中小流域多级抗雨能力预警方法
【专利摘要】本发明涉及中小流域多级抗雨能力预警方法，包括以下步骤：根据中小水库参数得到中小水库抗洪能力差算图；根据流域参数得到流域抗雨能力计算表；根据现时水位查询中小水库抗洪能力差算图得到允许最大降雨量，并将允许最大降雨量与多个阈值比较，得到中小水库抗雨预警；根据现时水位查询流域抗雨能力计算表得到流域的允许最大降雨量，并将允许最大降雨量与多个设定值比较，得到流域预警；将中小水库抗雨预警和流域预警通过人机界面进行实时显示。本发明实现在不同特征水位情况下，分析计算水库、河道未来还能够抗御暴雨洪水的能力以及预警；快速准确判断水库可能存在风险，从而指导水库泄洪和采取抢险措施；显著提高中小流域预报预警的时效性。
【专利说明】
中小流域多级抗雨能力预警方法
技术领域
[0001] 本发明涉及抗雨能力预警方法，具体说是一种面向中小流域的多级抗雨能力预警 方法。
【背景技术】
[0002] 中小流域具有流域面积小、河道比降大、汇流时间短、洪水来势凶猛等特点，导致 水库预报的预见期很短，且中小流域管护人员能力参差不齐。因此，不宜采用大型水库的产 汇流模型来进行复杂的预报和调度。
[0003] 中小流域(300~1000km2)防洪最重要的指标就是降雨，那么如何将水库和山洪易 发区的安全与降雨联系起来，急需一种方便快捷、通俗易懂的预警方式来指导流域管理人 员进行防洪抢险，而中小流域的防洪重点就是上游的水库和下游的山洪易发区。
【发明内容】
[0004] 针对上述技术不足，本发明的目的提供中小流域多级抗雨能力预警方法。
[0005] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：中小流域多级抗雨能力预警方法， 包括以下步骤：
[0006] 根据中小水库参数得到中小水库抗洪能力差算图；
[0007] 根据流域参数得到流域抗雨能力计算表；
[0008] 根据现时水位查询中小水库抗洪能力差算图得到允许最大降雨量，并将允许最大 降雨量与多个阈值比较，得到中小水库抗雨预警；
[0009] 根据现时水位查询流域抗雨能力计算表得到流域的允许最大降雨量，并将允许最 大降雨量与多个设定值比较，得到流域预警；
[0010] 将中小水库抗雨预警和流域预警通过人机界面进行实时显示。
[0011] 所述中小水库参数包括:水库的现时水位及其对应的库容、允许达到的最高水位 及其对应的库容、空余库容、径流深。
[0012] 所述流域参数为土壤含水量Wo。
[0013] 所述根据中小水库参数得到中小水库抗洪能力差算图包括以下步骤：
[0014] 根据水库的现时水位得到水库不泄流情况下的允许最大降雨量计算表、以及水库 泄流情况下的允许最大降雨量计算表；
[0015] 将水库不泄流情况下的允许最大降雨量计算表形成现时水位Η~土壤含水量Wo~ 允许最大降雨量P的对应关系图；
[0016] 水库泄流情况下的允许最大降雨量计算表形成允许最高水位下、不同泄量对应的 允许最大降雨量P的对应关系图；
[0017] 两个对应关系图构成中小水库抗洪能力差算图。
[0018] 所述允许最大降雨量计算表包括水库的现时水位及其对应的库容、允许达到的最 高水位及其对应的库容、空余库容、径流深、P+Wo值、允许最大降雨量。
[0019] 所述流域抗雨能力计算表包括当前流域内的现时土壤含水量及其对应的最大土 壤含水量、空余土壤含水量、允许最大降雨量。
[0020] 所述将允许最大降雨量与多个阈值比较，得到中小水库抗雨预警具体为：
[0021] 根据允许最大降雨量与汛限水位的多个阈值比较，得到中小水库的汛限水位抗雨 预警；
