洪水资源优化调度系统软件分析说明书_洪水调度系统操作手册

2020-02-27 其他范文下载本文

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洪水资源优化调度系统说明书

一：背景

水环境是地球资源环境的重要组成部分，是人类社会赖以生存的不可替代的重要基础，在保障人类社会可持续发展中具有不可替代的作用。但随着人口的不断增加和社会经济的迅速发展，水资源短缺已经成为水环境问题的一个非常突出的问题。由于人类社会对水资源的需求越来越大，水资源供给越来越呈现出严重短缺的局面，充分利用降水（包括降雨和降雪）成为解决水资源短缺的重要途径。

我国地处北半球欧亚大陆的东南部，由于受季风气候的影响，降水主要集中在夏秋两季。在我国大部分地区，每年的6月份到9月份属于汛期，只有四个月的时间，但这四个月的降水量通常却占到全年降水量的60%到80%，连续丰水年或连续枯水年的现象在我国大部分地区都较为常见。由于汛期降雨产生的大部分地表径流形成了洪水，使得洪水成为水资源的重要组成部分。但由于降雨量和径流量在不同年份和不同的地理位置的变化较大，使得我国水资源供需矛盾更加突出。就山东省而言，由于人口众多，经济社会发展迅速，水资源需求加大，现有水资源已远远不能满足需要，呈现严重短缺，并逐渐加剧。在较长的时期内，防洪安全、水资源安全和生态系统安全，是制约我省经济社会进一步向小康目标发展的瓶颈因素。这种水资源日趋匮乏的局面，要求我们必须更有效地利用洪水资源。

在优先保证防洪安全的前提下，利用防洪工程和先进技术手段，实施洪水优化调度，充分利用洪水资源，减少深层地下水的开采，是解决我省水资源矛盾和维护生态系统安全的重要途径之一。尤其对病险防洪工程，实施信息化、科学化调度等非工程安全措施，是保障防洪安全的重要方法。通过实施库河联网防洪调度，流域防洪能力将明显提高，目前部分流域已经具备了实施洪水优化调度的条件。我省的水库大坝、河道堤防等主要水利工程保护着2100多万人口的安全，部分工程还同时承担着城市、乡村生活供水任务。

因此，在水资源日趋匮乏的情况下，开发研究洪水资源优化调度系统，利用先进的技术手段和科学的管理方法，最大限度减轻洪水灾害，同时提高洪水资源利用率，提高防洪工程的综合管理水平，实现传统水利向现代水利、可持续发展水利转变具有重大的经济、社会和生态效益。为此, 根据我省防洪工程实际运用情况和流域、水库特点，提出“洪水资源优化调度系统开发研究”课题。在确保防洪安全的前提下，提高洪水资源利用率，为领导科学决策提供坚实的依据，实现防灾兴利的最大化目标。

总体目标

本项目充分利用现有地理信息资源，对各类基础地理信息和专题信息数据进行整合入库，搭建数字乡镇地理信息综合支撑平台，并结合基层水资源管理的实际情况，搭建贯穿水资源流转各环节的管理系统，促进水资源合理、高效流转。确保对汛期的监测，和及时预警。

建设内容

结合项目示范区实际情况，在借鉴国内外有关技术积累和有益经验的基础上，采集示范区基础地理信息和专题信息，研究水资源综合信息数据库系统，构建数字水资源管理支撑平台，研发水资源流转管理信息系统，并在现实中正常使用。

提交成果及功能实现

水库洪水资源优化调度系统主要完成五大功能：基本信息管理、水雨情遥测、洪水预报、洪水调度、综合信息查询。

1、基本信息管理

对与洪水预报、调度等相关的一系列数据、参数、方法与模型进行存储与管理。

2、雨水情遥测

雨水情遥测是实时洪水预报的基础，实时收集库区降雨、水位、流量等水文资料数据，加工处理后保存到数据库，并能根据实测数据，自动生成时段或年月水位信息、降水信息、流量信息等统计数据，供查询和洪水预报使用。

3、洪水预报

洪水预报子系统能够根据采集的实时雨水情、工情等信息，对未来将发生的洪水做出洪水总量、洪峰流量、峰现时间以及洪水过程等情况的预测；能够参考气象预报成果和专家经验以及未来的可能雨情变化，做出洪水变化的趋势预测与分析。

1、根据流域实时降雨过程或流域周围降雨过程，运用洪水预报模型，推算出水库来水过程线，并存入相应数据库，以供洪水调度使用。可根据数据库中已有的或实时采集的降雨资料(遥测系统提供的资料)，自动进行入库洪水预报作业，也可人工置数，干预洪水预报过程。

2、在地理信息系统平台下，通过遥感图像获取流域的地貌特征信息；研究库区的地貌特征、地质条件、温度等因素与洪水形成的关系，建立洪水预报空间信息模型；同时以采集的实时雨量、蒸发量、水库水位等信息为依据研究修正洪水预报空间信息模型。

