城市河涌防洪排涝动态预报控制方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于水利工程领域，具体涉及防洪排涝动态预报控制方法及系统，特别是 用于城市河涌防洪排涝的动态预报控制方法及系统。
【背景技术】
[0002] -直以来，河涌防洪排涝水面线及出口流量实时预报是河涌整治设计与管理中的 重点难点问题。而现有传统的预报计算方法往往存在以下问题:首先，传统设计洪水计算一 般采用推理公式法和综合单位线法，这两种方式是推算设计洪水的常规方法，应用较广泛， 但其主要适用于天然河道，而对于城市河涌，由于城市化的下垫面与自然地貌差异较大，暴 雨产汇流过程复杂，传统方法往往预报不准;其次，传统设计洪水计算往往将防洪与排涝计 算割裂开，独立进行计算，排涝计算时仅考虑河涌的涌容，忽略内河涌行洪水位的变化及排 涝过程的动态性合。对于城市河涌，由于流域较小，洪水和内涝都是由本地降雨所产生，河 涌防洪关注河涌行洪水位及断面过流能力，排涝关注河涌向外江的排水问题即栗站的装机 容量，这两者相互关联，应当统筹考虑。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是针对以上要解决的技术问题，提供一种有效的、预报准确的城市 河涌防洪排涝动态预报控制系统。
[0004] 为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
[0005] -种城市河涌防洪排涝动态预报控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0006] (1)采集流域内的实时雨量数据；
[0007] (2)使用GPRS通讯进行传输和接收所述实时雨量数据；
[0008] (3)根据卫星图片确定下垫面类型，再根据所述下垫面类型与CN经验取值表，查得 各区域的CN值；
[0009] (4)基于流域降雨-径流模型计算洪水流量:利用采集的实时雨量数据P作为输入 条件，利用卫星图片提取下垫面类型确定CN值，将两个参数输入以下流域降雨-径流模型， 通过降雨-径流关系公式计算洪水流量Q:
[0010]
[0011] 其中，S为流域当时的可能最大滞留量，
[0012]
[0013] (5)基于耦合水闸过流、栗站排水的河涌一维水流数学模型，计算预报水面线及栗 站排水流量，所述一维水流数学模型为一维非恒定流圣维南方程组，对其进行求解，并基于 地形剖分河道河床断面，计算水力半径，再利用孔口自由出流公式及堰流公式计算水闸过 流，实现孔口自由出流到堰流的连续计算，最后设置流量节点控制栗的抽水流量，对栗站排 水进行耦合计算；
[0014] (6)对河涌行洪排涝水文参数的量进行实时预报:通过上述步骤(5)建立的一维水 流数学模型计算，实时输出河涌洪水流量、河涌各位置的水位及栗站的排水流量。
[0015] -种城市河涌防洪排涝动态预报控制系统，其特征在于，包括如下模块：
[0016] 数据采集模块，其包括相连的雨量计和数据存储器，用于采集并储存实时雨量数 据；
[0017] 数据传输与接收模块，其包括相连的通讯模块和数据接收器，用于接收所述数据 存储器输出的实时雨量数据；
[0018] 防洪排涝预报模块，其包括洪水量预报模块、河涌洪水流量预报模块、实时水位预 报模块和栗站流量模块，从而基于流域降雨-径流模型计算洪水流量;以及
[0019] 预报成果输出模块，用于实时输出经由防洪排涝预报模块得到的河涌洪水流量数 据、实时水位预报数据和栗站流量数据。
[0020] 优选地，所述数据存储器还包括与之相连的蓄电池，以及为蓄电池捕获太阳能的 太阳能板。所述数据存储器还包括无线数据输出模块，用于输出实时雨量数据。
[0021] 所述通讯模块优选为GPRS通讯模块，所述数据接收器包括电连接的接收天线、电 台、计算机和稳压电源。
