流域洪水预报调度计算一体化模型的应用
李文波
【摘 要】在洪水预报调度计算中，通常针对特定工程项目，按照流域面积设置雨量站和水位站，收集雨水情数据，进行特定单元的洪水预报，再进行河道演进，实测洪水校正，叠加组合后得到控制断面的洪水预报过程，其叠加组合一般通过人工干预完成。文章考虑将流域各种计算单元概化为产流单元、洪水演进、汇流点、水库调度等节点类型，将节点按照上下游关系建立树型结构，形成拓扑关系，对节点的属性、连接方式以及上下游关系进行分析，运用深度优先遍历的方法处理各计算模块之间的连接问题，使流域洪水预报调度计算一气呵成，以提高系统运行的效率。 【期刊名称】黑龙江水利科技 【年(卷),期】2018(046)008 【总页数】3
【关键词】洪水预报调度；节点；拓扑关系；一体化模型
当前计算机技术日新月异，正在朝着巨型化、微型化、网络化和智能化方向发展。在单位甚至个人微型电脑上，就可对防洪减灾进行极其复杂的流域模型计算，并向人工智能的防洪决策支持体系发展。总体上看，对这一领域的研究，欧美发达国家处于世界先进水平，他们通过建立一些稳定可靠的流域洪水预报调度系统，不断推进该领域的科学研究与技术进步。
在引进与自我研究的发展过程中，我国对于洪水预报调度技术的研究与世界发达国家基本同步，流域水文计算模型经过多年的发展，推陈出新，已研究出自己的计算模型，如新安江产汇流模型，目前在模型各单元分部与组合计算方面
相当成熟，但在单元计算节点连接即一体化方面，多处于人工干预阶段。在弄清楚节点连接、数据交换、计算顺序等问题后，通过计算机技术，将分散的单元计算模型组合成有机体，单元节点的连接为一拓扑关系，处理好这种拓扑关系，是完成流域洪水预报调度计算一体化模型的核心[1]。
1 节点类型
在流域洪水预报调度中，将流域水系概化为计算单元节点，整个流域就是由这些不同类型的节点连接成的一个有机体，相互之间存在上下游关系，形成树型结构模型。节点类型主要有产流单元、洪水演进、汇流点、水库调度等。各种不同类型的节点其计算方法不同，即使是同类的节点也可采用不同的计算模型，如洪水预报单元的产流计算，可以使用新安江模型，也可以采用人工神经网络模型或黑箱模型；河道洪水演进节点可以用马斯京根法，也可以是非恒定流计算方法[2]。
2 节点拓扑关系
流域各计算单元节点之间的连接方式有串联、并联和混合型。小而简单的流域多为串联，较大或复杂流域，连接方式也就复杂，但多是串联、并联的不同组合。
在流域洪水预报调度计算模型中，流域产流计算单元是源节点，是流域洪水计算的最上一个节点，其与下一节点串联。洪水演进节点包括一个入流节点(河段上游控制断面)和一个出流节点(河段下游控制断面)，它与其他节点的连接方式为串联。汇流节点是支流洪水汇入干流的节点，或者是单元洪水演算的汇集点，两种连接方式均存在。水库是流域中唯一能对洪水进行调蓄的节点，有一个或多个入流、出流节点，连接关系复杂。
流域洪水预报调度计算中，把流域水系进行概化，节点树结构的上下游关系可以反映不同断面的洪水规模和状态，计算顺序次序一般是先计算上游节点，再计算下游节点。
采用树型结构可以简明扼要地反映各节点的拓扑关系，每一节点仅与其上下节点相关。以贵州都柳江大融水库洪水预报为例，其数据结构分为10个节点，其中石灰厂水文站为上游入流节点，其与永福区间预报洪水交汇叠加，得到永福水库入库洪水，经永福水库调度，其出流经河道演算到达大融水库，加鸠等其他6个产流单元的洪水直接演算到大融，在大融交汇，得到大融水库入库洪水，经大融水库洪水调度，其出流为本系统出口洪水，节点包括节点名称、关系码及类型码，见表1及图1。
3 模型计算
流域洪水预报调度计算模型主要由产流计算、洪水演进、洪水调度等子模型组成，通过拓扑关系构成一个有机的整体。整个过程先是降雨，同时产生蒸散发，下垫面植物截留，下渗补充土壤含水量等，剩下的部分成为径流，通过流域坡面漫流、地下水出露、河道汇流，最终从不同地方汇集到流域出口断面形成洪水过程。这个过程中涉及产汇流、洪水演进与水库调度等节点计算，通过建立节点连接的拓扑关系，就能实现流域洪水计算的一体化。 1)建立节点拓扑关系：
建立如表1类似的流域各计算单元节点拓扑关系，包括节点名称、节点类型、节点计算模型、节点参数等。不同类型的节点所选用的计算模型可以不同，通过这个节点关系属性实现模型选择。 2)建立计算模型参数库：
流域洪水预报调度计算一体化模型的应用
