一种防汛决策支持方法、电子设备、存储介质及系统与流程

本发明涉及城市防洪减灾领域，尤其涉及一种防汛决策支持方法、电子设备、存储介质及系统。

背景技术：

近年来，随着城市化进程的加快和全球气候变暖，城市洪涝灾害发生频率高，我国汛期“城市看海”已成常态，社会经济损失巨大，城市洪涝灾害已成为制约社会经济可持续发展的瓶颈。如何提高洪涝灾害预测、预警与应急响应，最大限度降低城市洪涝灾害损失，协同社会合力实现防灾减灾成为当前研究热点，国家发布的《水利改革发展“十三五”规划》中明确提出了提高城市防洪排涝能力的重点任务，要求加强城市预警系统建设，提高暴雨、洪水预测预报的时效性和准确率，完善排涝和防洪应急预案，加强城市内涝和洪水风险管理，增强群众防灾避灾意识，最大限度减轻灾害损失，《“十三五”水利科技创新规划》中亦提出发展“城市洪涝预警、调度及综合防控技术”要求。目前，关于城市洪涝灾害预报预警研究，国内外同类或相近的成果主要有：在洪水计算分析模型和方法上，主要有dhi-mike、infoworks、swmm等商业模型，由于源代码的“黑箱”、相关计算接口的限制和城市实时防汛的复杂性，洪水计算分析的商业模型主要应用于规划设计的水利计算，很难应用于城市实际防汛决策中；在洪水监测预警软件上，主要有各级省市的防汛指挥平台、监测预警平台等，主要侧重于对城市实时水雨工情信息的监测，并根据监测数据和预警阈值的对比发出预警，经验性较强并且缺乏一定的预见期；在洪涝风险关注指标上，主要以淹没水深、淹没范围等水利对象为主，没有突出城市的社会化属性。

针对国内城市洪涝灾害预报预警能力低、应急管理薄弱等问题，结合城市防汛实际过程中的应急调度、抢险救灾等需求，提出一种防汛决策支持方法、电子设备、存储介质及系统。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种防汛决策支持方法、电子设备、存储介质及系统，高效集成预报降雨时空分配、产汇流计算、潮位预报、河网水动力计算、漫滩处理的洪水预报模型，将现代防汛感知体系与洪水预报模型技术相结合，构建多场景动态仿真方法，提高洪水预判预报的时效性与准确性；提供洪水风险图绘制与出图、洪水影响分析、汛情分析报告、洪水方案比选功能，并通过多渠道发布洪水风险信息，为防汛决策提供技术支持；在传统水利关注对象的基础上，进一步构建居民居住、公共交通、基本保障、重要场所、危险对象以及易受灾代表点六大类城市洪水风险对象，洪涝风险分析成果紧扣城市防汛实际需求，提高洪涝风险预判预报成果的社会化属性。

本发明提供一种防汛决策支持方法，包括以下步骤：

分析洪水影响，根据洪水风险预判预报结果分析洪水的社会影响和经济影响，得到洪水影响分析结果，所述分析洪水影响包括构建洪水风险对象，所述洪水风险对象包括居民居住、公共交通、基本保障、重要场所、危险对象、易受灾代表点；

分析汛情，根据所述洪水风险预判预报结果与所述洪水影响分析结果分析汛情，得到汛情分析结果；

比选方案，根据所述洪水影响分析结果和所述汛情分析结果，比选出对城市总体影响最低的方案；

发布信息，若干渠道发布洪水信息，所述洪水信息包括所述洪水风险预判预报结果、所述洪水影响分析结果、所述汛情分析结果。

进一步地，在所述步骤分析洪水影响之前还包括步骤城市洪水风险预判预报，所述城市洪水风险预判预报包括以下步骤：

建立现代防汛感知体系，所述现代防汛感知体系实时读取、转化、存储雨水工情信息，所述雨水工情信息包括水情信息、雨情信息、潮位信息、水库工情信息、泵站工情信息、闸门工情信息；

