梁顯俊

（百色水文中心，廣西 百色 533000）

百色市境內(nèi)山岳連綿，河流密布。眾多河流源出高山峽谷，河床深切，灘多水急，落差大。汛期常出現(xiàn)強降雨過程，致使中小流河流暴發(fā)災害性洪水，山溪性洪水陡漲陡落，產(chǎn)流快，匯流時間短。為了能在百色市境內(nèi)中小河流出現(xiàn)陡漲洪水時能迅速地準確做出全市72個中小河流水文（位）站水情預測，開發(fā)本系統(tǒng)。

1 設(shè)計思路

（1）整個系統(tǒng)是基于水情網(wǎng)絡(luò)來開發(fā)，從百色水情分中心的實時雨水情庫讀取各報汛站雨水情數(shù)據(jù)，遠程從自治區(qū)水情中心提取未來7 d降雨數(shù)值預報數(shù)據(jù)，利用實時和預報的降雨數(shù)據(jù)、各水文（位）站二元回歸預報模型進行分析計算，預測出各個預報斷面的洪峰水位（流量）。

（2）由于中小河流水文（位）站斷面集水流域面積較小，計算各時段面降雨量時，為了能快速計算，直接將參加計算的有關(guān)雨量站雨量，采用算術(shù)平均法計算面降雨量。

（3）本系統(tǒng)將站點位置處在流域邊界線上或界線內(nèi)的雨量站稱為流域內(nèi)雨量站；一個流域邊界線有經(jīng)度、緯度范圍即有最小、最大經(jīng)（緯）度值，如果一個雨量站不是流域內(nèi)雨量站，但其經(jīng)緯度，處在流域經(jīng)度、緯度范圍內(nèi)，稱這個雨量站為流域鄰近雨量站。在計算各時段流域面雨量時，可以根據(jù)收集到的流域內(nèi)雨量站和鄰近雨量站遙測雨量數(shù)據(jù)可靠情況，實時選定可靠的流域內(nèi)或鄰近的雨量站參加面雨量計算，不能一成不變地規(guī)定參加面雨量計算的雨量站點，避免將出現(xiàn)故障、遙測數(shù)據(jù)不全或錯誤的雨量站參加計算而造成計算得到的時段面雨量數(shù)值存在錯誤，偏差大。

（4）自治區(qū)水情中心雨量數(shù)值預報庫中存放有20 km×20 km網(wǎng)格降雨量預報值，在Mapinfo地理信息系統(tǒng)中將各水文（位）站流域邊界線疊加在降雨量預報20 km×20 km網(wǎng)格圖上，然后分析出各水文（位）站所騎跨在的所有網(wǎng)格，從雨量數(shù)值預報庫中讀取這些網(wǎng)絡(luò)降雨量預報值，經(jīng)分析處理，即可得到各水文（位）站未來幾天的流域面降雨量預報數(shù)據(jù)。

2 關(guān)鍵技術(shù)

（1）在Visual Basic6.0（簡稱VB6）中引用ADO對象的ADODB類型庫，創(chuàng)建ADO對象實例，并通過無ODBC DSN連接到以SQL Server形式建立的實時雨水情庫、本系統(tǒng)預報庫、自治區(qū)水情中心雨量數(shù)值預報庫和中國洪水預報系統(tǒng)預報庫，從這4個數(shù)據(jù)庫提取和保存有關(guān)數(shù)據(jù)。

（2）近幾年來，我中心強化水情預測方案編制工作，不僅基于中國洪水預報平臺，利用三水源蓄滿產(chǎn)流、滯后演算匯流模型構(gòu)建了中小河流各水文（位）站洪水預報方案，而且為了便于預報模型計算機化，開發(fā)了多元回歸預報模型建模軟件，利用該軟件可以快速地建立了各水文（位）站二元一次回歸預報模型，采用起漲水位Z起或起漲流量Q峰、流域有效面平均降雨量P，和預報對象即洪峰水位Z峰或洪峰流量Q峰建立二元一次回歸預報模型，表達公式：Z峰＝a0+a1Z起+a2P，Q峰＝a0+a1Q峰+a2P，式中a0、a1、a2分別為常量項、起漲項、雨量項的回歸系數(shù)。分析計算得到的各水文（位）站回歸系數(shù)統(tǒng)一存儲在本系統(tǒng)預報庫的二元一次回歸預報模型回歸系數(shù)表中[1]。

