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流域拓扑关系分析及其在鳌江流域 洪水预报调度决策支持系统中的应用

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全国水库防洪调度决策支持系统工程

全国水库防洪调度决策支持系统工程
推荐Leabharlann 门 ：水利部 主 题 词 ：
授奖等级 ：二等奖
简 介：本项目属于水利工程管理学科，项目开发建设与研究内容涉及水利、水文、气象、通讯、社会经济、管理及计算机应用等多学科交叉综合应用。全国水库防洪调度决策支持系统以水库决策支持分中心为信息单元，国家防总、流域及省地市防汛指挥部门的决策支持系统为决策中心，组成全国重点大中型水库（群）分布式防洪调度决策支持系统工程。系统主要研究内容包括： （一）全国水库防洪调度决策支持系统工程总体设计 编制了具有行业规范性质的《全国水库防洪调度决策支持系统工程总体设计报告》。根据需求设计了系统的功能、组成及其逻辑结构，规定了水库和上下级通讯组网的技术要求，详细提出了信息采集与传输、水库洪水预报与调度、信息服务及数据库管理等各个高级应用功能要求。 （二）155个水库防洪调度决策支持分中心开发建设 制订了《水库洪水调度系统设计与开发规则》；在《规则》指导下，开发建设了以水雨情信息遥测等为手段，计算机局域网和数据库为纽带，水库信息采集与处理、洪水预报与调度、信息服务、信息远程交互及水库调度业务管理为最终目标的防洪调度决策支持系统；攻克了多系统集成、多目标决策、水库洪水资源安全利用、实时洪水预报等一系列关键技术；开发了相应的水库决策分中心标准化应用软件。 （三）国家防总等防汛指挥部门水库防洪调度决策支持中心开发建设 研究多种通讯方式，实现实时采集或接收各分中心的水雨情信息、洪水预报调度信息；开发建设调度会商系统，以满足各级防汛指挥部门实时调度决策需要。 本项目的显著特点：（1）先进性和实用性的统一。实行全国范围内的强强联合以攻克技术难题，科技含量高；各级防办和水库调度人员的参与，保证实用性。（2）实现了设计开发的规范化和标准化，成果适用于全国各种类型的大中型水库和流域。（3）研究成果多，在水库防洪管理中发挥的效益巨大。（4）对水利行业的指导性强。 研究成果在全国28个省（自治区、直辖市）的155个分中心得到应用推广，近5年取得直接经济效益1.21亿元，防洪效益12.73亿元，增加洪水资源利用13.2亿立方米。

科技成果——IWHR洪水预报调度系统

科技成果——IWHR洪水预报调度系统

科技成果——IWHR洪水预报调度系统技术开发单位中国水利水电科学研究院对应需求洪水预报调度系统成果简介该系统充分利用信息处理、网络通讯、软件工程等现代科学技术，建立人机交互式的实时洪水预报调度系统，达到对流域防洪形势宏观把握和整体、定量认识，为防洪决策和管理供科学依据和技术支撑。

包括实时洪水预报、预报方案编制、预报成果管理、实时调度计算、调度结果仿真以及辅助工具（数据处理、降雨径流相关图分析、单位线分析、水位流域关系曲线维护、退水曲线维护等）和模型/方法管理等功能。

主要性能指标采用B/S与C/S相结合的灵活系统架构模式，满足多用户同时在线预报调度。

系统的信息查询响应时间小于1s，地图访问响应时间小于1s，预报模型计算响应时间小于3s，联合调度模型计算响应时间小于10s。

建立了超过24个洪水预报计算模块，覆盖了我国常用的洪水预报模型和方法。

参数自动优选计算效率高，30场洪水模型参数优选耗时不超过10分钟。

适用范围适用于湿润、半湿润、半干旱、干旱地区的水雨情测报、洪水预报、水库调度以及防汛抗旱等多个领域，可推广到流域、省、地市等防汛指挥、水旱灾害防御及水文部门。

技术特点系统基础框架扩展性强，适应未来扩展和升级，采用B/S与C/S 相结合的灵活系统架构模式满足多用户同时在线预报；紧密结合业务需求，可实现新增预报断面功能；支持模块的排列组合与模型的灵活搭建；采用模型参数全局自动优选技术；灵活的防洪调度接口，可以基于任意未来可能洪水情势进行防洪调度；基于水库度汛方案，结合当前来水情况，可采用联合调度方式通过人机交互形成水库防洪调度方案。