[0022] 根据允许最大降雨量与设计水位的多个阈值比较，得到中小水库的设计水位抗雨 预警；
[0023] 根据允许最大降雨量与校核水位的多个阈值比较，得到中小水库的校核水位抗雨 预警。
[0024] 所述将允许最大降雨量与多个设定值比较，得到流域预警具体为：
[0025] 允许最大降雨量与各降雨量阈值比较，得到流域预警；降雨量阈值为当前土壤含 水量至日降水达到饱和状态所需的降雨量。
[0026] 本发明具有以下有益效果及优点：
[0027] 1.本发明基于水量平衡、降雨径流相关及土壤蓄渗的基本原理，提出适合中小流 域洪水预报预警的抗雨能力新概念，从而显著提高中小流域预报预警的时效性。
[0028] 2 .本方法围绕中小流域中涉及的重点中小水库水利工程及山洪灾害易发区作为 研究对象，建立的一种多级抗雨能力预警方法，实现在不同特征水位情况下，分析计算水 库、河道未来还能够抗御暴雨洪水的能力，以及不同级别的预警。再结合气象预报信息，可 以快速准确判断水库可能存在风险，从而指导水库泄洪和采取抢险措施。
【附图说明】
[0029]图1为本发明的水库抗洪能力查算图。
【具体实施方式】
[0030] 下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明。
[0031] 本方法包括以下5部分内容：
[0032] (1)中小水库抗雨能力方法；
[0033] (2)山洪灾害易发区抗雨能力方法；
[0034] (3)中小水库预警方法；
[0035] (4)山洪灾害易发区预警方法；
[0036] (5)中小流域多级抗雨能力预警平台开发。
[0037] 1.中小水库抗雨能力方法
[0038] 所谓水库抗雨能力，就是水库所能承担降雨大小的能力。根据水库当前蓄水状态， 把水库所能拦蓄洪水量换算成流域平均降雨量，即水库允许最大降雨量。水库抗雨能力的 大小与水库的现时水位有关，当水库水位较低时，空库容就较大，水库的抗雨能力就大，反 之就小。
[0039] 在水库的基本资料(如水位~库容关系曲线、坝顶和溢洪道底高程、溢流关系曲线 等）已具备的情况下，可预先将水库各级水位以上的水量(或称允许最大降雨量)可事先绘 制抗洪能力查算图表，应用时可根据当时水库水情、雨情或未来天气预报，迅速地判定未来 水库安全程度，以便及时采取措施，确保水库及下游安全渡汛。
[0040] 1)水库不泄量情况下抗洪能力计算表的制作
[0041 ]在有了水库集水面积、水位~库容关系曲线、降雨径流相关图，并确定了水库允许 最高洪水位后，可计算水库各级水位与不同前期影响雨量情况下的允许最大降雨量，即水 库抗洪能力。如表1中第（1)栏为水库不同的现时水位H;第(2)栏为第（1)栏水位所对应的库 容V;第(3)栏为水库允许达到的最高水位H1;第(4)栏为第(3)栏允许最高水位的相应库容 VI;第(5)栏空余库容为第(4)栏与第（2)栏的库容差;第(6)栏是第(5)栏空余库容W按式
-转化而来的径流深，F为水库面积;第(7)栏是用第(6)栏的径流深R在P+W Q~R降雨 径流相关图上查得值;第(8)栏至第(16)栏的允许最大降雨量是用第(7)栏的数值，按公式P = (P+W〇)-W〇算得的。其中，P为允许最大降雨量，Wo为土壤含水量(前期影响雨量）。
[0042] 表1水库不泄流情况下抗洪能力(允许最大降雨量)计算表
[0043]
[0044] 表2水库泄流情况下抗洪能力(允许最大降雨量)计算表(此表中WQ = 0)
[0045]
[0046] 2)水库泄洪情况下抗洪能力计算表的制作
