排水管理信息系統(tǒng)在防汛調(diào)度上的應(yīng)用

排水管理信息系統(tǒng)在防汛調(diào)度上的應(yīng)用

    摘要:天津市排水管理信息系統(tǒng)在防汛調(diào)度上的應(yīng)用
    關(guān)鍵詞:流量計 雨量計 降雨強度 顏色劃分 排水管理 信息系統(tǒng) 防汛調(diào)度
    1 引言
    天津市是我國北方重要的經(jīng)濟中心,城市排水設(shè)施是城市建設(shè)的基礎(chǔ)設(shè)施,搞好城市排水管理對城市的環(huán)境保護、城市的建設(shè)和規(guī)劃、城市的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)濟發(fā)展都具有重要作用。搞好城市的防汛排水工作,確保天津市的經(jīng)濟發(fā)展和人民生活正常進行至關(guān)重要。我處(天津市排水管理處)作為市區(qū)防汛排水的主要部門,對搞好防汛排水工作,使全市人民安全渡汛,起著關(guān)鍵性的作用。
    天津市排水管理信息系統(tǒng)是城市排水管理的綜合信息系統(tǒng),實現(xiàn)排水管理定量化、信息化和網(wǎng)絡(luò)化。天津市防汛調(diào)度系統(tǒng)作為排水信息管理系統(tǒng)的一部分,主要負(fù)責(zé)汛期的雨量、流量監(jiān)測,進行數(shù)據(jù)分析,提供調(diào)度依據(jù)。
    2 系統(tǒng)設(shè)計
    2.1整體設(shè)計
    排水地理信息系統(tǒng)在防汛調(diào)度上有很大的優(yōu)勢,按照我處排水地理信息系統(tǒng)規(guī)劃,降水時各地區(qū)降水量 、河道水位等動態(tài)信息可通過有線(無線)自動傳入系統(tǒng)計算機內(nèi),計算機結(jié)合存儲的排水設(shè)施情況及地形、地物等屬性可提前預(yù)報市區(qū)的積水地點及深度,并生成最佳排水調(diào)度方案,預(yù)測排除積水所需的時間,在遇特大降水時,根據(jù)地面高程特性(由地面高程形成的洪水緩沖區(qū))及地面建筑物特性(主要是建筑物的使用重要程度)生成最佳市區(qū)防洪、分洪方案,使洪水造成的損失減到最小。整體設(shè)計如下:
    2.2詳細設(shè)計
    具體要完成以下幾個方面的設(shè)計任務(wù):
    (1)實時預(yù)報積水點及深度。
    (2)生成最佳排水調(diào)度方案。
    (3)預(yù)測排除積水所需時間。
    (4)生成最佳市區(qū)雨水排瀝方案。
    3 系統(tǒng)安排
    3.1流量計、雨量計的安裝
    流量計、雨量計是確保防汛調(diào)度動態(tài)實現(xiàn)的硬件基礎(chǔ)。本系統(tǒng)采用的是超聲波多普勒流量計,將其安裝在各泵站,這樣既可以為監(jiān)測泵站運行提供可靠的數(shù)據(jù),又可以在降雨時全面掌握雨量情況。流量計、雨量計定時將流量等信息通過傳輸網(wǎng)絡(luò)傳入服務(wù)器,降雨時信息中心可隨時通過撥號查詢各地區(qū)降雨、泵站運行等情況。
    3.2數(shù)據(jù)庫的建立
    天津市防汛調(diào)度系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),組織存儲等均使用access數(shù)據(jù)庫,本系統(tǒng)的庫體主要包括圖形圖象數(shù)據(jù)庫、泵站數(shù)據(jù)庫。泵站數(shù)據(jù)庫中,采取每一泵站信息為一張表,泵站數(shù)據(jù)表中有泵站號、時間、泵流量、累計流量、雨量等字段,另有一張泵站號表,對泵站名與泵站號作出了一一對應(yīng),為以后歷史數(shù)據(jù)查詢做準(zhǔn)備。圖形圖象數(shù)據(jù)庫是由地形、地貌、等高線圖、系統(tǒng)流向、泵站運行示意圖及概貌、相關(guān)信息等攝影照片等組成,為圖形查詢、圖形顯示提供圖形基礎(chǔ)。
    在通常情況下,分布在各泵站的遠程流量計通過電話線自動兩小時一次向服務(wù)器傳輸原始數(shù)據(jù),系統(tǒng)自動整理數(shù)據(jù)后,將其存放在泵站數(shù)據(jù)庫中。這些數(shù)據(jù)為監(jiān)測泵站運行情況、分析雨量與積水關(guān)系提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
    系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的建立可以直觀、準(zhǔn)確的反映出排水系統(tǒng)流向、雨量流量對照關(guān)系,泵站運行情況,為防汛調(diào)度、提供數(shù)據(jù)保證做必要的準(zhǔn)備。
    3.3降雨強度與顏色劃分
    在降雨過程中,不同時間、不同地點的降雨強度各不相同,為更直觀的反映降雨情況,按照降雨強度的不同,分為小、中、大、暴、大暴、特大暴雨六種降雨情況,同時以六種不同的顏色加以區(qū)分。具體劃分見表1。
    表1   降雨強度 (mm/小時) 顏色
    小雨 < 15 淺藍色
    中雨  15~30 淺綠色
    大雨 30~50 淺黃色
    暴雨 50~100 淺紫色
    大暴雨 100~200 紅色
    特大暴雨 > 200 褐色
    3.4應(yīng)用實例