应用成本100万元。

典型案例案例1：应用于江西省鄱阳湖区防汛通信预警系统洪水预报调度系统及防汛辅助支持系统开发项目，安装部署在江西省防办、江西省水文局，供各水文分局访问浏览，目前运行了5个汛期，为水文工作提供技术支持。

案例2：应用于陕西省中小河流洪水预报系统开发项目，安装部署在陕西省水文局，并供各水文分局访问浏览，目前运行了2个汛期，为水文工作提供技术支持。

地理信息系统在防洪中的应用

地理信息系统在防洪中的应用

4 系统的功能
4. 1 显示
4. 1. 1 方便控制各图层显示与否， 并能任意缩放、 移动。 4. 1. 2 根据图层的显示范围， 控制各要素的显示情况， 使显示图面内容清晰。 4. 1. 3 图面上的对象可任意选取(范围可以是圆形、 矩形、 任意多边形) ， 以表单方式或直接在 图层上显示其地理信息(长度、 坐标等)和数据及统计分析信息。
以Mapinf。 为开发平台来设计一定区域内的防洪地理信息系统， 从而实现地理空间与属 性数据的结合， 增强了数据的可视化管理与分析。但Mapinfo 桌面地理信息系统也有其一定
的局限性 ， 特别是缺乏空间流向拓朴关系， 只有通过 SQL 与宿主语言进行拓朴关联来实现。
参考文献
C〕 l 周振先. 防洪策略研究. 北京:水利电 版社. 1994 力出
[ 2] Mapinfo Professional Guidenace , AMERICAN MAPINFO COMPANY
[ 3] MAPBASIC 4. 0 REFERENCES. AMERICAN MAPINFO LTD. CO. [ 41 姬富强， 张环宙. 利出三次 B 样条函 作等值线分析. 湖州师院学报， 然版， 自 1997(3)
22 卷 1 期
浙 江 气 象 科 技
地理信息系统在 防洪 中的应用
姬富强1 张环宙2
浙江 <1. 湖州市气象局， 浙江 湖州 313000;2. 浙江大学地理系， 杭州 310028)
摘要:介绍利用地理信息系统作二次开发， 建立一定区域内防洪地理信息系统从而实现防洪要素
的空间属性和数据属性相结合， 使决策者快速直观地在矢量地图上获得可视化的数据及其分析统 计等信息。 关扭词 :地理信息系统; 防洪 ;Mapinfo ;二次开发

贵州省小流域洪水预报系统开发与应用

贵州省小流域洪水预报系统开发与应用
开始前 ， 贵州 省 就 已在 高 能舌 覆 盖 之 下 ， 西 南 伸 从 向东北 地 区 ， ８ ０ｈ ａ的 ０ｅ的分布 图上也可 以看 从 ５ Ｐ ｓ 出，０ｅ高值 区与湿舌 的位 置与走 向十分一 致 ， ｓ 这样 的环境 场十分 有利 于暴雨 的发生 。
２ ．贵州省人工影 响天气作业指挥 中心 ， 贵州
发 山洪 地质灾 害 的关 键 因子 ， 汛 期 贵州 省 突 发性 在
山洪灾 害频 繁 发 生 ， 要 是 由于 贵 州 地 形 破 碎 、 主 地 势高差 大 、 时 强 降水 极 易 快 速 汇 合 形 成 洪 水 ， 短 几 乎每 次发生 山洪灾 害 ， 会 导致 大 量 的财产 损 失 和 都 人 员 伤亡 。如 １９ ９５年 ６月 ２ 日遵 义市 城 区降大 暴 ４ 雨， 致使 遵 义 市 湘 江 河 陡 涨 ， 水 淹 没 了城 区 中心 河
能力。
② 中低层低 涡及 地 面 辐 合线 维 持 产 生 的 上 升
运动是 本 次暴 雨 发 生 的 动力 机 制 ， 层 辐 散 、 层 高 低 辐合 的垂直 配置有 利于 暴雨 的发展 。
③ 孟加拉湾和南海越赤道气 流是暴雨水汽的
主要 来源 ， 雨 发 生 时 ， 能舌 与 湿 舌 的 位 置 与 走 暴 高
文 章编 号 ：０ ３— ５ ８ ２ １ ）４— ０ ３—０ １０ ６ ９ （ ０ ２ ０ ０ ３ ４
暴雨 有一定 的指示 意义 ，中低层 辐合 对暴 雨 的产 生
起着 重要作 用 。
５ ７ 假相 当位温 分析 ．
０ｅ ｓ 是表 示 温 压 湿 综 合 的物 理 量 ， 常 暴 雨 发 通 生 在假相 当位 温大 值 区或 是 等值 线 较 密集 区 ， 直 垂 方 向 的变化可 以反 映大 气 层 结对 流 不 稳定 状 态 ， 这 次暴 雨 过程 是 在 有 较 高 的能 量 与 急 流 的配 合 下 产