洪水预报，获取洪水预报模型，所述洪水预报模型读取所述雨水工情信息进行洪水预报；

动态仿真，动态仿真暴雨场景和调度场景，建立历史典型暴雨场景库，采用总量控制和时空相似方法仿真所述暴雨场景，建立水利工程调度模型库仿真所述调度场景。

进一步地，所述洪水预报模型包括预报降雨时空分配模型、产汇流计算模型、潮位预报模型、河网水动力计算模型、漫滩处理模型。

进一步地，在所述步骤城市洪水风险预判预报之前还包括步骤划分防汛工作场景，所述防汛工作场景包括降雨来临前、降雨来临时、降雨来临后；所述降雨来临前的防汛决策支持方法为根据所述雨水工情信息和气象预报信息预判洪水风险；所述降雨来临时的防汛决策支持方法为根据所述雨水工情信息和气象预报信息动态仿真所述调度场景，比选出对城市总体影响最低的方案；所述降雨来临后的防汛决策支持方法为根据所述雨水工情信息和潮位信息进行退水预报及洪水影响分析。

一种电子设备，包括：处理器；存储器；以及程序，其中所述程序被存储在所述存储器中，并且被配置成由处理器执行，所述程序包括用于执行上述一种防汛决策支持方法。

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行上述一种防汛决策支持方法。

一种防汛决策支持系统，包括信息感知层单元、数据服务层单元、应用支撑层单元、业务应用层单元，所述信息感知层单元为所述数据服务层单元提供实时信息，所述数据服务层单元为所述应用支撑层单元提供数据服务，所述应用支撑层单元为所述业务应用层单元提供计算和数据访问的支持；

所述信息感知层单元实时采集雨水工情信息，所述雨水工情信息包括水情信息、雨情信息、潮位信息、水库工情信息、泵站工情信息、闸门工情信息；

所述数据服务层单元由数据库组成，所述数据库包括综合信息数据库、模型数据库、洪水风险评估数据库、综合管理数据库；

所述应用支撑层单元包括gis引擎、基础组件、工作流及表单定制引擎、水文计算模型、水利计算模型；

所述业务应用层单元包括城市洪水风险预判预报子系统和防汛决策支持子系统，所述城市洪水风险预判预报子系统用于对城市的洪水风险进行预判和预报，所述防汛决策支持子系统用于根据城市洪水风险预判预报结果对防汛决策提供支持。

进一步地，所述城市洪水风险预判预报子系统包括现代防汛感知模块、洪水预报模型、多场景动态仿真模块，所述现代防汛感知模块读取、转化、存储雨水工情信息，所述雨水工情信息包括水情信息、雨情信息、潮位信息、水库工情信息、泵站工情信息、闸门工情信息，所述洪水预报模型读取所述雨水工情信息进行洪水预报，得到洪水预报信息，所述多场景动态仿真模块根据所述雨水工情信息和所述洪水预报信息仿真暴雨场景和调度场景。

进一步地，所述防汛决策支持子系统包括洪水风险展示模块、洪水影响分析模块、汛情分析模块、方案比选模块、多渠道信息发布模块，所述洪水风险展示模块用于展示洪水风险图，所述洪水风险图包括淹没水深专题图、淹没历时专题图、道路淹没专题图、堤防危急程度专题图；所述洪水影响分析模块根据所述洪水预报信息和所述雨水工情信息分析洪水影响，得到洪水影响信息，所述洪水影响分析模块包括社会影响分析模块和经济影响分析模块，所述社会影响分析模块用于分析洪水的社会影响，所述经济影响分析模块用于分析洪水的经济影响，所述汛情分析模块根据所述洪水预报信息和所述洪水影响信息分析汛情，得到汛情分析信息；所述方案比选模块根据所述洪水影响信息和所述汛情分析信息比选出对城市总体影响最低的方案；所述多渠道信息发布模块从若干渠道发布洪水信息，所述洪水信息包括所述洪水预报信息、所述洪水影响信息、所述汛情分析信息。

进一步地，所述洪水预报模型包括预报降雨时空分配模型、产汇流计算模型、潮位预报模型、河网水动力计算模型、漫滩处理模型。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