（3）為了能判定哪個雨量站是各水文（位）站的流域內(nèi)雨量站和流域鄰近雨量站，利用Mapinfo地理信息系統(tǒng)準確勾繪出各水文（位）站的流域界線，讀取各水文（位）站流域界線的最小、最大經(jīng)（緯）度值并統(tǒng)一存儲在本系統(tǒng)預報庫的預報斷面基本屬性表中。一個水文（位）站往往會騎跨在多個降雨量預報20 km×20 km網(wǎng)格上，在Mapinfo地理信息系統(tǒng)中將各水文（位）站流域所騎跨的所有網(wǎng)格代碼、流域在各個網(wǎng)格實際面積及其占整個面積的權(quán)重，記錄下來并存儲在單元流域預報雨量網(wǎng)格權(quán)重表中。在流域預報面雨量計算時，根據(jù)各水文（位）站流域所騎跨網(wǎng)絡(luò)代碼、在各個網(wǎng)格的面積權(quán)重，從雨量數(shù)值預報庫中讀取各網(wǎng)格雨量預報數(shù)值，乘以相應面積權(quán)重，最后累計得到該水文（位）站流域真實的雨量預報值。

3 系統(tǒng)開發(fā)

本系統(tǒng)基于Windows操作系統(tǒng)，以SQL server 2000或其更高版本為數(shù)據(jù)庫操作平臺，采用VB6開發(fā)完成，相關(guān)數(shù)據(jù)庫包括實時雨水情庫、本系統(tǒng)預報庫、自治區(qū)水情中心雨量數(shù)值預報庫和中國洪水預報系統(tǒng)預報庫。

實時雨水情庫是以水利部頒布的庫表結(jié)構(gòu)與標識符為標準建立的數(shù)據(jù)庫，用于存儲實時雨水情數(shù)據(jù)[2]。

本系統(tǒng)預報庫是系統(tǒng)運行最關(guān)鍵的主要支撐數(shù)據(jù)庫，主要用于存儲預報模型的有關(guān)參數(shù)值、各預報流域面平均雨量、預測計算成果，建立有二元一次回歸預報模型回歸系數(shù)表、單元流域預報雨量網(wǎng)格權(quán)重表、預報斷面基本屬性表等[3]。

自治區(qū)水情中心雨量數(shù)值預報庫中F_RN?FL_M表存有中央氣象局、氣象局人工、日本、歐洲等氣象預報中心預報的未來7 d的雨量預報數(shù)值[4]。

中國洪水預報系統(tǒng)預報庫是安裝在本機的中國洪水預報系統(tǒng)所建立的水情預報庫。

4 系統(tǒng)應用

系統(tǒng)相關(guān)主菜單欄中有3個主菜單：連接、自動監(jiān)控、預測。打開軟件后，必須先進行數(shù)據(jù)庫連接，其次進行流域面的實時雨量和預報雨量統(tǒng)計，然后才能進行洪峰水位或流量的預測計算。

4.1 連接

“連接”主菜單下有4個相關(guān)的子菜單：實時水情庫、自定預報庫、雨量數(shù)值預報庫和短信設(shè)備。其中前面3個子菜單是有關(guān)數(shù)據(jù)庫連接。

（1）連接數(shù)據(jù)庫。分別單擊前面3個子菜單，在各個窗口進行相應的數(shù)據(jù)庫連接，當連接成功后各個數(shù)據(jù)庫連接窗自動關(guān)閉，否則提示連接錯誤。以連接實時水情庫為例，在連接實時庫窗口中，要設(shè)置服務(wù)器IP、數(shù)據(jù)庫、用戶、口令。這些參數(shù)都是在安裝實時雨水情數(shù)據(jù)庫和配置數(shù)據(jù)庫服務(wù)器時確定的，設(shè)置完成后，點擊“連接”按鈕，如果設(shè)置正確，連接成功，窗口自動關(guān)閉。其它數(shù)據(jù)庫的連接窗口操作與此類似。

（2）連接短信設(shè)備。在進行各水文（位）站水情超警自動監(jiān)控時，如果需要啟用短信提醒功能，要進行短信設(shè)備連接。在短信設(shè)備連接窗口中，要設(shè)置短信設(shè)備連接的串口號、波特率、所用手機卡的短信中心號碼，選擇是否自動發(fā)送以及發(fā)送間隔時間。這些參數(shù)，如果第一設(shè)置后，第二次再啟動連接，本窗口自動給出上一次設(shè)置值。點擊“連接”按鈕，如果連接成功，“連接”按鈕變?yōu)椤皵嚅_”。同時注意連擇所要接收短信人員，在要接收人員名字前打勾。