洪水预报系统在左江洪水预报中的应用研究

洪水预报系统在左江洪水预报中的应用研究

洪 水 灾 害 是 当今 主 要 自然 灾 害 之 一 。广 西 河 流水 系众 多 ， 由于受 季风气候 与 自然地理条件 影 响， 降水 的 时空 分 布 极 不 均 匀 ， 涝 灾 害 频 繁 已 成 洪 为制 约 广 西经 济 社会 可持 续 发展 的主要 因素之 一 ，
等 天气 系统 的影 响 或 综 合 影 响造 成 的 。 降雨 分 布 趋 势 东南 最 高 ， 西北 次 之 ， 中部 偏少 ， 流域 内多年 平
河 、 卢 河 、 夹 河 。 右 岸 有 明 江 、 兰河 和 汪 庄 驮 双 客 河 。干 、 支流 总长 ３ １ ｍ， 网密 度 ０１４ｋ ／ ｍ 。 ７ ６ ｋ 河 ． ｍ ｋ ７
左江流域属亚热带季风气候 ， 流域 内的降雨主
要 是受 切 变 线 、 面 、 锋 热带 低 压 、 风 、 西 南 低 涡 台 及
均降雨量在 １１０ ２２０ ｍ ３ — ３ 。降雨量年 内分配不 ｍ 均， 主要集 中在汛期 ５ ９ — 月份 ， 降雨量约 占全年降雨 总量 的 ７．％， １ ２ 枯水 期 为 １ 月 一 年 ４ 。崇 左水 文 ０ 次 月
站 年蒸 发 量 为 ６ ７ １ ０． ｍｍ， 年 平 均 蒸 发 量 １． ５８ １— ４ 多 为 ９ ３５ｍ ４ ． ｍ。左 江 流域 多年 平 均 水 资源 总 量 １１ ３． ８ 亿ｋ 。 ｍ
［ 收稿 １期】 ２ １水多发于 ７ ９ － 月份 ， 自 １５ 年建站 以来 ， ９４ 实测最高水位 １８１ （ ８ 年） ０． ｍ １ ６ 、 ２ ９ 最 大流 量 为 ９９０Ｉ／（９ ６ ）最 大 流 速 ２７ ／ ６ ｌｓ１８ 年 、 ｌ ＇ ．７ｍ ｓ
（０ ８ 崇 左 ）最 大 含 沙量 ３１ ｇｍ（９ １ 濑 湍 ２０ 年 、 ．６ｋ／ ７ 年 １

