王丕國(guó)，張玉君，王金偉

（大連市供水有限公司，遼寧 大連 116021）

英那河水庫(kù)防洪調(diào)度決策支持系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)

王丕國(guó)，張玉君，王金偉

（大連市供水有限公司，遼寧 大連 116021）

為解決英那河水庫(kù)在汛期實(shí)現(xiàn)洪水預(yù)報(bào)調(diào)度信息化、自動(dòng)化的需求，本文基于水庫(kù)洪水預(yù)報(bào)、洪水調(diào)度原理，開(kāi)發(fā)了英那河水庫(kù)防洪調(diào)度決策支持系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用B/S結(jié)構(gòu)、三層開(kāi)發(fā)模式，并利用J2EE技術(shù)框架，結(jié)合美觀的EasyUI顯示技術(shù)、豐富的AnyChart圖表表現(xiàn)技術(shù)，便捷的Ajax前后端傳輸技術(shù)、先進(jìn)的Hibernate持久化技術(shù)進(jìn)行開(kāi)發(fā)。經(jīng)實(shí)際運(yùn)用顯示，該系統(tǒng)取得了較好的運(yùn)行效果。

英那河水庫(kù)；防洪調(diào)度系統(tǒng)；設(shè)計(jì)；開(kāi)發(fā)

1 引言

洪水災(zāi)害是影響我國(guó)人民生命安全的主要自然災(zāi)害之一，我國(guó)在防洪減災(zāi)方面進(jìn)行了大量的研究和建設(shè)，主要分為工程措施和非工程措施。近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，水利信息化的需求日益增高，水庫(kù)防洪調(diào)度決策支持系統(tǒng)的建設(shè)成為了防洪非工程措施的重要組成之一。

英那河水庫(kù)自建成以來(lái)，一直重視水庫(kù)的非工程措施建設(shè)，特別是在自動(dòng)化、信息化方面開(kāi)展了大量的研究工作。為適應(yīng)計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展、滿(mǎn)足洪水預(yù)報(bào)調(diào)度信息化、自動(dòng)化的需求，英那河水庫(kù)管理局與大連理工大學(xué)共同合作，設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)了基于B/S結(jié)構(gòu)的英那河水庫(kù)防洪調(diào)度決策支持系統(tǒng)。

2 水庫(kù)工程背景

英那河水庫(kù)為大連莊河市英那河中下游的大（Ⅱ）型水庫(kù)，是一座以城市供水為主，兼顧防洪、發(fā)電、灌溉、養(yǎng)殖、旅游等綜合效益的大型水利樞紐工程。集水面積692 km2，多年平均徑流量3.34億m3，流域圖如圖1所示。正常蓄水位為79.10 m，防洪限制水位為78.10 m，設(shè)計(jì)洪水位為80.54 m，校核洪水位為81.2m，相應(yīng)庫(kù)容2.87億m3，最大泄量4446 m3/s，壩頂高程83.1m。

為了及時(shí)掌握英那河水庫(kù)上游的水文氣象狀況，水庫(kù)已建有“英那河水庫(kù)水情自動(dòng)遙測(cè)系統(tǒng)”，水庫(kù)入庫(kù)流量是由水位及庫(kù)容的變化反推而得出的。該系統(tǒng)為水庫(kù)防洪調(diào)度決策支持系統(tǒng)的數(shù)據(jù)獲取，提供了有力的技術(shù)支持。

3 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

英那河水庫(kù)作為大連市集供水、興利、防洪等功能為一體的重要水利樞紐工程，其對(duì)洪水預(yù)報(bào)調(diào)度過(guò)程的實(shí)時(shí)性、有效性、多樣性具有很高的需求。在系統(tǒng)的運(yùn)用過(guò)程中，調(diào)度人員希望系統(tǒng)具有較強(qiáng)的交互性，同時(shí)也具有良好的協(xié)調(diào)性和完整性?；诖藢⒄麄€(gè)英那河水庫(kù)防洪調(diào)度決策支持系統(tǒng)分為五個(gè)子系統(tǒng)，即數(shù)據(jù)庫(kù)管理子系統(tǒng)、交互式洪水預(yù)報(bào)子系統(tǒng)、防洪形勢(shì)分析子系統(tǒng)、交互式洪水調(diào)度子系統(tǒng)、信息查詢(xún)子系統(tǒng)，系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖1 英那河流域圖

