一种流域防洪预案优选方法与流程

本发明涉及流域防洪领域，尤其涉及一种流域防洪预案优选方法。

背景技术：

1、预案作为防洪“四预”的最后一步，是整个环节中的关键部分，当前基于云计算、物联网、仿真模拟、数字孪生为代表的信息新技术可通过数字化场景、模拟仿真，演练控制水库水位过程、河道断面洪水过程、城区内涝淹没过程等，为工程调度方案实现优选、制定防洪预案提供了科学依据。然而就现状而言，多数“四预”业务中预案数字化模型的水平较低，仍采用传统的经验性处理方式，未将海量“预演”数据资源进行整理，未利用“水库防洪、河道防洪、城区防涝”三类预案指标对象对工程调度方案进行全覆盖、全在线的评价，因此目前预案的优化及优选还不能满足防洪智能化的需求。

技术实现思路

1、为了利用“水库防洪、河道防洪、城区防涝”三类预案指标对象对工程调度方案进行全覆盖、全在线的评价，以选取出最优的工程调度方案，本发明提出了一种流域防洪预案优选方法，包括步骤：

2、s1：构建预案优选评估模型，所述预案优选评估模型中包括：

3、包含目标层、准则层与指标层的流域防洪安全评估指标体系，所述准则层包含多个准则对象；所述指标层包含各准则对象对应的风险指标；

4、获取各准则对象与各风险指标对应权重的指标权重分配方法；

5、标准化各风险指标的指标标准化方法；

6、通过标准化后的风险指标、各准则对象与各风险指标对应的权重获取流域防洪预案评分值的方案赋分评价方法；

7、s2：基于流域基础地理数据构建流域防洪调度预演模型，其包括：计算非建成区与城区产汇流的水文模型、仿真模拟水体运动的一维排水模型与二维地表径流模型，模拟水库、泵站、闸门、堰的作用与运行情况的水工控制结构模块；

8、s3：建立数据仓，通过数据仓存储预报降雨信息、实时河道水位信息，及工程调度方案、工程调度方案的配置信息、模拟工程调度方案时输入流域防洪调度预演模型的初始数据信息与调用流域防洪调度预演模型后的计算结果；

9、s4:建立系统平台，并实时判断数据仓中预报降雨信息中的降雨量是否大于预设阈值，若是，则通过系统平台基于数据仓中的各套工程调度方案分别调用流域防洪调度预演模型：输入初始数据信息，通过流域防洪调度预演模型模拟工程调度、河道洪水演进、城区内涝淹没，并利用数据仓中工程调度方案的配置信息进行计算，得到各套工程调度方案对应的风险指标值；

10、s5：根据工程调度方案对应的风险指标值利用预案优选评估模型分别计算各工程调度方案对应的流域防洪预案评分值；并根据各流域防洪预案评分值选取最优的工程调度方案。

11、进一步地，所述准则层包含的准则对象包括：水库防洪安全、河道防洪安全与城区防涝安全；

12、所述水库防洪安全对应的风险指标包括：水库水位安全余量、水库泄洪流量、水库堤坝稳定性与水库泄洪环境影响；

13、所述河道防洪安全对应的风险指标包括：河道水位安全余量、河道堤防稳定性与河道泄洪环境影响；

14、所述城区防涝安全对应的风险指标包括：内涝淹没范围、内涝淹没水深及历时、影响人口数量与经济损失。

15、进一步地，所述s2步骤中：

16、计算非建成区产汇流的模型为三水源新安江模型；

17、计算城区产汇流的水文模型采用分布式模型模拟降雨及径流，所述分布式模型基于流域内的子集水区空间划分和各产流特性的表面组成进行径流计算，所述径流计算包括：初期损失计算、产流计算与汇流计算；

18、仿真模拟水体运动的一维排水模型采用的计算引擎为完全求解的圣·维南方程模拟管道、明渠流与压力流算法；仿真模拟水体运动的二维地表径流模型采用二维有限体积法求解浅水流方程组计算区域淹没情况。

19、进一步地，所述数据仓包括：

20、存储预报降雨信息、实时河道水位信息与实时河道流量信息的雨水信息数据库；

21、存储工程调度方案的预案分析数据库；

22、存储工程调度方案的配置信息、模拟工程调度方案时输入流域防洪调度预演模型的初始数据信息与调用流域防洪调度预演模型后的计算结果的计算信息数据库；所述计算结果包括调用流域防洪调度预演模型后计算得到的风险指标值。

23、进一步地，所述工程调度方案的配置信息包括：雨水信息数据库中的降雨信息，水位信息和流量信息；所述初始数据信息包括：历史雨量，预报雨量与实时河道水位信息。

24、进一步地，所述工程调度方案包括水库调度方案与闸泵调度方案；

25、所述水库调度方案中包括：单库调度模型与库群规则调度模型；

26、所述单库调度模型包括四类控制策略：完全自由敞泄、维持汛限水位敞泄、进出库平衡和泄流过程控制；

27、所述闸泵调度方案中包括:闸门启闭状态的设定与泵站流量时间和幅度的调节；

28、所述工程调度方案具体由单库调度模型中的控制策略、库群规则调度模型以及闸泵调度方案组合而成，一种组合对应一个工程调度方案。

29、进一步地，所述s4步骤中：

30、通过流域防洪调度预演模型模拟工程调度，具体为：

31、通过流域防洪调度预演模型中的水工控制结构模块执行工程调度方案中的控制策略、调用库群规则调度模型与闸泵调度方案，得到水库防洪安全对应的风险指标；

32、通过流域防洪调度预演模型模拟河道洪水演进，具体为：

33、基于流域防洪调度预演模型对工程调度方案的模拟，根据洪水在河道主槽及滩地内水深与流速变化演进的过程，对洪水演进过程中洪水淹没范围及灾情损失情况进行分析，并根据水工控制结构模块的执行情况以及计算信息数据库中工程调度方案的配置信息得到河道防洪安全对应的风险指标；