流域洪水计算模型系统的拓扑关系分析

流域洪水计算模型系统的拓扑关系分析
收 稿 日期 ：２０．２２ ０ １】－８
作 者 简 介 ：唐 勇 （９６一） Ｉ７ ．男 ．重 庆 荣 昌 人 ．硕 士 生 ． 主要 从 事 水 文 水 资 源研 究
维普资讯
节 点 类 型 用 图 例 表 示 如 图 １所 示
２ 节 点 联 接 方 式
１ 流域 洪 水计 算 拓 扑结 构 中的 节 点 类 型
进行 流域 洪水 计算 时人们 要用 到流 域洪 水模 拟技 术 ，运用 各种模 型 来计 算洪水 过程 ．为 了计算 方 便 ，首先 要对 流域水 系 进行概 化 ，即把 流域 看成 是 由不 同类 型 的节 点 联 接在 一 起 的一 个 有机 整体 ． 节点 类 型主要 有产 汇流 分 区 河 道洪水 演进 、水量交 汇点 、水库 、闸 门和平 原 区 ．各 种不 同类型 的节 点 其计 算方法 是不 同 的 ，如 Ｐ类 （ 汇流 分 区）节点 所采 用 的是产 汇流 模型 ，计 算产 汇流 的方 法 可 以 产 用新 安 江模 型或 其他方 法 ；Ｒ类 （ 道洪水 演进 ）节 点所 采用 的是 水文学 或 水力学 模 型 ，如马 斯 京干 河 法 、一 维非恒 定 流法等 ；Ｗ 类 （ 水库 ）节 点采用 的是 水 量平衡 法进 行水 库调 度等 等 ．
节 点 图 ，对 节 点 的 属 性 、联接 方 式 以 及 拓 扑 关 系 进 行 分 析 ，运 用 邻 接 表 、邻 接 矩 阵 和 释 度 优 先 遍 历 的 方 法 解 决 ｒ模 型 之 间 的 集 成 问 题
个 简 明 但 行 之 有 效 的 流 域 洪 水 计 算 模 型 系统 集 成 的方 法 ． 关 键 词 ：洪 水 ；拓 扑 ；决 策 支 持 系 统
不大 ，但 是在模 型 的集 成时却 会 遇到很 棘手 的 问题 ，那 就是 节 点之 间 的联 接 问题 ．只有 搞清楚 节点 问

浅析加快推进平阳县岳溪水库工程建设的必要性

浅析加快推进平阳县岳溪水库工程建设的必要性
周敏捷;温正策;韩海骞
【期刊名称】《浙江水利科技》
【年(卷),期】2016(044)004
【摘要】鳌江北港流域上游为山区性河道,源短流急,暴雨强度大,自然灾害频发.针对鳌江流域的综合治理规划要求和北港流域现状存在的主要问题,分析了建设岳溪水库工程的必要性,该工程不仅是鳌江流域防洪体系的重要组成部分,可以有效降低水头镇洪水水位,而且也是鳌江流域中下游地区水资源战略保障的需要.
【总页数】3页(P80-81,95)
【作者】周敏捷;温正策;韩海骞
【作者单位】平阳县水利局,浙江温州 325401;平阳县水利局,浙江温州 325401;浙江省水利河口研究院,浙江杭州 310020
【正文语种】中文
【中图分类】TV62
【相关文献】
1.平阳县顺溪水电站智慧水电平台的建设 [J], 钱云进
2.浅谈如何加快推进文成县千库保安工程建设进度 [J], 兰振洪
3.浅谈平阳县顺溪水库建设的必要性 [J], 侯新阳
4.加快重点工程建设步伐,推进首都西部生态带建设——丰台区太行山绿化工程建设现状分析及对策 [J], 陈国富
5.加快粮油工程建设打造食品安全平台——晋中市全力推进放心粮油“三个一”工程建设改造 [J], 周海
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科技成果——洪水预报与库群联调决策支持系统

科技成果——洪水预报与库群联调决策支持系统技术开发单位珠江水利委员会珠江水利科学研究院对应需求洪水预报调度系统成果简介针对南方地区水量丰富、台风暴雨多发、水库工程较多等特点，为帮助各级防汛责任部门在确保水库工程安全的同时拟定对下游影响最小的调度方案，促进零失踪、零死亡、少损失的洪涝灾害防治目标实现，研发建立基于小型水库截留和实测土壤含水量的洪水预报模型，可进行洪水预报调度方案实时在线计算，联动上下游损失情况，科学确定调度方案，通过智能、科学、精确且直观的决策支持系统，实现洪涝灾害提前预防、科学决策、智能预警、量化调度。

主要性能指标洪水预报模型：预见期提高至6-72小时，总体精度提高近10%；运算效率提高3倍，实现滚动预报。

北斗通信保障率：解决了台风期间常规通讯中断问题，将监测数据传输成功率提高到98%。

北斗终端功耗：平均功耗≤6W，发射时≤100W。

智能预警系统：信息传输保障提高，误报、空报出现几率显著降低，系统待机功耗低，3节1号电池可连续工作2年以上。

适用范围适用于我国南方地区的洪水预报及库群联调。

技术特点考虑小型水库截流和实测土壤含水量提高模型精度；耦合气象数值预报数据延长预见期；利用并行计算和自适应矫正技术提高模型效率；通过实景三维展示洪水的演进过程，预估灾害损失，指引避洪转移；自动告警，针对可能淹没区域人员，通过多设备智能精准发布预警。

