數(shù)據(jù)庫(kù)在設(shè)計(jì)暴雨洪水參數(shù)修編中的應(yīng)用

劉蓬勃,李云鵬

(1.遼寧省水文局,遼寧 沈陽(yáng) 110003;2.遼寧省江河流域管理局,遼寧 沈陽(yáng) 110003)

數(shù)據(jù)庫(kù)在設(shè)計(jì)暴雨洪水參數(shù)修編中的應(yīng)用

劉蓬勃1,李云鵬2

(1.遼寧省水文局,遼寧 沈陽(yáng) 110003;2.遼寧省江河流域管理局,遼寧 沈陽(yáng) 110003)

中小河流設(shè)計(jì)暴雨洪水參數(shù),是水利規(guī)劃設(shè)計(jì)部門進(jìn)行暴雨洪水設(shè)計(jì)的重要依據(jù),2015年遼寧開展了《遼寧省中小河流(無(wú)資料地區(qū))設(shè)計(jì)暴雨洪水計(jì)算方法》修編工作,以基礎(chǔ)水文數(shù)據(jù)庫(kù)為依托,利用Java等開發(fā)語(yǔ)言,結(jié)合Arcgis Engine二次開發(fā)技術(shù)編制模型軟件,實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)暴雨洪水相關(guān)參數(shù)自動(dòng)計(jì)算,成果合理性檢驗(yàn)等功能,有效地解決了數(shù)據(jù)運(yùn)算量大、空間數(shù)據(jù)分析困難、計(jì)算精度低等實(shí)際問題.

中小河流;暴雨洪水;水文數(shù)據(jù)庫(kù);Arcgis Engine二次開發(fā)

1 概述

1998年,遼寧省水文局對(duì)本省設(shè)計(jì)暴雨洪水方法進(jìn)行了修編,利用最新資料重新計(jì)算了暴雨洪水參數(shù),當(dāng)時(shí)水文整編資料到1995年,并刊印了《遼寧省中小河流(無(wú)資料地區(qū))設(shè)計(jì)暴雨洪水計(jì)算方法》手冊(cè)(以下簡(jiǎn)稱"98手冊(cè)")."98手冊(cè)"在遼寧省水利工程設(shè)計(jì)、水文預(yù)報(bào)、特別是中小流域地區(qū)暴雨洪水設(shè)計(jì)中起到了重要作用,是工程設(shè)計(jì)的主要依據(jù),一直以來得到了廣泛應(yīng)用.隨著時(shí)間的發(fā)展,20多年來,人類活動(dòng)的影響,退耕還林政策的推動(dòng),水土保持工作取得的成果,遼寧省下墊面環(huán)境發(fā)生了巨大的變化,特別是西部干旱地區(qū),很多山區(qū)都已經(jīng)滿山綠樹.下墊面的變化不僅影響了當(dāng)?shù)貧夂?而且影響了該地區(qū)產(chǎn)匯流機(jī)制,各水文參數(shù)也發(fā)生了明顯變化,原有的產(chǎn)匯流參數(shù)以及小流域設(shè)計(jì)洪水推理公式的相關(guān)參數(shù)等,已不能適應(yīng)規(guī)劃設(shè)計(jì)部門的計(jì)算需求,因此需要對(duì)現(xiàn)有的各水文分區(qū)參數(shù)重新復(fù)核、修訂,以滿足規(guī)劃設(shè)計(jì)部門的要求.