本发明一种防汛决策支持方法及系统，集成预报降雨时空分配、产汇流计算、潮位预报、河网水动力计算、漫滩处理的洪水预报模型，将现代防汛感知体系与洪水预报模型结合，构建多场景动态仿真方法，提高洪水预判预报的时效性与准确性，提供洪水风险图实时绘制、洪水影响分析、汛情分析、洪水方案比选功能，通过多渠道发布洪水信息，为防汛决策提供支持，本发明还涉及一种电子设备和计算机可读存储介质，计算机程序被处理器执行一种防汛决策支持方法，较传统水利关注对象，进一步构建居民居住、公共交通、基本保障、重要场所、危险对象以及易受灾代表点六大类城市洪水风险对象，洪涝风险分析成果紧扣城市防汛实际需求，提高洪涝风险预判预报成果的社会化属性。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明的一种防汛决策支持方法流程图；

图2为本发明的一种防汛决策支持系统示意图；

图3为本发明的一种防汛决策支持系统结构框图；

图4为本发明的多场景动态仿真模块框架图；

图5为本发明的现代防汛感知体系与洪水预报模型结合示意图；

图6为本发明的预报降雨时空分配模型流程图；

图7为本发明的平原调蓄小分区划分示意图。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

一种防汛决策支持方法，如图1所示，包括以下步骤：

分析洪水影响，根据洪水风险预判预报结果分析洪水的社会影响和经济影响，得到洪水影响分析结果，分析洪水影响包括构建洪水风险对象，洪水风险对象包括居民居住、公共交通、基本保障、重要场所、危险对象、易受灾代表点，在一实施例中，分析洪水影响时，在传统水利关注对象的基础上，进一步构建居民居住、公共交通、基本保障、重要场所、危险对象、易受灾代表点六大类城市洪水风险对象，洪涝风险分析成果紧扣城市防汛实际需求，提高洪涝风险预判预报成果的社会化属性，社会影响包括受影响面积、受影响人口数量、受影响道路里程、受影响防洪重点保护对象及代表点、受影响gdp，经济影响包括家庭财产损失、工业资产损失、商业资产损失、农业损失、道路损失、工商业停产损失，采用社会经济要素离散化方法分析洪水影响。分析汛情，根据洪水风险预判预报结果与洪水影响分析结果分析汛情，得到汛情分析结果，在一实施例中，分析汛情的整体形势，包括水雨工情概况、洪水风险分析成果以及洪水影响分析成果。

比选方案，根据洪水影响分析结果和汛情分析结果，比选出对城市总体影响最低的方案。

发布信息，若干渠道发布洪水信息，洪水信息包括洪水风险预判预报结果、洪水影响分析结果、汛情分析结果，在一实施例中，多渠道向社会公众发布洪水信息，如洪水计算分析结果和影响分析结果供水利系统、城管系统、城建系统、规划局使用，道路、下穿立交、居民小区的洪水影响分析结果供保险业向车辆、房屋保险参保人发布险情信息，以减少洪水损失和保险公司赔付成本。

在一实施例中，优选地，在步骤分析洪水影响之前还包括步骤城市洪水风险预判预报，城市洪水风险预判预报包括以下步骤：

建立现代防汛感知体系，现代防汛感知体系实时读取、转化、存储雨水工情信息，雨水工情信息包括水情信息、雨情信息、潮位信息、水库工情信息、泵站工情信息、闸门工情信息；

洪水预报，获取洪水预报模型，洪水预报模型读取雨水工情信息进行洪水预报，优选地，洪水预报模型包括预报降雨时空分配模型、产汇流计算模型、潮位预报模型、河网水动力计算模型、漫滩处理模型，预报降雨时空分配模型将气象预报的降雨信息转化为各产流分区逐时降雨信息，产汇流计算模型根据降雨信息和下垫面类型分别计算产流和汇流，潮位预报模型通过增水关系调整天文潮位预报成果，河网水动力计算模型采用一维非恒定流模型描述水流在明渠中的运动；漫滩处理模型采用堰流公式模拟漫溢的水量。

动态仿真，动态仿真暴雨场景和调度场景，在一实施例中，为满足城市洪水风险多场景快速分析需求，在建立历史典型暴雨场景库的基础上，采用总量控制、时空相似方法，实现暴雨场景快速仿真，在建立计划模式、指令模式、时间序列控制模式等水利工程调度模型库的基础上，实现工程群调度场景快速仿真，由此实现实时场景与未来场景的快速衔接。