    眾所周知,防汛調(diào)度是一項實時性的工作,所謂實時是指防汛系統(tǒng)必須根據(jù)當(dāng)時的雨量情況、流量情況作出及時、準(zhǔn)確的調(diào)度。這樣,實時數(shù)據(jù)、及時分析,就成為及時調(diào)度的前提,依靠兩小時一次的定時數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)顯然是不夠靈活的。
    在天津市防汛調(diào)度系統(tǒng)中采用了撥號查詢的方式來解決實時問題。撥號查詢的基本原理是采用調(diào)制解調(diào)器進行通信,可對任意一個流量計進行撥號。當(dāng)流量計接收到調(diào)制解調(diào)器發(fā)出的指令,立即通過傳輸網(wǎng)絡(luò)將當(dāng)時的雨量、流量等信息通過調(diào)制解調(diào)器傳輸?shù)接嬎銠C,本機接收到數(shù)據(jù)后,立即進行處理分析。利用調(diào)制解調(diào)器進行通信,保證了數(shù)據(jù)及時、準(zhǔn)確,為進一步分析數(shù)據(jù)提供基礎(chǔ)。
    現(xiàn)在,以南開區(qū)北草壩積水點作為試點,具體說明如下。
    北草壩積水點面積約為127公頃,負(fù)責(zé)此區(qū)域排瀝的泵站為雅安道雨水泵站。降雨時,雨量計自動測取數(shù)據(jù),并通過傳輸網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳入信息中心,自動整理入庫。監(jiān)測人員可以進入該系統(tǒng),系統(tǒng)自動按顏色顯示當(dāng)前區(qū)域的降雨強度,同時可以通過實時監(jiān)測功能提取積水點降雨及泵站運行情況,包括泵站開車情況、流量大小、積水深度等。并以圖象及數(shù)據(jù)形式給予直觀顯示,達到簡明易懂的效果。另外,可進行進一步的分析,如預(yù)測排除積水所需時間及判斷應(yīng)開車臺數(shù)等。見圖1。
    3.5數(shù)學(xué)模型的建立
    任何的分析都要有數(shù)學(xué)模型作為基礎(chǔ),在數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上進行修正。在天津市防汛調(diào)度系統(tǒng)中主要需要預(yù)測排除積水所需時間的數(shù)學(xué)模型。
    開始降雨到積水退凈的時間為:
    t=[∫0t 降雨量·ψ·dt-管容積]/∫0tqdt
    其中,r為降雨量,ψ為徑流系數(shù),v為管容積,q為泵站流量。
    例如:雅安道泵站q=2.4米3/小時,一小時最大排除127公頃內(nèi)6.8mm的降雨,
    北草壩積水點面積約為127公頃;降雨時間110分鐘,降雨量26.5mm,積水深度30厘米。按照以上數(shù)學(xué)模型,加上修訂系數(shù),從開始積水到積水退凈的時間約為2小時。
    3.6積水范圍的確定
    本系統(tǒng)主要以34片積水地區(qū)為研究對象。在每一積水地區(qū),按照區(qū)域的高程情況,以等高線為基礎(chǔ),排水管道分布為依據(jù),確定積水范圍。當(dāng)排除部分積水后,再重新按照等高線分布情況確定積水范圍,直至積水安全排除。見圖2。
    3.7用戶界面的設(shè)計與實現(xiàn)
    良好的用戶界面是保證系統(tǒng)正常運行的一個重要因素。它影響到用戶對系統(tǒng)的應(yīng)用態(tài)度,并進而影響系統(tǒng)功能的發(fā)揮,考慮到系統(tǒng)的使用對象大多是非計算機專業(yè)人員,界面的設(shè)計有以下特點:
    (1)界面全部在窗口環(huán)境下開發(fā),用戶不需要掌握visual basic,access的命令和數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu),只需通過菜單、按扭、圖片即可作到正確操作。
    (2)提供提示和幫助,一些比較復(fù)雜的功能和操作,在屏幕上給出簡明的操作注明,以幫助用戶順利完成工作步驟。
    (3)盡量減少鍵盤輸入。通訊信息和共享信息由系統(tǒng)調(diào)入并顯示在屏幕上,由用戶檢查確認(rèn)等辦法來減少人工輸入可能產(chǎn)生的數(shù)據(jù)錄入質(zhì)量問題。
    3.8程序流程圖
    程序流程圖見圖3,源程序見附件。
    4 運行測試
    程序編制完成后都要經(jīng)過測試,由于天津市防汛調(diào)度系統(tǒng)的調(diào)試需要實時傳入泵站的流量、雨量,而在非汛期,無降雨,雨水泵站不開車。鑒于以上原因,又編制了一個終端模擬的程序供測試使用。終端模擬程序可以模擬汛期的雨量計,當(dāng)接收到本系統(tǒng)調(diào)制解調(diào)器發(fā)出的指令后,立即傳輸流量、雨量等數(shù)據(jù),系統(tǒng)接收到數(shù)據(jù)后,進行數(shù)據(jù)分析。
    通過測試,認(rèn)為本系統(tǒng)安全可靠,及時準(zhǔn)確。本系統(tǒng)預(yù)計在2000年汛期在處調(diào)度中心試運行。
    5 總結(jié)
    快速、準(zhǔn)確的防汛調(diào)度是對城市排水進行科學(xué)管理的重要手段,該系統(tǒng)的實現(xiàn)將對天津市的城市建設(shè)、發(fā)展、規(guī)劃及決策起到一定作用。

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