天津市排水管理信息系统在防汛调度上的应用

苗 茁 赵丽琴 张明杰
（天津市排水管理处）

1　引言

　　天津市是我国北方重要的经济中心，城市排水设施是城市建设的基础设施，搞好城市排水管理对城市的环境保护、城市的建设和规划、城市的工农业生产和经济发展都具有重要作用。搞好城市的防汛排水工作，确保天津市的经济发展和人民生活正常进行至关重要。我处（天津市排水管理处）作为市区防汛排水的主要部门，对搞好防汛排水工作，使全市人民安全渡汛，起着关键性的作用。
天津市排水管理信息系统是城市排水管理的综合信息系统，实现排水管理定量化、信息化和网络化。天津市防汛调度系统作为排水信息管理系统的一部分，主要负责汛期的雨量、流量监测，进行数据分析，提供调度依据。

2　系统设计

2.1整体设计
　　排水地理信息系统在防汛调度上有很大的优势，按照我处排水地理信息系统规划，降水时各地区降水量 、河道水位等动态信息可通过有线（无线）自动传入系统计算机内，计算机结合存储的排水设施情况及地形、地物等属性可提前预报市区的积水地点及深度，并生成最佳排水调度方案，预测排除积水所需的时间，在遇特大降水时，根据地面高程特性（由地面高程形成的洪水缓冲区）及地面建筑物特性（主要是建筑物的使用重要程度）生成最佳市区防洪、分洪方案,使洪水造成的损失减到最小。整体设计如下：

2.2详细设计
　　具体要完成以下几个方面的设计任务：
　　（１）实时预报积水点及深度。
　　（２）生成最佳排水调度方案。
　　（３）预测排除积水所需时间。
　　（４）生成最佳市区雨水排沥方案。

3　系统安排

3.1流量计、雨量计的安装
　　流量计、雨量计是确保防汛调度动态实现的硬件基础。本系统采用的是超声波多普勒流量计，将其安装在各泵站，这样既可以为监测泵站运行提供可靠的数据，又可以在降雨时全面掌握雨量情况。流量计、雨量计定时将流量等信息通过传输网络传入服务器，降雨时信息中心可随时通过拨号查询各地区降雨、泵站运行等情况。
3.2数据库的建立
　　天津市防汛调度系统的数据结构，组织存储等均使用Access数据库，本系统的库体主要包括图形图象数据库、泵站数据库。泵站数据库中，采取每一泵站信息为一张表，泵站数据表中有泵站号、时间、泵流量、累计流量、雨量等字段，另有一张泵站号表，对泵站名与泵站号作出了一一对应，为以后历史数据查询做准备。图形图象数据库是由地形、地貌、等高线图、系统流向、泵站运行示意图及概貌、相关信息等摄影照片等组成，为图形查询、图形显示提供图形基础。
　　在通常情况下，分布在各泵站的远程流量计通过电话线自动两小时一次向服务器传输原始数据，系统自动整理数据后，将其存放在泵站数据库中。这些数据为监测泵站运行情况、分析雨量与积水关系提供数据基础。
　　系统数据库的建立可以直观、准确的反映出排水系统流向、雨量流量对照关系，泵站运行情况，为防汛调度、提供数据保证做必要的准备。
3.3降雨强度与颜色划分
　　在降雨过程中，不同时间、不同地点的降雨强度各不相同，为更直观的反映降雨情况，按照降雨强度的不同，分为小、中、大、暴、大暴、特大暴雨六种降雨情况，同时以六种不同的颜色加以区分。具体划分见表1。

表1 降雨强度 （mm/小时） 颜色 小雨 < 15 浅蓝色 中雨 15～30 浅绿色 大雨 30～50 浅黄色 暴雨 50～100 浅紫色 大暴雨 100～200 红色 特大暴雨 > 200 褐色