在一实施例中，优选地，在步骤城市洪水风险预判预报之前还包括步骤划分防汛工作场景，将防汛工作场景划分为降雨来临前、降雨来临时、降雨来临后，不同的防汛工作场景对应不同的防汛决策需求，降雨来临前的防汛决策支持方法为根据雨水工情信息和气象预报信息预判洪水风险，降雨来临时的防汛决策支持方法为根据雨水工情信息和气象预报信息动态仿真调度场景，比选出对城市总体影响最低的方案，降雨来临后的防汛决策支持方法为根据雨水工情信息和潮位信息进行退水预报及洪水影响分析。

一种电子设备，包括：处理器；存储器；以及程序，其中程序被存储在存储器中，并且被配置成由处理器执行，程序包括用于执行上述一种防汛决策支持方法；一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行上述一种防汛决策支持方法。

一种防汛决策支持系统，如图2所示，在一实施例中，系统的开发与集成采用b/s结构，系统包括信息感知层单元、数据服务层单元、应用支撑层单元、业务应用层单元，信息感知层单元为数据服务层单元提供实时信息，数据服务层单元为应用支撑层单元提供数据服务，应用支撑层单元为业务应用层单元提供计算和数据访问的支持。

信息感知层单元实时采集雨水工情信息，雨水工情信息包括水情信息、雨情信息、潮位信息、水库工情信息、泵站工情信息、闸门工情信息，信息感知层单元为洪水计算和分析提供实时信息。

数据服务层单元由数据库组成，数据库包括综合信息数据库、模型数据库、洪水风险评估数据库、综合管理数据库，综合信息数据库存储区域的基础地理信息、水雨工情信息、水文信息、洪水资料信息、社会经济信息、构筑物信息、工程调度信息；模型数据库包括洪水计算成果数据库和模型配置数据库，洪水风险评估数据库存储洪水影响评估信息；综合管理数据库存储方案管理信息和系统管理信息。

应用支撑层单元包括gis引擎、基础组件、工作流及表单定制引擎、水文计算模型、水利计算模型，gis引擎用于浏览地图、查询信息、统计分析；基础组件包括数据压缩组件、加密组件、消息处理组件；水利模型采用webservice技术为洪水计算和分析提供支持。

业务应用层包括城市洪水风险预判预报子系统和防汛决策支持子系统，城市洪水风险预判预报子系统用于对城市的洪水风险进行预判和预报，防汛决策支持子系统用于根据城市洪水风险预判预报结果对防汛决策提供支持。

在一实施例中，优选地，如图3所示，城市洪水风险预判预报子系统包括现代防汛感知模块、洪水预报模型、多场景动态仿真模块，现代防汛感知模块读取、转化、存储雨水工情信息，雨水工情信息包括水情信息、雨情信息、潮位信息、水库工情信息、泵站工情信息、闸门工情信息，洪水预报模型读取雨水工情信息进行洪水预报，得到洪水预报信息，多场景动态仿真模块根据雨水工情信息和洪水预报信息仿真暴雨场景和调度场景，优选地，洪水预报模型包括预报降雨时空分配模型、产汇流计算模型、潮位预报模型、河网水动力计算模型、漫滩处理模型，如图4所示，为满足城市洪水风险多场景快速分析需求，在建立历史典型暴雨场景库的基础上，采用总量控制、时空相似方法，实现暴雨场景快速仿真，在建立计划模式、指令模式、时间序列控制模式等水利工程调度模型库的基础上，实现工程群调度场景快速仿真，由此实现实时场景与未来场景的快速衔接。

在一实施例中，如图5所示，通过雨量测站遥测系统定时将各雨量测站的数据传回服务器，程序自动判断该时刻有效传回数据的测站，剔除该时刻数据传输出现故障的测站，对有效测站构建泰森多边形后，结合各产流分区图层进行空间分析计算得到该时刻各产流分区的雨量站权重系数，将该时刻传回的点雨量数据转化为各产流分区的面雨量数据，并存入数据库，通过雨情感知程序的运行，在防汛过程中实时将雨量测站监测数据转化为洪水预报模型所需的产流分区面雨量格式，并存入数据库中，供洪水预报模型读取。

在一实施例中，如图6所示，预报降雨时空分配模型包括采集模块和逐小时降雨处理模块，采集模块采集地区历史洪涝灾害的降雨信息和典型的降雨信息，选择按流域或区域分配的方法，设定降雨预报的起始时间，对本场降雨进行时空分配，逐小时降雨处理模块将采集模块采集的信息和气象预报的流域或区域降雨信息处理为各产流分区逐小时降雨信息。

