监测地下水位水质消退水文实时预报系统

    水文预报指是指根据前期或现时的水文气象资料，对某一水体、某一地区或某一水文站在未来一定时间内的水文情况作出定性或定量的预测，为防汛抗旱、水库的施工调度、水资源的有效利用等提供依据。目前水文预报主要以水文模型为基础。流域水文模型的研究大约始于本世纪50年代，70年代至80年代中期开始蓬勃发展，按照建模原理来分类，流域水文模型可以分为概念性水文模型和系统理论水文模型，而对于概念性水文模型，根据对流域空间的离散程度，又可细分为集总式概念性水文模型和分布式水文模型。
    水文实时预报系统，包括数据输入模块、模型库和数据输出模块，模型库包括栅格单元的产流模块、子流域内的汇流模块、流域的河道汇流模块、实时校正模块。可利用预报过程中得到的最新信息，恰当地调整下一步预报中推算采用的数值或参数，即每次进行预报时，考虑包括现时段在内的以前一系列预报误差信息，根据自动控制理论的跟踪技术，对未来预报值进行校正，提高了水文预报精度。另外，采用基于栅格的分布式模型为基础，相比于传统模型，可以在数据量较少的流域运行。同时，具有可视化界面，操作实用性更强。     传统的模型为集总式物理水文模型，这类模型的基本特征是在模拟其径流的形成过程时将流域作为一个整体，一般通过将模型中的变量和参数取为平均值，简化整个流域。这样导致模型忽略了水文过程的空间分布差异，不能反映下垫面特性对降雨径流过程的影响。过去由于技术的限制，许多流域信息、特征不能及时准确地获得，虽然随着数字高程模型(DEM)、3S技术和雷达测雨技术的不断发展，降雨、地形数据等可以更方便地获得，但由于这类数据多基于数字高程模型，为特定大小的栅格形式，采用传统水文模型不能充分利用这些新技术提供的大量数据，使得模型运行缺乏实用性。水文模型主要采用观测到的历史水文实测资料等构建，其确定好的模型参数以及相关曲线等，反映的是以往情况下的相对最优取值或关系，用于未来的洪水预报时，实际状况大多与过去方案偏离，主要原因是在实际应用中，水文预报受到雨量资料、水文资料、设备、模型等带来的误差影响，并非一般性规律所能涵盖，实际应用中模型参数并非固定参数，而应是时变参数。用固定参数的水文模型进行水文预报时，预报结果必然发生偏差。同时，由于我国地域辽阔、河流众多、地形复杂，洪水灾害频繁发生且复杂多变，其造成的损失巨大，传统水文预报难以达到预报调度快速、准确的要求，因此，将"实时"的概念引入水文预报当中对水文预报模型进行校正，能够提高洪水预报的精度，其意义巨大。水文预报系统应以实用性为主，而无可视化界面的系统对操作人员技术要求较高的同时不易于录入及读取数据，实用性较弱。

    采用模型的蓄满产流原理与三层蒸发模型，先将流域划分为透水面积和不透水面积，不透水面积雨水直接产流，透水的区域按照蓄水容量曲线进行划分，将雨水划分为产流与土壤蒸发用水;蒸发计算采用三层蒸发模型，即上层、下层和深层;蒸发规则是:在上层土壤的水分蒸发完后，下层的土壤水分开始蒸发；当下层土壤水分蒸发完后，深层水分开始蒸发。子流域内的汇流模块用于计算各个子流域的地面径流、壤中流和地下水的出流情况;地面径流采用等流时线的方法进行汇流，其由许多条线组成，每条线上的栅格产流都会在同一时间到达子流域的出口断面;壤中流计算则是将所有子流域内的壤中流加总后，按照一个固定的消退系数进行规律地出流，以壤中流消退系数控制壤中流的出流的速度;地下水计算与壤中流的类似，采用地下水消退系数。查询选定时间段的降雨、径流、水位、模拟径流、实时模拟径流数据，也可添加新数据。系统还包括洪水预报功能界面，在洪水预报功能界面设置好降雨开始与结束时间以及土壤含水量，即可进行洪水实时预报。在每块单元流域内至少有一个雨量站;单元流域大小要适当，使得每块单元流域上的降雨分布相对比较均勾，并尽可能使单元流域与自然流域的地形、地貌和水系相一致，以便于能充分利用小流域的实测水文资料以及对某些问题的分析处理。采用计算原理的蒸散发模型、蓄满产流模型分别进行蒸散发计算、产流计算及分水源计算，水源划分，计算出每个栅格上的蓄水容量，得到栅格单元的产流量和地表径流、壤中流、地下径流三种水源，再进行汇流计算。确保实时降雨等数据的充分应用，并能够提取水系、流向、流域形状，地形坡度分布和其他地貌参数等，协助考虑水文要素和各种参数空间变化。实时水文预报系统，具有可视化界面，易于工作人员管理运行，且方便进行数据读取及输入，更具实际应用性。