4.2 有關(guān)選擇與設(shè)定

在流域?qū)崟r面雨量計算、流域預報面雨量計算、二元一次回歸法預測、雨前預測、江河預測自動監(jiān)控時，在窗口的最左邊方框里，其上部為報汛等級選擇框，根據(jù)需要，對所需要查詢的報汛等級站類前打“√”；其下部為縣（區(qū)）行政區(qū)域選擇框，根據(jù)需要，對所需要查詢的縣（區(qū)）行政區(qū)域前打“√”。并設(shè)定有關(guān)查詢?yōu)g覽、統(tǒng)計的開始時間和結(jié)束時間。

4.3 預測

“預測”主菜單下相關(guān)有4個子菜單：流域?qū)崟r面雨量計算、流域預報面雨量計算、二元一次回歸法預測、雨前預測。在進行二元一次回歸法預測前，必須先進行流域?qū)崟r面雨量計算，如果在預測作業(yè)時不僅利用實時雨量，而且還想加入預報的未來雨量進行計算，要先進行流域預報面雨量計算；在雨前預測作業(yè)前，必須先進行流域預報面雨量計算。

4.3.1 流域?qū)崟r面雨量計算

在流域?qū)崟r面雨量計算窗口中，首先要選擇點擊某個水文（位）站名，預報斷面框內(nèi)顯示出該水文（位）站名。窗口中間待選雨量站方框內(nèi)列出未選用的流域內(nèi)、鄰近雨量站，選用雨量站方框內(nèi)列出已選用的流域內(nèi)、鄰近雨量站。如果要將待選雨量站方框內(nèi)的某個雨量站改為選用雨量站，點擊該雨量站，使站名前小方框內(nèi)呈現(xiàn)打“√”，點擊“→”按鈕，所選的雨量站名從待選雨量站方框內(nèi)移到選用雨量站方框內(nèi)。如果要將選用雨量站方框內(nèi)的某個雨量站改為待選雨量站，以此類推進行。系統(tǒng)有記憶功能，自動記憶上一次所選用的雨量站，一般選定好后的，較少變動。

窗口右邊以表格形式，逐時列出過去10 d內(nèi)選用參與面雨量計算的各雨量站雨量、總雨量和流域面平均雨量。同時可以根據(jù)實際需要，設(shè)定好開始時間和結(jié)束時間，點擊“統(tǒng)計”按鈕，統(tǒng)計該站從開始到結(jié)束時間段內(nèi)總的面雨量。

點擊“計算”按鈕，可以再次刷新列表計算；點擊“保存”按鈕，將右邊表格內(nèi)該站逐時面平均雨量進行保存，以待下步預測計算調(diào)用；點擊“導入Ex?cel”按鈕，將右邊表格內(nèi)數(shù)據(jù)導入到Excel電子表格簿內(nèi)。其計算窗口界面如圖1所示。

圖1 流域?qū)崟r面雨量計算窗口界面

4.3.2 流域預報面雨量計算

在流域預報面雨量計算窗口中，首先要選擇點擊某個水文（位）站名，預報斷面框內(nèi)顯示出該水文（位）站名，窗口右邊以4個表格形式分別列出中央氣象局、日本、氣象局人工、歐洲等氣象預報中心對該站流域預報的未來7 d逐時面雨量預報數(shù)值。

在窗口中間，可以根據(jù)實際需要，設(shè)定好開始時間和結(jié)束時間，點擊“統(tǒng)計”按鈕，分別統(tǒng)計列出從開始到結(jié)束時間段內(nèi)中央氣象局、日本、氣象局人工、歐洲等氣象預報中心針對該站流域預報的面雨量總值。

在窗口中間，可以選定好要保存的雨量預報數(shù)值的來源，即分別在中央氣象局、日本、氣象局人工、歐洲等氣象預報中心名稱前面小方框內(nèi)點擊，呈現(xiàn)打“√”為保存該氣象預報中心的雨量預報數(shù)值，反之空白為不保存。點擊“保存”按鈕，根據(jù)實際選定的保存來源，將所選定的氣象預報中心相應的右邊表格內(nèi)所列的該站流域逐時雨量預報數(shù)值進行保存，以待下步預測計算調(diào)用；點擊“導入Ex?cel”按鈕，將右邊4個表格內(nèi)數(shù)據(jù)導入到Excel電子表格簿內(nèi)。其計算窗口界面如圖2所示。

