城市河涌防洪排澇動態預報控制方法及系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于水利工程領域，具體涉及防洪排澇動態預報控制方法及系統，特別是 用于城市河涌防洪排澇的動態預報控制方法及系統。
【背景技術】
[0002] -直以來，河涌防洪排澇水面線及出口流量實時預報是河涌整治設計與管理中的 重點難點問題。而現有傳統的預報計算方法往往存在以下問題:首先，傳統設計洪水計算一 般采用推理公式法和綜合單位線法，這兩種方式是推算設計洪水的常規方法，應用較廣泛， 但其主要適用于天然河道，而對于城市河涌，由于城市化的下墊面與自然地貌差異較大，暴 雨產匯流過程復雜，傳統方法往往預報不準;其次，傳統設計洪水計算往往將防洪與排澇計 算割裂開，獨立進行計算，排澇計算時僅考慮河涌的涌容，忽略內河涌行洪水位的變化及排 澇過程的動態性合。對于城市河涌，由于流域較小，洪水和內澇都是由本地降雨所產生，河 涌防洪關注河涌行洪水位及斷面過流能力，排澇關注河涌向外江的排水問題即栗站的裝機 容量，這兩者相互關聯，應當統籌考慮。
【發明內容】
[0003] 本發明的目的是針對以上要解決的技術問題，提供一種有效的、預報準確的城市 河涌防洪排澇動態預報控制系統。
[0004] 為了實現上述目的，本發明采用了以下技術方案：
[0005] -種城市河涌防洪排澇動態預報控制方法，其特征在于，包括以下步驟：
[0006] (1)采集流域內的實時雨量數據；
[0007] (2)使用GPRS通訊進行傳輸和接收所述實時雨量數據；
[0008] (3)根據衛星圖片確定下墊面類型，再根據所述下墊面類型與CN經驗取值表，查得 各區域的CN值；
[0009] (4)基于流域降雨-徑流模型計算洪水流量:利用采集的實時雨量數據P作為輸入 條件，利用衛星圖片提取下墊面類型確定CN值，將兩個參數輸入以下流域降雨-徑流模型， 通過降雨-徑流關系公式計算洪水流量Q:
[0010]
[0011] 其中，S為流域當時的可能最大滯留量，
[0012]
[0013] (5)基于耦合水閘過流、栗站排水的河涌一維水流數學模型，計算預報水面線及栗 站排水流量，所述一維水流數學模型為一維非恒定流圣維南方程組，對其進行求解，并基于 地形剖分河道河床斷面，計算水力半徑，再利用孔口自由出流公式及堰流公式計算水閘過 流，實現孔口自由出流到堰流的連續計算，最后設置流量節點控制栗的抽水流量，對栗站排 水進行耦合計算；
[0014] (6)對河涌行洪排澇水文參數的量進行實時預報:通過上述步驟(5)建立的一維水 流數學模型計算，實時輸出河涌洪水流量、河涌各位置的水位及栗站的排水流量。
[0015] -種城市河涌防洪排澇動態預報控制系統，其特征在于，包括如下模塊：
[0016] 數據采集模塊，其包括相連的雨量計和數據存儲器，用于采集并儲存實時雨量數 據；
[0017] 數據傳輸與接收模塊，其包括相連的通訊模塊和數據接收器，用于接收所述數據 存儲器輸出的實時雨量數據；
[0018] 防洪排澇預報模塊，其包括洪水量預報模塊、河涌洪水流量預報模塊、實時水位預 報模塊和栗站流量模塊，從而基于流域降雨-徑流模型計算洪水流量;以及
[0019] 預報成果輸出模塊，用于實時輸出經由防洪排澇預報模塊得到的河涌洪水流量數 據、實時水位預報數據和栗站流量數據。
[0020] 優選地，所述數據存儲器還包括與之相連的蓄電池，以及為蓄電池捕獲太陽能的 太陽能板。所述數據存儲器還包括無線數據輸出模塊，用于輸出實時雨量數據。
[0021] 所述通訊模塊優選為GPRS通訊模塊，所述數據接收器包括電連接的接收天線、電 臺、計算機和穩壓電源。