[0047] 表2中的第（1)栏至第(7)栏计算方法同表1;不同的是用式W泄=0.36At X q泄，将Λ t时间内的泄流量折合成径流深R，R=W?/F;加在不泄流情况下某一水位以上空余库容折合 成径流深R上，得总径流深，然后从降雨径流相关图中，用总径流深查出Ρ+Wo值，即为W Q=0条 件下的允许最大降雨量P值。即表2第(8)~（15)栏所列。其中，W泄为总泄量，c?为泄量(m3/ s) 〇
[0048] 3)水库抗洪能力图的制作
[0049]用表1第（1)栏和(8)~（16)栏在图1的左侧点绘Η~Wo~P相关图；用表2相关数据 在图1的右侧点绘Rf泄~q泄~P泄相关图。图左边为允许最尚水位(包括讯限水位、设计水位、 校核水位)下，不泄流情况下的抗洪能力查算图，将空余库容转换成允许最大降雨量。右边 为允许最高水位下，不同泄量情况的抗洪能力查算图，将空余库容减去泄流总量的差值再 转换成允许最大降雨量。
[0050]抗洪能力计算表和抗洪能力查算图可通过人机界面进行显示。
[0051 ] 2.山洪灾害易发区抗雨能力方法
[0052]山洪灾害易发区的抗雨能力方法与中小水库的抗雨能力方法类似，其中山洪灾害 易发区允许的最大降雨是用土壤饱和度，以及河道警戒水位与保证水位来反映。山洪易发 区抗雨能力的大小与区域内的现时土壤含水量和河道内当前水位有关，当区域内土含或河 道水位较低时，那么能够蓄水的空间较大，区域的抗雨能力就大，反之就小。见表3。
[0053]表3流域抗洪能力计算表
[0055] 3.中小水库预警方法
[0056]本方法构建不同特征水位情况下水库的抗雨能力预警方法，报警级别各自为四 级:分别以蓝色、黄色、橙色、红色表示。其中，抗雨能力表示允许最大降雨量。具体预警体系 及预警指标如下：
[0057] 1)汛限水位抗洪能力预警，见表4。
[0058]表4汛限水位抗雨能力预警条件
[0059]
[0060] 2)设计水位抗洪能力预警，见表5。
[0061]表5设计水位抗雨能力预警条件 [0062]
[0063]
[0064] 3)校核水位抗洪能力预警，见表6。
[0065]表6校核水位抗雨能力预警条件
[0066]
[0067] 4.山洪灾害易发区预警方法
[0068] 报警级别各自为四级:分别以蓝色、黄色、橙色、红色表示。如表7所示，PA值为前期 影响雨量，即土壤含水量。具体预警体系及预警指标如下：
[0069]表7流域PA值报警条件
[0070]
[0072] 5.中小流域多级抗雨能力预警平台开发
[0073]汛期中防汛部门经常需要在水库或流域不同蓄水的情况下，了解到达各级控制水 位(如限制水位、正常高水位、设计洪水位和校核洪水位等)所能抗御的暴雨量。为了进行水 库或流域抗雨能力的估算，绘制抗雨能力查算图是十分必要的。传统抗雨能力计算多以图 表形式为主，需要现场查算，效率不高。为进一步提高抗雨能力方法的实用性，中小流域多 级抗雨能力预警平台实现了针对不同控制水位的抗雨能力分析与计算，系统可以自动生成 抗雨能力表和抗雨能力图，用户可以根据当前蓄水情况及泄洪情况进行插值计算，从而得 到抗雨能力结果值。并将不同特征水位抗雨能力与预警体系结合起来，实现多级抗雨能力 预警。
[0074] 1)开发模式
[0075]系统采用C/S开发模式，开发工具采用VB面向对象高级语言，系统数据库采用SQL SERVER数据库，系统兼容各类Windows操作系统，包括winXP，win7，win8.1等。可多用户同时 用，互不干扰。
[0076] 2)功能介绍