应用成本系统根据区域范围具体情况以及扩展性等方面实际要求，应用成本在300万元/套起。

典型案例案例1：2016年第21号强台风“莎莉嘉”影响海南，通过系统降雨预报图，判断暴雨中心位于牛路岭水库上游，通过洪水预报和三维平台展示不同下泄方案，最终选择提前预泄腾出拦洪库容，洪峰期控制下泄量减小下游危险，提前安全转移水库下游群众3127人。

系统预报方案通过了实测降雨洪水的验证，获得了海南防总的高度认可。

案例2：2018年第4号台风“艾云尼”影响海南，儋州市多个站点雨量超过300毫米，系统发送预警短信88条、预警广播379条，协助人员及时转移。

分布式系统结构及信息资源共享在洪水预报调度中的应用研究


资源的共享 等问题 ，需研 究以下 ４项技术问题 ：分布式计算 机 网络结构 、分布式数据库 、分布式数据通 信及数据库复制
技术 。
２ 分 布 式 系 统 结 构
（ 、区）的各单位约 ６ ０ 市 ０ ０多个节点组成市县横 向接入 网。 如图 １ ，利用 “ 数字福建”政务信息网及 ＭＰ ＳＶ Ｎ的 Ｌ Ｐ 建 设成果 ，采用 ＭＰ ＳＶ Ｎ技术 组建 防汛业 务专 网。省政 Ｌ Ｐ 务信 息网采用三层 ＭＰ ＳＢ Ｐ Ｖ Ｎ技 术，各级 防汛 部门 只 Ｌ Ｇ Ｐ 需分别配置 １台 Ｃ Ｅ设备，通 过 省直 机关宽带 网和 当地的市 县横 向接入 网 （ 以太城域 网）汇接到本地政务网 ＭＰ Ｓ网络 Ｌ
骨 干 节 点 Ｐ 。Ｐ Ｅ Ｅ和 Ｃ Ｅ之 间通 过 市 县 横 向 接 入 网 使 用 标 准 的 Ｉ 发 ，通 过 路 由协 议 ，Ｐ Ｐ转 Ｅ能 够 了解 防 汛 业 务 专 网 的 网
通 信网络和 计算机 网络 的体系结构分为 ４层，第一层为
省防汛办 ，第二层为设 区市防汛办，第三层为县市 区级，第 四层为监测站 。分布式数据库系统只分为 ３层，即省级 、设 区市级及县市 区级数据库。 省防汛办至各设 区市 防汛办 的通 信 信道 采用 “ 数字 福 建”的骨干线路 作为 主线路 ，ｘ．５作 为备用 线路 ，并 建立 ２
３ １ 省 政 务 信 息 网及 ＭＰ ＳⅥ ， 汛 专 网 ． Ｌ Ｎ防
群体性 、交互性 、分布性 、时效性 很强 的特征，为此，需要
建立分布式 的流域洪水预报和水库 群调度 系统 ，以便 实现流
域洪水预报和水库群调度的分布操作及信 息资源 的共享。 由
于系统涉及省市县 区的防汛、水文等多个部 门，系统 的结 构 和工作机制较为复杂，要 很好地解决系统 的分布操作 、信 息