[0022] 與現有技術相比，本發明的有益效果是:本發明考慮了不同下墊面的變化條件，通 過實時采集河涌降雨量數據，輸入流域降雨-徑流模型，計算得到河涌洪水流量，再將洪水 流量作為邊界輸入耦合水閘、栗站的河涌一維水流數學模型系統，計算綜合考慮閘栗聯合 調度的防洪水面線、河涌過流能力及栗站排澇能力，實現河涌洪水流量、行洪水面線、沿程 水位、栗站排水流量的實時預報，本發明的方法及系統能夠有效、準確地動態預報城市河涌 防洪排澇情況，有利于城市河涌的管理、設計。
【附圖說明】
[0023] 圖1為本發明方法的步驟流程及系統模塊示意圖；
[0024]圖2為模型模擬河道范圍示意圖；
[0025] 圖3為模型連接及斷面位置示意圖；
[0026] 圖4為河涌出口流量過程預報圖；
[0027] 圖5為河涌行洪水面線預報圖；
[0028] 圖6為河涌閘上、閘下水位及栗站流量預報圖。
【具體實施方式】
[0029]下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】作進一步的說明，但本發明的保護范圍并 不限于以下實施例。
[0030] 本實施例以惠州市望江瀝河涌作為示例，開展城市河涌防洪排澇動態預報控制。
[0031] 如圖1所示，該城市河涌防洪排澇動態預報控制系統包括數據采集模塊，所述數據 采集模塊包括相連的雨量計和數據存儲器。通過雨量計采集實時雨量數據，該實時雨量數 據被存儲于數據存儲器中。優選地，所述數據存儲器還包括與之相連的蓄電池，以及為蓄電 池捕獲太陽能的太陽能板。所述數據存儲器還包括無線數據輸出模塊，用于輸出實時雨量 數據。
[0032] 本發明的城市河涌防洪排澇動態預報控制系統還包括數據傳輸與接收模塊，所述 數據傳輸與接收模塊包括相連的通訊模塊和數據接收器。所述通訊模塊優選為GPRS通訊模 塊，所述數據接收器包括電連接的接收天線、電臺、計算機和穩壓電源。通過GPRS通訊模塊， 數據接收器接收到數據存儲器輸出的實時雨量數據。
[0033] 本發明的城市河涌防洪排澇動態預報控制系統還包括防洪排澇預報模塊。該防洪 排澇預報模塊包括洪水量預報模塊，從而基于流域降雨-徑流模型計算洪水流量。該防洪排 澇預報模塊還包括河涌洪水流量預報模塊、實時水位預報模塊和栗站流量模塊。
[0034] 本發明的城市河涌防洪排澇動態預報控制系統還包括預報成果輸出模塊，該預報 成果輸出模塊可實時輸出經由防洪排澇預報模塊得到的河涌洪水流量數據、實時水位預報 數據和栗站流量數據，以供采取防洪排澇相關措施的參考。
[0035] 具體地，本發明的城市河涌防洪排澇動態預報控制方法包括以下步驟：
[0036] 1、雨量數據采集
[0037] 采集流域內的實時雨量數據，采集裝置包括雨量計，可將采集得到的實時雨量數 據存儲于數據存儲器中。
[0038] 2、數據傳輸與接收
[0039] 使用無線通訊，特別是GPRS通訊，將步驟1得到的實時雨量數據傳輸至數據接收 器。該數據接收器可包括接收天線、電臺、計算機和穩壓電源等組成。
[0040] 3、基于流域降雨-徑流模型計算洪水流量，從而預報洪水流量。
[0041 ]所述流域降雨-徑流模型是小流域設計洪水模型，該模型對流域降雨-徑流過程進 行模擬，該模型的降雨-徑流關系的最終表達式為：
[0042]
[0043] 式中，Q為徑流量(mm)(洪水流量）；P為降雨總量(mm)(實時雨量數據）；S為流域當 時的可能晶女滯留量槌型設i+者弓丨入下忒W確宙S，
[0044]
[0045] 該模型中主要的參數包括2個，分別為CN值及總降雨量，式中CN(Curve number，曲 線數)是經驗參數。用于描述降雨-徑流關系，反映下墊面情況。
[0046] 產流計算須提供2個輸入條件:①采集的雨量實時數據(P降雨總量）；②根據衛星 圖片確定下墊面的地類類型，再根據以下表1的經驗取值，查得各區域的CN值。將2個輸入條 件代入到上述流域降雨-徑流模型中，計算得到河涌的洪水量。
[0047]表1流域降雨-徑流模型的CN值 「nruRl
[0049] 4、基于耦合閘栗聯合調度的河涌一維水流模型計算預報水面線及栗站排水流量
[0050]