[0077] ①可以根据允许最高水位(包括汛限水位、设计水位、校核水位)和初始条件(起始 水位ife、Wo为土壤含水量）自动生成抗洪能力计算表和对应的抗洪能力查算图；
[0078] ②根据泄流条件(是否泄流)和初始条件(泄量）自动计算出当前条件下，不泄洪和 泄洪两种条件下的抗洪能力。
[0079] ③结合地理信息系统技术(GIS)，制作抗雨能力等值线，并结合预警界别实现多级 抗雨能力的动态预警。
[0080] 系统开发采用可视化方式进行，力求界面友好操作简便，数据图形显示符合水文 工作习惯。
【主权项】
1. 中小流域多级抗雨能力预警方法，其特征在于包括以下步骤： 根据中小水库参数得到中小水库抗洪能力差算图； 根据流域参数得到流域抗雨能力计算表； 根据现时水位查询中小水库抗洪能力差算图得到允许最大降雨量，并将允许最大降雨 量与多个阈值比较，得到中小水库抗雨预警； 根据现时水位查询流域抗雨能力计算表得到流域的允许最大降雨量，并将允许最大降 雨量与多个设定值比较，得到流域预警； 将中小水库抗雨预警和流域预警通过人机界面进行实时显示。2. 根据权利要求1所述的中小流域多级抗雨能力预警方法，其特征在于所述中小水库 参数包括:水库的现时水位及其对应的库容、允许达到的最高水位及其对应的库容、空余库 容、径流深。3. 根据权利要求1所述的中小流域多级抗雨能力预警方法，其特征在于所述流域参数 为土壤含水量Wo。4. 根据权利要求1所述的中小流域多级抗雨能力预警方法，其特征在于所述根据中小 水库参数得到中小水库抗洪能力差算图包括以下步骤： 根据水库的现时水位得到水库不泄流情况下的允许最大降雨量计算表、以及水库泄流 情况下的允许最大降雨量计算表； 将水库不泄流情况下的允许最大降雨量计算表形成现时水位Η~土壤含水量Wo~允许 最大降雨量P的对应关系图； 水库泄流情况下的允许最大降雨量计算表形成允许最高水位下、不同泄量对应的允许 最大降雨量P的对应关系图； 两个对应关系图构成中小水库抗洪能力差算图。5. 根据权利要求1所述的中小流域多级抗雨能力预警方法，其特征在于所述允许最大 降雨量计算表包括水库的现时水位及其对应的库容、允许达到的最高水位及其对应的库 容、空余库容、径流深、Ρ+Wo值、允许最大降雨量。6. 根据权利要求1所述的中小流域多级抗雨能力预警方法，其特征在于所述流域抗雨 能力计算表包括当前流域内的现时土壤含水量及其对应的最大土壤含水量、空余土壤含水 量、允许最大降雨量。7. 根据权利要求1所述的中小流域多级抗雨能力预警方法，其特征在于所述将允许最 大降雨量与多个阈值比较，得到中小水库抗雨预警具体为： 根据允许最大降雨量与汛限水位的多个阈值比较，得到中小水库的汛限水位抗雨预 警； 根据允许最大降雨量与设计水位的多个阈值比较，得到中小水库的设计水位抗雨预 警； 根据允许最大降雨量与校核水位的多个阈值比较，得到中小水库的校核水位抗雨预 警。8. 根据权利要求1所述的中小流域多级抗雨能力预警方法，其特征在于所述将允许最 大降雨量与多个设定值比较，得到流域预警具体为： 允许最大降雨量与各降雨量阈值比较，得到流域预警； 降雨量阈值为当前土壤含水量至日降水达到饱和状态所需的降雨量。
【文档编号】G06Q10/04GK105868837SQ201610021735
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年1月13日
【发明人】刘恒, 庞毅, 马涛, 周凯, 马传波, 周大鹏, 郭晓亮, 王晓强, 庞渺, 于梅艳, 陈爽, 张春哲, 高峰, 李学辉, 李禄, 刘仔旭, 赵越, 倪娜娜, 孙浩, 许驰, 王颖
【申请人】辽宁省水利水电科学研究院