3.4应用实例
　　众所周知，防汛调度是一项实时性的工作，所谓实时是指防汛系统必须根据当时的雨量情况、流量情况作出及时、准确的调度。这样，实时数据、及时分析，就成为及时调度的前提，依靠两小时一次的定时数据库中的数据显然是不够灵活的。
　　在天津市防汛调度系统中采用了拨号查询的方式来解决实时问题。拨号查询的基本原理是采用调制解调器进行通信，可对任意一个流量计进行拨号。当流量计接收到调制解调器发出的指令，立即通过传输网络将当时的雨量、流量等信息通过调制解调器传输到计算机，本机接收到数据后，立即进行处理分析。利用调制解调器进行通信，保证了数据及时、准确，为进一步分析数据提供基础。
现在，以南开区北草坝积水点作为试点，具体说明如下。
　　北草坝积水点面积约为127公顷，负责此区域排沥的泵站为雅安道雨水泵站。降雨时，雨量计自动测取数据，并通过传输网络将数据传入信息中心，自动整理入库。监测人员可以进入该系统，系统自动按颜色显示当前区域的降雨强度，同时可以通过实时监测功能提取积水点降雨及泵站运行情况，包括泵站开车情况、流量大小、积水深度等。并以图象及数据形式给予直观显示，达到简明易懂的效果。另外，可进行进一步的分析，如预测排除积水所需时间及判断应开车台数等。见图1。

3.5数学模型的建立
　　任何的分析都要有数学模型作为基础，在数学模型的基础上进行修正。在天津市防汛调度系统中主要需要预测排除积水所需时间的数学模型。
　　开始降雨到积水退净的时间为：
　　T=[∫0t 降雨量·Ψ·dt-管容积]/∫0tQdt
　　其中，R为降雨量，Ψ为径流系数，V为管容积，Q为泵站流量。
　　例如：雅安道泵站Q=2.4米3/小时，一小时最大排除127公顷内6.8mm的降雨，
　　北草坝积水点面积约为127公顷；降雨时间110分钟，降雨量26.5mm，积水深度30厘米。按照以上数学模型，加上修订系数，从开始积水到积水退净的时间约为2小时。
3.6积水范围的确定
　　本系统主要以34片积水地区为研究对象。在每一积水地区，按照区域的高程情况，以等高线为基础，排水管道分布为依据，确定积水范围。当排除部分积水后，再重新按照等高线分布情况确定积水范围，直至积水安全排除。见图2。

3.7用户界面的设计与实现
　　良好的用户界面是保证系统正常运行的一个重要因素。它影响到用户对系统的应用态度，并进而影响系统功能的发挥，考虑到系统的使用对象大多是非计算机专业人员，界面的设计有以下特点：
　　（1）界面全部在窗口环境下开发，用户不需要掌握Visual Basic，Access的命令和数据库结构，只需通过菜单、按扭、图片即可作到正确操作。
　　（2）提供提示和帮助，一些比较复杂的功能和操作，在屏幕上给出简明的操作注明，以帮助用户顺利完成工作步骤。
　　（3）尽量减少键盘输入。通讯信息和共享信息由系统调入并显示在屏幕上，由用户检查确认等办法来减少人工输入可能产生的数据录入质量问题。
3.8程序流程图
　　程序流程图见图3，源程序见附件。

4 运行测试

　　程序编制完成后都要经过测试，由于天津市防汛调度系统的调试需要实时传入泵站的流量、雨量，而在非汛期，无降雨，雨水泵站不开车。鉴于以上原因，又编制了一个终端模拟的程序供测试使用。终端模拟程序可以模拟汛期的雨量计，当接收到本系统调制解调器发出的指令后，立即传输流量、雨量等数据，系统接收到数据后，进行数据分析。
　　通过测试，认为本系统安全可靠，及时准确。本系统预计在2000年汛期在处调度中心试运行。

5 总结

　　快速、准确的防汛调度是对城市排水进行科学管理的重要手段，该系统的实现将对天津市的城市建设、发展、规划及决策起到一定作用。