2015年,遼寧省水文局開始對(duì)"98手冊(cè)"進(jìn)行修編工作.在以往的修編工作中限于當(dāng)時(shí)的計(jì)算條件,主要依靠手工計(jì)算各類繁雜的參數(shù),不僅效率低下而且精度不高,并且不利于大量的反復(fù)調(diào)算,嚴(yán)重影響了工作周期與成果的精確性.通過統(tǒng)計(jì),這次修編工作需要處理基礎(chǔ)數(shù)據(jù)3 000多萬(wàn)條,加之特征值的滑動(dòng)計(jì)算、成果的反復(fù)驗(yàn)算,數(shù)據(jù)運(yùn)算量會(huì)成倍增加.遼寧省基礎(chǔ)水文數(shù)據(jù)庫(kù)按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)早已建成,一直服務(wù)于遼寧省水利事業(yè),并多次在各類水利工程規(guī)劃設(shè)計(jì)、水資源論證與評(píng)價(jià)、防洪工程建設(shè)等工作中發(fā)揮重要支撐作用.因此開發(fā)基于基礎(chǔ)水文數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)暴雨洪水計(jì)算系統(tǒng),以輔助修編工作非常重要.該系統(tǒng)利用Java,Vb,Delphi等高級(jí)開發(fā)語(yǔ)言,結(jié)合Arc?gisEngine二次開發(fā)技術(shù),利用地理信息系統(tǒng)(GIS)及其空間分析處理技術(shù),編制模型軟件,實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)暴雨洪水相關(guān)參數(shù)自動(dòng)計(jì)算,成果自動(dòng)計(jì)算、合理性驗(yàn)算、成果對(duì)比等功能.

2 基礎(chǔ)水文數(shù)據(jù)庫(kù)

遼寧省國(guó)家基礎(chǔ)水文數(shù)據(jù)庫(kù)從1995年開始建設(shè),經(jīng)過水文人的不懈努力,水文數(shù)據(jù)庫(kù)已經(jīng)錄入了所有類型水文基礎(chǔ)數(shù)據(jù).目前水文數(shù)據(jù)庫(kù)系列長(zhǎng)度為112年(1902-2013年),依照國(guó)家"基礎(chǔ)水文數(shù)據(jù)庫(kù)表結(jié)構(gòu)及標(biāo)識(shí)符標(biāo)準(zhǔn)"(SL324-2005)建設(shè),共50張數(shù)據(jù)類表,約40萬(wàn)站年數(shù)據(jù).數(shù)據(jù)庫(kù)建立之初,數(shù)據(jù)質(zhì)量就受到了嚴(yán)格控制,并且開展了幾次大規(guī)模的校對(duì)和補(bǔ)錄工作,因此數(shù)據(jù)的完整性、一致性、正確性等指標(biāo),均已達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn).在多次實(shí)際應(yīng)用中也得到了很高的評(píng)價(jià),為水利水電設(shè)計(jì)、洪水預(yù)報(bào)、水資源論證等相關(guān)工作提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù).

這次修編工作依托于基礎(chǔ)水文數(shù)據(jù)庫(kù),并創(chuàng)建修編類工作表40余張,分別存儲(chǔ)修編工作中的中間過程數(shù)據(jù)以及成果數(shù)據(jù).

3 參數(shù)計(jì)算

3.1 暴雨基礎(chǔ)資料整理及分析

暴雨資料的選用時(shí)段為最大10 min、30 min、60 min、1 h、3 h、6 h、12 h、24 h、3 d共9個(gè)時(shí)段.主要來自基礎(chǔ)水文數(shù)據(jù)庫(kù)中的HY_MMXP_F(分鐘時(shí)段最大降水量表)、HY_HMXP_F(小時(shí)時(shí)段最大降水量表)和HY_DMXP_F(日時(shí)段最大降水量表),由于資料整編的原因,某些站進(jìn)行分鐘時(shí)段最大降水量整編而不進(jìn)行小時(shí)時(shí)段最大降水量的整編,因此需利用基礎(chǔ)水文數(shù)據(jù)庫(kù)中的HY_PREX_B(降水量摘錄表)進(jìn)行滑動(dòng)計(jì)算,得到這些站的小時(shí)時(shí)段最大降水量數(shù)據(jù).資料的選取主要考慮代表性好、系列長(zhǎng)、連續(xù)性較完整的雨量資料.