[0022] 与现有技术相比，本发明的有益效果是:本发明考虑了不同下垫面的变化条件，通 过实时采集河涌降雨量数据，输入流域降雨-径流模型，计算得到河涌洪水流量，再将洪水 流量作为边界输入耦合水闸、栗站的河涌一维水流数学模型系统，计算综合考虑闸栗联合 调度的防洪水面线、河涌过流能力及栗站排涝能力，实现河涌洪水流量、行洪水面线、沿程 水位、栗站排水流量的实时预报，本发明的方法及系统能够有效、准确地动态预报城市河涌 防洪排涝情况，有利于城市河涌的管理、设计。
【附图说明】
[0023] 图1为本发明方法的步骤流程及系统模块示意图；
[0024]图2为模型模拟河道范围示意图；
[0025] 图3为模型连接及断面位置示意图；
[0026] 图4为河涌出口流量过程预报图；
[0027] 图5为河涌行洪水面线预报图；
[0028] 图6为河涌闸上、闸下水位及栗站流量预报图。
【具体实施方式】
[0029]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步的说明，但本发明的保护范围并 不限于以下实施例。
[0030] 本实施例以惠州市望江沥河涌作为示例，开展城市河涌防洪排涝动态预报控制。
[0031] 如图1所示，该城市河涌防洪排涝动态预报控制系统包括数据采集模块，所述数据 采集模块包括相连的雨量计和数据存储器。通过雨量计采集实时雨量数据，该实时雨量数 据被存储于数据存储器中。优选地，所述数据存储器还包括与之相连的蓄电池，以及为蓄电 池捕获太阳能的太阳能板。所述数据存储器还包括无线数据输出模块，用于输出实时雨量 数据。
[0032] 本发明的城市河涌防洪排涝动态预报控制系统还包括数据传输与接收模块，所述 数据传输与接收模块包括相连的通讯模块和数据接收器。所述通讯模块优选为GPRS通讯模 块，所述数据接收器包括电连接的接收天线、电台、计算机和稳压电源。通过GPRS通讯模块， 数据接收器接收到数据存储器输出的实时雨量数据。
[0033] 本发明的城市河涌防洪排涝动态预报控制系统还包括防洪排涝预报模块。该防洪 排涝预报模块包括洪水量预报模块，从而基于流域降雨-径流模型计算洪水流量。该防洪排 涝预报模块还包括河涌洪水流量预报模块、实时水位预报模块和栗站流量模块。
[0034] 本发明的城市河涌防洪排涝动态预报控制系统还包括预报成果输出模块，该预报 成果输出模块可实时输出经由防洪排涝预报模块得到的河涌洪水流量数据、实时水位预报 数据和栗站流量数据，以供采取防洪排涝相关措施的参考。
[0035] 具体地，本发明的城市河涌防洪排涝动态预报控制方法包括以下步骤：
[0036] 1、雨量数据采集
[0037] 采集流域内的实时雨量数据，采集装置包括雨量计，可将采集得到的实时雨量数 据存储于数据存储器中。
[0038] 2、数据传输与接收
[0039] 使用无线通讯，特别是GPRS通讯，将步骤1得到的实时雨量数据传输至数据接收 器。该数据接收器可包括接收天线、电台、计算机和稳压电源等组成。
[0040] 3、基于流域降雨-径流模型计算洪水流量，从而预报洪水流量。
[0041 ]所述流域降雨-径流模型是小流域设计洪水模型，该模型对流域降雨-径流过程进 行模拟，该模型的降雨-径流关系的最终表达式为：
[0042]
[0043] 式中，Q为径流量(mm)(洪水流量）；P为降雨总量(mm)(实时雨量数据）；S为流域当 时的可能晶女滞留量槌型设i+者弓丨入下忒W确宙S，
[0044]
[0045] 该模型中主要的参数包括2个，分别为CN值及总降雨量，式中CN(Curve number，曲 线数)是经验参数。用于描述降雨-径流关系，反映下垫面情况。
[0046] 产流计算须提供2个输入条件:①采集的雨量实时数据(P降雨总量）；②根据卫星 图片确定下垫面的地类类型，再根据以下表1的经验取值，查得各区域的CN值。将2个输入条 件代入到上述流域降雨-径流模型中，计算得到河涌的洪水量。
[0047]表1流域降雨-径流模型的CN值 「nruRl
[0049] 4、基于耦合闸栗联合调度的河涌一维水流模型计算预报水面线及栗站排水流量
[0050]