圖2 流域預報面雨量計算窗口界面

4.3.3 二元一次回歸法預測

在二元一次回歸法預測計算窗口中，點擊某個水文（位）站名，預報斷面框內(nèi)顯示出該水文（位）站名。在采用二元一次回歸法進行該站水情預測計算之前，須先在流域?qū)崟r面雨量計算窗口中，完成該站流域?qū)崟r面雨量計算并保存，為預測計算提供相應的面雨量數(shù)據(jù)。如果所選擇的水文（位）站預報斷面沒有建立有實際的二元一次回歸預測方案，可以選擇水文特性相似的某個預報斷面的二元一次回歸預測方案進行計算，計算結(jié)果是按面積倍比法推求的洪峰流量。計算有關(guān)結(jié)果分別在右邊上半部的5個頁卡列出，從左到右分別是“面雨量數(shù)據(jù)表”“面雨量過程圖”“水情數(shù)據(jù)表”“水情過程圖”“預測成果表”。其計算窗口界面如圖3所示。

圖3 二元一次回歸法預測計算窗口界面

4.3.4 江河水情雨前預測

每次強降雨出現(xiàn)前，百色市及各縣（區(qū)、市）應急管理局會組織各防汛成員單位召開防御強降雨會議，在會議上往往要求水文部門匯報針對這場強降雨轄區(qū)內(nèi)各河流的水情預測情況?；谏鲜鲂枰_發(fā)了本系統(tǒng)的江河水情雨前預測模塊。在江河水情雨前預測計算窗口中，右邊有5個頁卡。設(shè)定開始時間和結(jié)束時間，點擊某個水文（位）站名，第1個頁卡的上部列出設(shè)定時間段內(nèi)的逐時水情表、下部繪制出設(shè)定時間段內(nèi)水情過程線。設(shè)定預測采用的預報雨量開始時間、結(jié)束時間，點擊“計算”按鈕，系統(tǒng)首先會根據(jù)設(shè)定的時間段，分別統(tǒng)計出中央氣象局、氣象局人工、日本、歐洲等氣象預報中心對選定行政區(qū)域內(nèi)各水文（位）站流域預報的總面雨量，然后利用二元一次回歸法，根據(jù)當前水位、預報雨量，計算預測出各水文（位）站預見期內(nèi)可能出現(xiàn)的洪峰水位值，最后分別在第2～5頁卡內(nèi)以表格形式，依次列出利用以上各氣象預報中心的預報面雨量預測得到結(jié)果。其計算窗口界面如圖4所示。

圖4 江河水情雨前預測計算窗口界面

4.4 江河水情自動預測監(jiān)控

“自動監(jiān)控”主菜單下有1個相關(guān)的子菜單：江河預測。點擊該子菜單，彈出江河水情自動預測監(jiān)控窗口，在窗口中有2個頁卡。點擊某個水文（位）站名，右邊第1個頁卡的上部列出設(shè)定時間段內(nèi)的逐時水情表、下部繪制出設(shè)定時間段內(nèi)水情過程線。點擊“監(jiān)視”按鈕，系統(tǒng)按設(shè)定的時間間隔，不斷滾動地從實時雨水情庫中讀取各水文（位）站當前水位或流量，讀取在流域?qū)崟r面雨量計算窗口中選定參加流域面雨量計算的雨量站雨量，然后利用二元一次回歸法，計算出一定預見期內(nèi)各水文（位）站可能出現(xiàn)的最高水位預測值，結(jié)果以表格形式在右邊第2個頁卡顯示。在自動預測監(jiān)控過程中，如果發(fā)現(xiàn)某個水文（位）站預測期內(nèi)最高水位預測值超過警戒值，立即以播放語音形式進行提示，如果連接了短信設(shè)備，還會以手機短信及時發(fā)送到相關(guān)人員手機上。江河水情自動預測監(jiān)控窗口界面如圖5所示。

圖5 江河水情自動預測監(jiān)控窗口界面

5 結(jié)語

以前，針對百色市的14個國家基本水文（位）站斷面開發(fā)了百色市中小河流洪水預測預估系統(tǒng)，在廣西中小河流水文監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)后，百色市新建了58個水文（位）站，水情預報斷面增加到72個，其中以集水面積小的斷面居多。根據(jù)水情預測工作新形勢、新特點、新要求，重新開發(fā)本系統(tǒng)。

致謝：在開發(fā)過程中，百色水文中心農(nóng)日忠同志重新核繪所有涉及的水文（位）站流域界線、水情科同志編制了各水文（位）站多元回歸法預報方案，在此表示衷心感謝！