电力系统流域模型在洪水预警中的实时性优化

电力系统流域模型在洪水预警中的实时性优化洪水预警对于保护人们的生命财产、减少灾害损失具有重要意义。

而电力系统流域模型在洪水预警中发挥着至关重要的作用。

本文将重点探讨电力系统流域模型在洪水预警中的实时性优化，并提出一些相应的解决方案。

首先，我们需要理解电力系统流域模型在洪水预警中的作用。

电力系统流域模型是通过建立水文数据、地理信息、降水数据等多种数据的组合模型，可以对洪水进行实时监测和预测。

通过分析洪水的变化趋势和对电力系统的影响，可以提前采取相应的措施来保护电力系统的安全运行。

然而，由于洪水的不确定性和复杂性，将电力系统流域模型应用于实时洪水预警中存在一定的挑战。

在这种情况下，我们需要采取一些措施来优化模型的实时性。

首先，我们可以采用并行计算的方法来提高电力系统流域模型的计算效率。

通过将任务划分为多个子任务，并利用并行计算的技术同时执行这些子任务，可以大大减少模型计算的时间。

同时，我们还可以利用分布式计算集群来提高计算速度，从而实现模型的实时性。

其次，我们可以引入数据压缩和传输优化技术来提高电力系统流域模型的实时性。

在实时洪水预警中，大量的数据需要被采集、传输和处理。

采用数据压缩技术可以将数据量减小，从而减少数据传输的时间和带宽占用。

同时，我们还可以利用数据传输优化技术，如数据压缩、数据冗余删除等，来提高数据传输的效率，从而降低数据传输的延迟，提高模型的实时性。

此外，我们还可以利用机器学习和人工智能技术来优化电力系统流域模型的实时性。

通过利用机器学习算法对历史洪水数据进行分析和建模，可以预测未来洪水的趋势，并提前采取相应的措施来保证电力系统的安全运行。

同时，我们还可以利用人工智能技术来对模型进行自适应调整和优化，从而提高洪水预警的准确性和实时性。

最后，我们需要建立一个完善的数据采集和处理系统，以保证电力系统流域模型能够实时获取和处理洪水数据。

这需要我们建立一个高效的数据采集网络，并应用现代化的数据处理技术，如大数据处理、云计算等，来快速处理大量的洪水数据，并提供实时的预警信息。

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入流节点
P 出流节点 入流节点 1 …… 入流节点 n
R
W 出 流 节
出流节点
串联
串联
串、并联复杂联接
入流节点 1
入流节点 2
……
入流节点 n
N
出流节点 1
出流节点 2
……
出流节点 m
并联
图 2 几种类型节点的联接方式 图 3 是一张有向的连通图。为了知道节点之间的计算先后顺序，用一种最简 单的拓扑关系来表达节点之间的联接：将图拆分成最小的子图，子图只包括一个 起始节点、一个终止节点以及这两个节点的联接。只需在数据库中建立一张节点 邻 接 表 （ NodesLink ） ，就可以把所有的子图的联接关系反映在数据库里，从而搞 清楚整个流域内节点的联接关系。图 3 的节点邻接表如表 1 所示。 图的存储结构还可以用邻接矩阵来表示。 图 3 可以用图 4 所示的矩阵来表示。 流 域 共 有 28 个 节 点 ， 所 以 该 矩 阵 是 28 × 28 的 方 阵 。 该 矩 阵 具 有 如 下 的 性 质 ：
表 2 终止节点 N1 N2 … G1 G2 R 类节点属性表 拟采用模型 马斯京根法 一维非恒定流法 … 马斯京根法 马斯京根法
节点名称 R1 R2 … R6 R7
起始节点 P1 N1 … N6 N6
K 2 … 1 1
X 0.45 … 0.45 0.45
节点名称 P1 P2 … P模型 面积 Nash 模 型 92.33 Nash 模 型 Nash 模 型 Nash 模 型 41.58 … 17.58 30.51
图 4 用邻接矩阵表示
106