圖2 系統(tǒng)的邏輯圖

3.1 數(shù)據(jù)庫(kù)管理查詢(xún)子系統(tǒng)

數(shù)據(jù)是水庫(kù)防洪決策支持系統(tǒng)的基礎(chǔ)，主要包括歷史、實(shí)時(shí)水雨情數(shù)據(jù)、模型參數(shù)、洪水預(yù)報(bào)調(diào)度方案、用戶(hù)信息等數(shù)據(jù)。在實(shí)時(shí)防洪調(diào)度過(guò)程中需要方便、快捷的管理和查詢(xún)這些數(shù)據(jù)以進(jìn)行洪水預(yù)報(bào)調(diào)度的相關(guān)計(jì)算。因此，英那河水庫(kù)防洪調(diào)度決策支持系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)主要涉及兩大部分，一部分是與實(shí)時(shí)水雨情庫(kù)的接口，主要讀取實(shí)時(shí)信息；另一部分是為本系統(tǒng)所需內(nèi)容而建的專(zhuān)用數(shù)據(jù)庫(kù)，主要是對(duì)預(yù)報(bào)、調(diào)度、系統(tǒng)管理、系統(tǒng)集成等一系列數(shù)據(jù)、參數(shù)、方法與模型進(jìn)行存儲(chǔ)與管理。

3.2 交互式洪水預(yù)報(bào)子系統(tǒng)

洪水預(yù)報(bào)是水庫(kù)防洪決策支持系統(tǒng)進(jìn)行方案生成的基礎(chǔ)，其對(duì)方案的準(zhǔn)確度、可信度有重要的影響。因此，如何生成預(yù)報(bào)合格率高的洪水預(yù)報(bào)方案是洪水預(yù)報(bào)子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)。在實(shí)際洪水預(yù)報(bào)過(guò)程中，調(diào)度人員往往會(huì)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行洪水預(yù)報(bào)模型的選擇、參數(shù)的調(diào)整、修正預(yù)報(bào)過(guò)程等操作，以生成合格率高的預(yù)報(bào)方案，同時(shí)，也會(huì)根據(jù)預(yù)報(bào)的降雨信息，假擬多種未來(lái)可能的降雨分布，以制定多種假擬降雨下的洪水預(yù)報(bào)方案作為決策的依據(jù)。根據(jù)這些需求，該子系統(tǒng)設(shè)計(jì)并提供了土壤含水量計(jì)算、實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)、人機(jī)交互修正洪水預(yù)報(bào)、假擬降雨等主要功能。

3.3 防洪形勢(shì)分析子系統(tǒng)

在實(shí)際調(diào)度中，調(diào)度人員需要根據(jù)落地雨和預(yù)報(bào)信息對(duì)英那河流域未來(lái)降雨進(jìn)行假定，通過(guò)洪水預(yù)報(bào)模型預(yù)報(bào)未來(lái)洪水過(guò)程，并對(duì)洪水過(guò)程進(jìn)行多泄流量調(diào)度，形成多方案對(duì)比分析，進(jìn)而對(duì)未來(lái)的防洪形勢(shì)進(jìn)行評(píng)估。防洪形勢(shì)分析子系統(tǒng)通過(guò)加入未來(lái)時(shí)間、未來(lái)降雨量、未來(lái)泄流量等選項(xiàng)，通過(guò)圖像顯示選定假定組合下的調(diào)度過(guò)程，給調(diào)度人員提供一個(gè)直觀的防洪形勢(shì)表現(xiàn)。

