型类型包括流域产汇流模型、流域产流模 型、流域汇流模型、河道汇流模型、经验模型五种。 系统界面示例如下图所示： 图 07.3 模型管理界面示例图 3) 方案管理 方案管理用于定制洪水预报方案， 提供的功能包括： 方案修改、 方案分配、 方案输出、方案输入、方案压缩等。每个预报方案可包括方案说明、预热期、计 算时段长、预见期、输出类型、告警水位、告警流量、水位流量关系、是否显示 区域输入边界等属性，同时还可为方案设置不同的雨量计算方法，设定使用的模 型及参数等。 方案构建完成后系统提供方案输出功能，预报员可通过选用不同的 方案或通过调整方案的参数来获得多种预报结果。 系统示例界面如下图所示： 图 07.4 方案管理示例图-主菜单和界面 图 07.5 方案管理示例图-方案属性修改 4) 自动预报 系统提供自动预报功能，当将系统设置为自动预报状态时，系统将依据方 案管理中所设定的预报方案、 预报顺序等设置逐时自动启动预报。 系统还提供 “是 否自动校正” 、 “是否自动发布”等选项，当设置为自动校正状态时，系统将自动 按照预报成果和实际发生的成果进行精度分析，实现预报成果的实时校正；设置 为自动发布状态时，系统保存自动预报结果，则该预报方案在运行完成后，系统 自动发布预报结果，结果发布时，界面上将显式区分预报过程和实测过程。 系统界面示例如下图所示： 图 07.6 自动预报界面示例 5) 预报数据管理 预报数据管理用于管理中间预报成果、最终预报成果和模型状态三类数据。 6) 其他系统管理功能 系统提供站点管理、图层管理、水位流量关系曲线管理等功能，用于对预 报涉及到的边界条件数据进行管理。 下图为水位-流量关系曲线的管理界面示例： 图 07.7 水位流量关系管理界面示例 4.7.3.24.7.3.2 预报方案制作预报方案制作 预报方案制作是中国洪水预报系统的重要组成部分。它包括预报方案构建、 历史资料处理、 模型参数率定等功能。预报方案构建功能可通过人机界面构建相 关图预报方案、水文模型预报方案，通过人机界面输入、定制预报方案的各要素 值。历史资料处理功能用于输入、转录、检查、修改用于制作洪水预报方案的历 史水文资料。 模型参数率定功能可通过人工试错