3、实际防洪工作中，由于水文现象本身的复杂性和不确定性，很难保证每一次洪水预报都符合要求。系统能够根据输入的地面实际降雨、净雨过程和汇流模型，对洪水预报成果进行实时修正。

4、洪水调度

洪水调度系统按照规定的水库调度原则和控制指标，综合考虑水库来水、蓄水和泄水以及上下游淹没等情况，生成规则调度方案和优化调度方案；并且可以结合决策者的经验，以人机交互方式修改洪水调度方案，对多个洪水调度方案进行优选，提出在保证水库安全情况下，对上下游影响最小的最优调度方案，为防洪决策提供技术支持。该子系统主要完成洪水调度方案生成、方案评价、方案管理、调度成果查询等功能。

5、综合信息查询

在综合数据库的支持下，构建基于Web的综合信息查询系统，提供基于Web的实时水（雨）情、工情状况和汛情等防汛抗旱相关信息的发布。

查询的信息主要包括：（1）预报相关信息

主要包括各种产汇流模型参数的查询和修改；时段雨量数据、日雨量数据、Pa值和各雨量站有效性的查询和修改；各水库实时水位的查询和修改；各水文分区雨量站的维护。另外还包括预报方案成果的保存、查询、输出等功能。

（2）调度相关信息

主要包括水库基本资料的查询；水库特征水位的查询；水库预报与实际流量过程的频率查询；水库调度规则查询；泄流设备的水位-流量关系查询和修改；水库水位-库容关系查询和修改。另外还包括调度方案成果的保存、查询、输出等功能。

（3）基于GIS的信息查询

主要包括实时水雨情信息图上查询和标注，地图放大、缩小及漫游，预报调度成果查询。

系统关键技术

（1）安全登录机制

基于web的水库洪水预报调度系统要取得成功，首先要解决好系统应用程序的安全问题。系统使用加密技术、授权模式和用户权限判断等方法，有效地保证了应用程序的安全。加密技术保证用户信息在网络访问中的安全性；授权机制使得系统管理员根据用户角色授予相应级别的权限，而且权限可以具体到限制用户不能对数据库中某一个表进行操作，如删除、添加等；用户权限判断有效地防止了恶意操作，用户进行删除、修改和添加等操作时，系统自动判断用户是否有效执行的权限。

（2）面向对象的设计技术

系统程序设计选用了面向对象的设计技术，利用面向对象的思想，将水库洪水预报调度处理的事物按对象和数据进行了抽象划分，将基于web的水库洪水预报调度系统划分为5个基本的对象，利用类的继承、动态链接等特性，设计了通用、规范化的基于web的洪水预报调度系统框架。应用系统框架很容易实现软件的重组、移植、扩充，以及在更大范围推广应用。（3）预报误差综合实时校正技术

各种水文预报方案都存在许多误差,要用某种固定的方式或者模型进行数学描述 ,有时无法满足报的需要，还需要根据预报人员的经验，从根本上发现预报结果的偏差 ,作出科学合理的判断和修正.实时修正技术按内容划分 ,可分为模型误差修正、模型参数修正、模型输入修正和综合修正四类.预报子系统根据实时计算误差系列信息 ,综合利用自回归方法、卡尔门滤波、自动控制中的自适应修正等技术 ,建立一种综合性误差修正技术 , 提高洪水预报的精度.同时 ,预报人员可以根据自己的经验 ,对任意一种模型的预报结果过程线直接用鼠标进行修改。

（4）人机交互调度方法

系统设计了良好的人机交互调度界面，易于各级防汛部门参与调度决策过程。各级调度部门决策通过浏览器在web上作业，可以改变水库的泄流，或者用鼠标在图形上修改泄流过程线，反复进行调洪演算，实时、生动生成各种洪水调度方案，并可以对多个方案进行优选评鉴，及时获得准确、详细的防洪调度信息，十分有利于防洪决策分析。

周期建设

整个系统的建设按照周期内有问题定义、可行性分析、总体描述、系统设计、编码、调试和测试、验收与运行、维护升级到废弃等阶段进行划分。从而提高软件的质量。

1．问题的定义和规划。

此阶段是软件开发与需求方共同讨论，主要确定软件的开发目标及其可行性。在这里主要是要自我探究洪水资源优化中要实现功能。2．需求阶段。

对该系统要实现的各个功能要详细分析。要实现的功能在建设内容中已经提到。需求分析是在软件开发中最重要的部分，所需的时间也是最多的。主要是与当地的水利部门协调好，了解防汛防洪的一些常识，学会利用现有的资源制造出最大的收获。占用百分之五十以上。3．软件设计

在此阶段主要是设计出系统的大体框架，数据库的设计等等。一般分为详细设计和总体设计。4．程序编码

在编程的过程中要制定统一的规范，符合书写标准。5．软件测试

整个过程分单元测试、组装测试以及系统测试三个阶段进行。在测试的过程中要建立详细的测试计划。6．运行维护

运行维护在之后的软件周期中持续的时间最长。

经费预算

1．人员成本

列出产品/项目团队每个人的预计工作月数。