在一实施例中，产汇流计算模型为河网水动力计算模型提供流量上边界和净雨上边界，包括产流计算模块和汇流计算模块，产流计算模块根据不同的下垫面采用不同的产流计算方法计算产流，下垫面包括水田、水面、城镇、旱地及非耕地。

在一实施例中，汇流计算模块用于计算进入平原区的洪水流量，汇流分为坡面汇流、山区河道汇流、平原河网汇流，采用“瞬时单位线法”、“推理公式法”，再通过马斯京根法进行河道汇流演算，得到进入平原区的洪水流量；潮位预报模型包括引潮力分析模块和增水关系分析模块，引潮力分析模块用于天文潮位预报，增水关系分析模块用于矫正天文潮位，通过对引潮力的分析，可认为引潮力是由许多不同周期的振动迭加起来的，则实际海面升降也是由许多不同周期的振动迭加而成的，故潮位高度为：

式中，v为格林威治天文相角；v0为t＝0时刻的ν值；s0为长期平均海水位高度；h和g为实际潮汐分潮的调和常数，反映了海洋对该频率外力的响应，这种响应决定于海洋本身的动力学性质；由于河流出海口的潮位主要受上游来水影响，而风暴等天文气象因素影响时间较短，汇流计算模块主要研究径流产生的增水，通过历年的降水资料、流量资料及河流节制闸放水过程与实测潮位进行相关性分析，对天文潮位预报成果进行校正。

在一实施例中，河网水动力计算模型采用一维非恒定流模型描述水流在明渠中的运动，基本方程为圣维南偏微分方程组，其中包括连续方程和动力方程：

连续方程：

动力方程：

式中：q为河道旁侧入流(m³/s)；bt为调蓄河宽(m)；z为断面水位(m)；q为流量(m³/s)；k为流量模数。

在一实施例中，漫滩处理模型包括分区模块和水流漫溢模拟模块，分区模块根据线状地物分割平原分区形成平原调蓄小分区，线状地物包括河网水系堤防和路网，水流漫溢模拟模块模拟平原调蓄小分区的水流漫溢情况，随着平原河网水位的升高且超过岸顶高程时，洪涝水将漫溢到平原陆域,如图7所示，水系堤防和道路将平原片区分割为a、b、c、d四个平原小分区,根据各平原小分区地形图及调查资料，分片制定水位与库容的关系曲线，用以模拟漫滩情况下各小片区对洪涝水的调蓄作用。

在一实施例中，优选地，防汛决策支持子系统包括洪水风险展示模块、洪水影响分析模块、汛情分析模块、方案比选模块、多渠道信息发布模块，洪水风险展示模块用于展示洪水风险图，洪水风险图包括淹没水深专题图、淹没历时专题图、道路淹没专题图、堤防危急程度专题图；洪水影响分析模块根据洪水预报信息和雨水工情信息分析洪水影响，得到洪水影响信息，分析洪水影响时，在传统水利关注对象的基础上，进一步构建居民居住、公共交通、基本保障、重要场所、危险对象、易受灾代表点六大类城市洪水风险对象，洪涝风险分析成果紧扣城市防汛实际需求，提高洪涝风险预判预报成果的社会化属性，洪水影响分析模块包括社会影响分析模块和经济影响分析模块，社会影响分析模块用于分析洪水的社会影响，经济影响分析模块用于分析洪水的经济影响，如社会影响分析模块分别计算受影响面积、受影响人口数量、受影响道路里程、受影响防洪重点保护对象及代表点、受影响gdp，经济影响分析模块用于计算经济损失，经济损失包括家庭财产损失、工业资产损失、商业资产损失、农业损失、道路损失、工商业停产损失，汛情分析模块根据洪水预报信息和洪水影响信息分析汛情，得到汛情分析信息；方案比选模块根据洪水影响信息和汛情分析信息比选出对城市总体影响最低的方案；多渠道信息发布模块从若干渠道发布洪水信息，洪水信息包括洪水预报信息、洪水影响信息、汛情分析信息。

以上，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上而顺畅地实施本发明；但是,凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时,凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。