3.4 交互式洪水調(diào)度子系統(tǒng)

調(diào)度人員通過(guò)利用洪水預(yù)報(bào)信息進(jìn)行洪水調(diào)度。在制定調(diào)度方案的過(guò)程中，操作人員希望系統(tǒng)能夠自動(dòng)、交互地制定多個(gè)實(shí)時(shí)可行調(diào)度方案，并且可結(jié)合決策者的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)這些方案作出評(píng)價(jià)，因此在該子系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了“常量調(diào)度”和“交互式調(diào)度”兩種方式。其中，“常量調(diào)度”可選擇某幾個(gè)時(shí)段內(nèi)采用某一常量進(jìn)行調(diào)度；“交互式調(diào)度”可選擇某幾個(gè)時(shí)段內(nèi)采取不同閘門(mén)開(kāi)啟方式進(jìn)行調(diào)度，并采用模糊優(yōu)選理論結(jié)合經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行方案評(píng)價(jià)優(yōu)選，給調(diào)度人員提供參考。

4 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境與技術(shù)

系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境采用Windows7 64位操作系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫(kù)采用Mysql5.0版本，Web應(yīng)用服務(wù)器采用tomcat6.0版本，java運(yùn)行環(huán)境為jdk 1.8.0_92，瀏覽器采用IE8版本以上。系統(tǒng)采用B/S結(jié)構(gòu)，運(yùn)用J2EE技術(shù)框架、EasyUI、AnyChart、Ajax、Hibernate等先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)。

5 系統(tǒng)主要功能展示

5.1 主界面

系統(tǒng)主界面如圖3所示，整個(gè)界面盡量按照友好性、易操作性、靈活實(shí)用、直觀形象等需求進(jìn)行設(shè)計(jì)。主要?jiǎng)澐譃閮蓚€(gè)部分，左側(cè)為分級(jí)導(dǎo)航菜單，包含洪水預(yù)報(bào)、防洪形勢(shì)分析、洪水調(diào)度、信息查詢(xún)及維護(hù)四大部分，其中整個(gè)菜單的順序按照一次完整的預(yù)報(bào)調(diào)度步驟順序進(jìn)行設(shè)置，符合調(diào)度人員的習(xí)慣；右側(cè)為展示性?xún)?nèi)容，包含流域概況圖和水庫(kù)實(shí)時(shí)水雨情信息表，方便用戶(hù)對(duì)整個(gè)流域的實(shí)時(shí)情況進(jìn)行一個(gè)查看。

圖3 水庫(kù)防洪預(yù)報(bào)調(diào)度系統(tǒng)主界面

5.2 預(yù)報(bào)界面

洪水預(yù)報(bào)界面如圖4所示，主要提供預(yù)報(bào)時(shí)間設(shè)置、實(shí)時(shí)提取遙測(cè)庫(kù)數(shù)據(jù)、前期土壤含水量計(jì)算、實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)、人機(jī)交互修正洪水預(yù)報(bào)、假擬預(yù)報(bào)等主要功能，以及增加方案、刪減方案、輸出方案、打印方案等輔助功能，用戶(hù)可通過(guò)上方菜單和快捷鍵進(jìn)行相應(yīng)功能的選擇。同時(shí)，用戶(hù)可通過(guò)左側(cè)圖表和右側(cè)表格區(qū)來(lái)查看洪水過(guò)程及相關(guān)信息，具有較好的直觀性。因此，該界面不但操作簡(jiǎn)單，并且各個(gè)關(guān)鍵部分均能提供必要的技術(shù)和細(xì)節(jié)支持。