暴雨分析計(jì)算主要包括各時(shí)段最大降水量頻率分析及Cv均值等值線繪制、雨型分析、衰減指數(shù)分析、點(diǎn)面折減系數(shù)分析等.時(shí)段最大降水量頻率分析,主要利用基礎(chǔ)水文數(shù)據(jù)庫(kù)中時(shí)段最大降水量三張表中的數(shù)據(jù),開發(fā)頻率計(jì)算界面,通過人機(jī)交互的方式適線,將確定的Cv,Cs、均值等參數(shù)保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中,最后結(jié)合數(shù)據(jù)庫(kù)中測(cè)站基本信息表中測(cè)站空間信息.通過調(diào)用ArcgisEngine組件,將各時(shí)段頻率曲線參數(shù)展現(xiàn)在地圖中,以方便勾繪各時(shí)段Cv、均值等值線圖.雨型分析主要是以1 h為時(shí)長(zhǎng),對(duì)1 h、3 h、6 h、12 h、24 h、72 h按照大小內(nèi)包的原則,確定不同時(shí)段的位置及各小時(shí)雨量比例,主要用到基礎(chǔ)水文數(shù)據(jù)庫(kù)中的HY?PREX_B(降水摘了表).

3.2 洪水基礎(chǔ)資料整理及分析

洪水分析主要用到基礎(chǔ)庫(kù)中的HY_FDHE?EX_B(洪水摘了表),HY_YRQ_F(年流量統(tǒng)計(jì)表),以及降水相關(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù).洪水特性的分析,主要選取洪峰較高,洪量較大的洪水場(chǎng)次分析,中等流域主要選取集水面積在300～1 000 km2的水文站.小流域洪水特性分析主要選取集水面積在600 km2以下的水文站.

洪水特性主要分析洪水歷時(shí)時(shí)空分布特性規(guī)律、洪量時(shí)空分布特性、飽和及非飽和產(chǎn)流模型、三水轉(zhuǎn)化模型以及降水徑流經(jīng)驗(yàn)相關(guān)模型等.

4 成果驗(yàn)證分析

根據(jù)暴雨洪水分析得出的參數(shù)等成果,結(jié)合實(shí)際驗(yàn)證參數(shù)的合理性.選取流量數(shù)據(jù)代表性好、資料完整、系列長(zhǎng)的測(cè)站.洪量數(shù)據(jù)需要根據(jù)基礎(chǔ)水文數(shù)據(jù)庫(kù)中的HY_DQ_F(日平均流量表)、HY_FDHEEX_B(洪水摘錄表)進(jìn)行滑動(dòng)計(jì)算,分別對(duì)最大24 h、48 h、72 h、1 d、3 d、5 d,6個(gè)時(shí)段洪量進(jìn)行了計(jì)算與統(tǒng)計(jì),求出某一時(shí)段的最大洪量.然后對(duì)年最大流量以及各時(shí)段最大洪量進(jìn)行頻率分析,得出不同頻率下的設(shè)計(jì)值.再根據(jù)此次分析得出的暴雨洪水計(jì)算參數(shù),通過水文模型及小流域推理公式進(jìn)行計(jì)算得出計(jì)算結(jié)果.再對(duì)兩種方法得出的結(jié)果對(duì)比分析,即可驗(yàn)證參數(shù)的合理性.

5 結(jié)語(yǔ)

遼寧省無(wú)資料地區(qū)設(shè)計(jì)暴雨洪水方法修編工作,能順利完成基礎(chǔ)水文數(shù)據(jù)庫(kù)功不可沒.現(xiàn)如今,數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、空間數(shù)據(jù)分析技術(shù)以及程序智能化的發(fā)展已經(jīng)在各行業(yè)中發(fā)展并壯大,大量的水文計(jì)算如果沒有數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、空間數(shù)據(jù)分析技術(shù)等技術(shù)的支撐和輔助那是不可想象的.基礎(chǔ)水文數(shù)據(jù)庫(kù)是水文和水利行業(yè)的信息基礎(chǔ),基礎(chǔ)水文數(shù)據(jù)庫(kù)的應(yīng)用已經(jīng)越來越廣泛了,已經(jīng)深入到了水文及社會(huì)相關(guān)行業(yè)的各個(gè)層面,今后將為水文以及相關(guān)行業(yè)繼續(xù)提供強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)支撐.

TV12 < class="emphasis_bold">[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]B

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2017-07-11