参加第三届世界水论坛中国代表团论文集 用邻接矩阵表示法来存储图，在计算机程序中可用如下方法实现：定义一个 一维数组来存储各个节点的信息，例如节点类型等；定义一个二维数组来存储图 4 所示的邻接矩阵；定义两个整型变量分别储存图的节点数和边数；定义一个整 型 变 量 来 表 示 图 的 类 型 ， 例 如 用 0 表 示 无 向 图 ， 1 表示有向图等。 五、 流域洪水计算 流域洪水计算就是要搞清楚水在流域内的运动、分布和存储情况。计算包括 暴雨模拟、产汇流、河道洪水演进、流域内水利工程调度、平原区洪水泛滥以及 潮位模拟等一系列过程直到洪水流入大海。降水量扣除蒸散发、植物截留、洼地 储 蓄 以 及 补 充 土 壤 含 水 量 等 水 量 损 失 ，剩 下 的 部 分 为 净 雨 量 ，即 产 生 径 流 的 雨 量 。 净雨量的计算称之为产流计算。分布在流域各处的净雨，从不同地方向流域出国 断面汇集的过程乃是流域汇流的过程，汇流计算的目的就是计算流域出口断面的 洪水过程。洪水在河槽中的运动过程，我们称之为河道洪水演进。洪水水流受到 水利工程（如闸门、水库）的调蓄和控制，需要进行洪水的调度计算。另外洪水 在平原区的流动情况我们称之为平原区的洪水泛滥。无论是产汇流计算，还是洪 水 演 进 计 算 ，以 及 洪 水 泛 滥 的 计 算 等 ，都 有 比 较 成 熟 的 水 文 、水 力 学 模 型 来 实 现 。 问题是用什么样的办法才能把流域洪水计算的模型有机地结合在一起，实现流域 内洪水计算的一体化。 前面介绍了如何把流域概化成为节点图，下面将分析如何利用节点图来帮助 进 行 洪 水 计 算 。 假 设 我 们 采 用 节 点 邻 接 表 （ 如 表 1） 来 表 示 图 的 存 储 结 构 ， 再 建 立节点属性表，节点属性表包括节点编号、节点所采用的计算模型及其参数等信 息 。 表 2、 表 3 是 节 点 属 性 表 。
1 < Vi , V j >∈ E A[i, j ] = 0 < Vi , V j >∉ E
105
参加第三届世界水论坛中国代表团论文集
P5
P1
W1
R1
P2
P6
N5
N1
R5
R2
P3
图例
R
河道洪水演进 水量交汇点 产汇流分区 闸门 平原区
水库
N6
P7
G1
N
R6
N2
P
R3
G2
R7
N3
G
D
R4
W
D1
长度 15.52 12.45 … 8.86 7.62
坡降 0.04011 0.0417 … 0.02072 0.01353
在 进 行 洪 水 计 算 时 ， 可 以 选 择 流 域 内 任 意 一 个 节 点 V， 用 深 度 优 先 遍 历 法 上
P1 P2 R1 ... N 4 O
P1 P2 R1 ... N4 O 0 0 0 0 0 0 ... ... 0 0 0 0 1 0 0 ... 0 0 ... ... ... ... ... 0 0 0 0 ... 0 0 0 0 0 ... 1 0
103
参加第三届世界水论坛中国代表团论文集 出洪水在整个流域中的流动情况。 节点的有机联机就涉及到节点之间的拓扑关系， 解决好了流域的拓扑关系，就能使我们易如反掌地解决复杂流域洪水计算的模型 集成问题。 二、 洪水计算拓扑结构中的节点类型 进行流域洪水计算时要用到流域洪水模拟技术，运用各种模型来计算洪水过 程。为了计算方便，首先要对流域水系进行概化，即把 流域看成是由不同类型的节点联接在一起的一个有机整 体。节点类型主要有产汇流分区、河道洪水演进、水量 交汇点、水库、闸门和平原区。各种不同类型的节点其 计算方法是不同的，如 P 类（产汇流分区）节点所采用 的是产汇流模型，计算产汇流的方法可以用新安江模型 或其他方法；R 类（河道洪水演进）节点所采用的是水 文 学 或 水 力 学 模 型 ，如 马 斯 京 干 法 、一 维 非 恒 定 流 法 等 ； W 类（ 水 库 ）节 点 采 用 的 水 量 平 衡 法 进 行 水 库 调 度 等 等 。 节点类型的图例为图 1 所示。
其 物 理 意 义 也 很 清 楚 ，例 如 ， A[1,3]=1 表 示 P1 和 R1 是 连 通 的 ，而 且 方 向 是 从 P1 指 向 R1 。而 A[3,1]=0 则 表 示 虽 然 P1 和 R1 连 通 ，但 是 方 向 不 能 逆 转 ，即 不 能 从 R1 指 向 P1 。 这 样 一 来 ， 整 个 流 域 内 洪 水 的 流 动 方 向 都 可 以 从 该 矩 阵 中 得 到 了反映。
参加第三届世界水论坛中国代表团论文集
流域拓扑关系分析及其在鳌江流域 洪水预报调度决策支持系统中的应用
唐勇 胡和平 田富强
清华大学水利水电工程系
摘
要 ： 对 于 一 个 复 杂 的 流 域 ，我 们 在 进 行 洪 水 计 算 时 经 常 会 遇 到 洪 水 计