圖4 洪水預(yù)報(bào)界面

5.3 防洪形勢(shì)分析

防洪形勢(shì)分析界面如圖5所示。整個(gè)界面的設(shè)計(jì)主要遵循根據(jù)落地雨和預(yù)報(bào)信息對(duì)英那河流域未來(lái)降雨進(jìn)行假定，通過(guò)洪水預(yù)報(bào)模型預(yù)報(bào)未來(lái)洪水過(guò)程，并對(duì)洪水過(guò)程進(jìn)行多泄流量調(diào)度，形成多方案對(duì)比分析的流程。界面的左上區(qū)域?yàn)榉篮樾蝿?shì)分析表，顯示英那河水庫(kù)不同時(shí)段長(zhǎng)、不同降雨量級(jí)、不同泄流量下最高水位的情況，點(diǎn)擊表格某單元格，表格下面圖中會(huì)顯示該最高水位對(duì)應(yīng)的預(yù)報(bào)調(diào)度過(guò)程；右側(cè)為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，包含水庫(kù)實(shí)時(shí)水情和水位對(duì)比圖。

圖5 防洪形勢(shì)分析界面

5.4 調(diào)度界面

洪水預(yù)報(bào)調(diào)度界面如圖6所示。該界面是為決策者提供的洪水調(diào)度成果的最終體現(xiàn)。它將應(yīng)用洪水預(yù)報(bào)子系統(tǒng)的預(yù)報(bào)成果，自動(dòng)與交互制定多個(gè)實(shí)時(shí)可行調(diào)度方案，并可結(jié)合決策者的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)這些方案作出評(píng)價(jià)，為防洪調(diào)度決策提供良好的支持信息。該界面上側(cè)為功能條，提供上傳方案、下載方案、增加方案、刪減方案等功能；下方提供調(diào)度過(guò)程顯示、和調(diào)度過(guò)程數(shù)值信息，使用戶(hù)能夠全面的掌握調(diào)度過(guò)程。

圖6 洪水調(diào)度界面

5.5 信息查詢(xún)界面

信息查詢(xún)界面如圖7所示。信息查詢(xún)子系統(tǒng)主要包括水、雨情信息查詢(xún)、預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)查詢(xún)和調(diào)度數(shù)據(jù)查詢(xún)。為決策者提供的各種水、雨情信息查詢(xún)的最終體現(xiàn)。它將應(yīng)用洪水預(yù)報(bào)子系統(tǒng)的預(yù)報(bào)成果和洪水調(diào)度子系統(tǒng)的調(diào)度成果，交互式查詢(xún)各種水、雨情信息，為防洪調(diào)度決策提供良好的信息支持。左側(cè)目錄樹(shù)顯示可查詢(xún)項(xiàng)，右側(cè)顯示被查詢(xún)項(xiàng)的圖表信息。

6 結(jié)語(yǔ)

圖7 信息查詢(xún)界面

英那河水庫(kù)防洪調(diào)度決策支持系統(tǒng)通過(guò)采用B/S結(jié)構(gòu)，運(yùn)用J2EE技術(shù)框架、EasyUI、AnyChart、Ajax、Hibernate等先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行三層模式的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)。該系統(tǒng)能夠通過(guò)自身的數(shù)據(jù)庫(kù)管理子系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的提取與整編，并根據(jù)實(shí)時(shí)水、雨工情信息，利用洪水預(yù)報(bào)子系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)或假擬未來(lái)降雨的洪水預(yù)報(bào)，進(jìn)而通過(guò)生成的洪水預(yù)報(bào)方案，進(jìn)行防洪形勢(shì)分析和水庫(kù)調(diào)度方案的交互制定，最后采用模糊優(yōu)選理論結(jié)合經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行調(diào)度方案的評(píng)價(jià)優(yōu)選，給調(diào)度人員提供參考。該系統(tǒng)自上線(xiàn)運(yùn)用以來(lái)，不但運(yùn)行穩(wěn)定，而且操作方便，功能豐富，并且由于其自身B/S結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，使得后期維護(hù)比較方便，在英那河水庫(kù)的防洪減災(zāi)方面發(fā)揮了重要作用。

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1006—7973（2017）10-0073-03

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