34、通过流域防洪调度预演模型模拟城区内涝淹没，具体为：

35、基于流域防洪调度预演模型对工程调度方案的模拟，仿真城区积水过程，对城区内涝积水的空间分布、淹没水深、时长及淹没过程，对内涝灾害下的影响人口、预估经济损失进行分析，并根据水工控制结构模块的执行情况以及计算信息数据库中工程调度方案的配置信息得到城区防涝安全对应的风险指标。

36、进一步地，所述预案优选评估模型中指标权重分配方法为ahp方法，所述指标标准化方法为模糊综合评价法，所述方案赋分评价方法采用群效用的加法模型；

37、所述s5步骤中，根据工程调度方案对应的风险指标值利用预案优选评估模型分别计算各工程调度方案对应的流域防洪预案评分值，具体为：

38、s51：通过ahp方法获取各准则对象与各风险指标对应的权重；

39、s52：采用模糊综合评价法标准化各风险指标，所述模糊综合评价法采用的标准化公式为：

40、

41、式中，所述正向指标包括：水库水位安全余量、水库泄洪流量、水库堤坝稳定性、河道水位安全余量、河道堤防稳定性；所述逆向指标包括：水库泄洪环境影响、河道泄洪环境影响、内涝淹没范围、内涝淹没水深及历时、影响人口数量、经济损失；为第j个风险指标标准化后的数值，xj为第j个风险指标标准化前的数值，minxj为最小的风险指标，maxxj为最大的风险指标；

42、s53：通过加法模型利用标准化后的风险指标、各准则对象与各风险指标对应的权重获取流域防洪预案评分值；所述加法模型的公式表达式为：

43、

44、式中，u为流域防洪预案评分值，n为风险指标的数量，λi为第i个准则对象的权重，ωij为第i个准则对象中第j个风险指标的权重，为第j个风险指标标准化后的数值，3表示准则对象的数量。

45、进一步地，所述s51步骤中通过ahp方法获取各准则对象与各风险指标对应的权重，具体包括：

46、s511：基于流域防洪安全评估指标体系的层次结构，建立准则层、水库防洪安全、河道防洪安全与城区防涝安全对应的比较矩阵；并基于各比较矩阵依次执行：

47、s5112：获取比较矩阵中每一列的和，得到n个元素的列向量，并获取列向量除以n得到的特征向量w＝[w1,w2,…,wn]t，其中∑wi＝1，wi表示第i个元素的权重；所述元素为准则对象或风险指标；

48、s5113：计算比较矩阵的一致性指标，计算公式为：ci＝(λmax-n)/(n-1)；式中，ci表示一致性指标，λmax表示特征向量中的最大特征值；

49、s5114：通过比较矩阵的一致性指标计算比较矩阵的一致性比率cr，一致性比率cr的计算公式为：cr＝ci/ri，式中，ri为随机一致性指标；

50、s5115：判断一致性比率cr是否小于预设阈值，若否，则重建当前的比较矩阵并返回s5112步骤，若是，则返回s5112步骤开始下一比较矩阵的计算。

51、与现有技术相比，本发明至少含有以下有益效果：

52、(1)本发明通过包含目标层、准则层与指标层的流域防洪安全评估指标体系、获取各准则对象与各风险指标对应权重的指标权重分配方法、标准化各风险指标的指标标准化方法、获取流域防洪预案评分值的方案赋分评价方法构建预案优选评估模型，基于流域基础地理数据构建流域防洪调度预演模型，建立系统平台，并在数据仓中预报降雨信息中的降雨量大于预设阈值时，通过系统平台基于数据仓中的各套工程调度方案分别调用流域防洪调度预演模型，通过流域防洪调度预演模型模拟工程调度、河道洪水演进、城区内涝淹没，得到各套工程调度方案对应的风险指标值，并根据工程调度方案对应的风险指标值利用预案优选评估模型分别计算各工程调度方案对应的流域防洪预案评分值，从而选取出最优的工程调度方案即流域防洪预案，其根据各准则对象对应的风险指标构建预案优选评估模型，并根据流域防洪调度预演模型获取各套工程调度方案对应的风险指标值，并通过预案优选评估模型进行评分，本发明将各个准则对象对应的风险指标值全面参与至方案优选的过程中，极大的提高了流域防洪预案评分值计算的精准性与合理性；

53、(2)本发明通过实时判断数据仓中预报降雨信息中的降雨量是否大于预设阈值，若是，则通过系统平台基于数据仓中的各套工程调度方案分别调用流域防洪调度预演模型，提高了流域防洪预案优选的实时性；

54、(3)本发明通过选取出的最优工程调度方案，调整水工程运行、应急调度、人员防灾避险等应对措施，为流域防洪预案的实施管理提供了科学依据与理论指导。