算模型系统集成的问题，过去人们一般用耦合的办法来解决该问题，但是 此方法缺乏灵活性和普适性。为了解决这个问题，本文提出了一个巧妙、 实用的分析流域洪水计算的拓扑分析方法。此方法的核心思想就是将流域 概化为一张节点图，对节点的属性、联接方式以及拓扑关系进行分析，运 用邻接表、邻接矩阵和深度优先遍历的方法解决了模型之间的集成问题。 该方法被应用到鳌江流域洪水预报调度决策支持系统当中，实践证明它能 提高系统运行的效率。该方法是一个简明但行之有效的流域洪水计算模型 系统集成的方法。 关键词：洪水 拓扑分析 鳌江 决策支持系统 一、 概述 防洪决策支持系统中的一个关键技术就是如何将相对独立的各个模型集成在 一个大的系统内进行整体计算，解决好模型之间数据的传递，提高系统运行的效 率。解决好这个问题对于全流域的洪水预报调度尤为重要。目前国内外的研究还 没有提出一个方便、有效的模型系统集成的办法。有人在尝试建立全流域的洪水 模 拟 模 型 ，对 各 部 分 统 一 求 解 。但 这 种 办 法 在 交 互 式 预 报 调 度 时 会 遇 到 诸 多 不 便 ， 而且对于各个不同的流域不可能用相同的全流域的洪水模拟模型。因此研究一种 方便的模型系统集成办法具有重要意义。 本文提出了一个实用的流域洪水计算系统集成的办法。对于河道特征比较复 杂、水利工程比较多的流域来说，洪水计算首先要将流域水系进行概化，将流域 概化成互相联系的不同类型的节点，不同类型的节点用到相应不同的计算模型。 节点类型有：产汇流分区、洪水演进的河道、水库、闸门和平原区等，相应要用 到的计算模型就是：产汇流模型、河道洪水演进的水文学或水力学模型、水库调 度模型、闸门调度模型和平原区洪水泛滥的水力学模型等。根据不同的流域，选 择适合该流域的模型算法。一些常见的水文或水力学模型已经为我们熟知，模型 的编制问题不大，但是在模型的集成时却会遇到很棘手的问题，那就是节点之间 的联接问题。只有搞清楚节点间是怎样联接的、节点间是怎样交换数据的、节点 的计算顺序是怎样的等问题才能将一个个分散的模型组成有机的整体，才能模拟
G3
N4
P4
G4
O
O
流域出口
图 3 流域概化图 表 1 节点邻接接表（NodesLink）
节点联接名称 P1-R1 P2-N1 R1-N1 … G4-D1 D1-G3 G3-N4 R4-N4 P4-N4 起始节点 P1 P2 R1 … G4 D1 G3 R4 P4 终止节点 R1 N1 N1 … D1 G3 N4 N4 N4
图例
R
河道洪水演进 水量交汇点 产汇流分区 闸门 平原区
N
P
G
D
W
水库
图 1 节点类型图例
三、
节点联接方式 流域内各个节点之间的联接方式大致分为三种： 串联， 并联以及复杂联机 （既
有串联又有并联） 。对 某 些 简 单 流 域 ，可 能 所 有 节 点 之 间 的 联 接 可 能 都 是 串 联 ，而 对 复 杂 流 域 ， 一 般 各 种 联 接 方 式 都 存 在 。 图 2 表 示 了 产 汇 流 分 区 节 点 （ P） 、河道 洪 水 演 进 节 点 （ R） 、 水 库 节 点 （ W） 以 及 水 量 交 汇 点 （ N） 与 其 他 节 点 之 间 的 联 接 关系。各个符号的意义同前。产汇流分区是洪水产生的源节点，因此该类节点没 有入流节点，而且它的出流节点只有一个，故此类节点与其他节点之间的联接为 串联。河道洪水演进节点是洪水在河道中演进的概化，它应该有一个入流节点和 一个出流节点，所以它与其他节点的联接方式也为串联。水量交汇节点是支流洪 水 交 汇 的 节 点 ，它 又 分 为 汇 流 节 点 、分 流 节 点 及 复 杂 节 点（ 既 有 汇 流 ，又 有 分 流 ） ， 所以联接方式一般为并联或复杂联接。水库是流域中对水流进行控制的节点，一 般它应该有一个或多个入流节点和一个出流节点，故为串联或复杂联接。闸门也 是流域中对水流进行控制的节点，它与其他节点的联接方式与水库节点类似。平 原区是流域中洪水泛滥的地方，它的情况一般非常复杂，在洪水计算中通常都对 它的边界条件进行简化。 四、 节点联接的拓扑表示方法 流 域 洪 水 计 算 中 ，通 常 是 要 把 流 域 进 行 概 化 ，图 3 是 一 幅 流 域 的 节 点 概 化 图 。 这样一张节点图能够直观地反映洪水的在流域内的流动方向，也反映了洪水计算