計算機決策支持系統在水利工程的運行中發揮了日益重要的作用。為有效管理和使用金沙江下游梯級水電站的海量水沙監測及分析數據，長江三峽總公司金沙江籌建處組織研發了“金沙江下游梯級水電站水文泥沙數據庫及信息管理分析系統”（ 以下簡稱“基系統”） .“基系統”包含多個“子系統”,金沙江泥沙預報決策支持子系統（ 以下簡稱“泥沙決策支持子系統”） 是其中之一。泥沙決策支持子系統實現了“模型管理”和“模型調用”功能，并集成了“一維泥沙計算”相關模型，不僅為基系統管理各類水沙模型提供了便捷途徑，而且為基于金沙江水沙監測及分析數據進行決策支持提供了有力工具。

1 系統概述

1. 1 體系結構和功能劃分
泥沙決策支持子系統是金沙江下游梯級水電站水文泥沙數據庫及信息管理分析系統的核心子系統之一，其功能均是圍繞“模型”實現的。本文所述的“模型”,是指各類數學模型或經驗方法的計算機程序實現，這些計算機程序可依據模型參數和輸入數據進行分析計算，最終生成可用于決策支持的輸出數據，在泥沙決策支持子系統中，各類“模型”是以動態鏈接庫（ dll） 的形式存在的。

圖 1 是泥沙決策支持子系統的體系結構簡圖。由圖 1 可見，用戶可通過子系統的用戶接口模塊訪問模型庫模塊，實現對基本模型的管理和調用。在模型調用過程中，系統通過數據庫接口模塊，從內部數據庫和外部數據庫中獲取數據提供給模型或用戶使用。簡而言之，圖 1 中用戶接口模塊對應于系統的操作界面，它負責用戶與程序的可視化交互，模型庫模塊負責對各類模型的管理和調用，數據庫接口模塊負責數據的查詢獲取，為用戶瀏覽和模型運算提供數據?！緢D 1】

泥沙決策支持子系統實現了模型管理和模型調用功能，同時集成了一維泥沙計算的相關模型。模型管理功能包括模型的添加、查詢、更新、刪除和模型分類。模型調用功能賦予了用戶運行模型的能力，用戶可通過泥沙預報子系統的用戶接口選定模型、設置模型參數和輸入數據，并可在模型運行過程中通過監控界面實時跟蹤模型運行情況，最終可由系統的結果展示窗口將模型運行結果以可視化圖表和數據文件等多種形式呈現給用戶。子系統內集成的一維泥沙計算的相關模型見圖 2,此圖給出了泥沙決策支持子系統的具體功能劃分?！緢D2】

由圖 2 可見，泥沙決策支持子系統集成的一維泥沙計算相關模型共有 4 個。這 4 個模型可分為兩類，一類是前處理模型，另一類是水沙計算模型。前處理模型包括“斷面 ZAB 關系擬合模型”和“糙率率定模型”,一維水沙計算模型包括“一維泥沙計算模型”和“清水定床計算模型”.

“ZAB 關系擬合模型”中的 Z 為水位分級值，A 為過水面積分級值，B 為過水河寬分級值，此模型由河道斷面線各高程點的左岸起點距 x 和高程值 y 數據擬合不同水位分級值 Z 與過水面積 A 及過水河寬 B 函數關系，見式（ 1）.【1】


在糙率率定模型、一維清水計算模型和一維泥沙計算模型中，均需使用本模型擬合的 ZAB 關系。式中，x 和 y 分別為斷面高程點的左岸起點距和高程值。

糙率率定模型可利用基系統數據庫內的地形、水位和流量等實測數據率定用戶選定河段的糙率，率定結果用于一維清水模型、一維泥沙計算模型計算所需的初始河段糙率。

一維清水計算模型用于計算選定河段定床條件下的水流運動，分析不同工程方案對河段水流的影響，其計算成果包含選定河段特定時刻沿程各斷面的平均流速、平均水深、深泓高程值、水位值、過水面積、過水河寬、流量等。

一維泥沙計算模型用于計算動床條件下選定河段的水流泥沙運動，分析不同工程條件下河段的水流泥沙運動趨勢及床面沖淤變化，其計算成果包含選定河段沿程各斷面的含沙量、淤積重量、淤積體積、沖淤面積、糙率、平均流速、平均水深、深泓、水位、過水面積、過水河寬、流量、懸移質級配、床沙級配、床沙沖淤厚度和斷面沖淤面積。

泥沙決策支持子系統對模型的管理和調用是由模型庫模塊實現的，一維泥沙計算相關模型也由模型庫功能模塊維護調用，下面對模型庫功能模塊進行具體說明。

1. 2 模型庫模塊
模型庫模塊也可稱為模型管理系統，它是泥沙決策支持子系統的核心，其構成如圖 3 示。模型管理系統主要由 3 個部分構成，分別是模型字典、數據庫管理系統和模型庫?！緢D 3】

模型字典用來存放有關模型的描述信息（ 如限制、約束、參數等） 和模型的數據抽象。模型的描述信息用于支持模型管理，并用于反饋用戶查詢操作，模型的數據抽象是模型關于數據存取的說明，用于支持模型管理系統的數據通訊。

數據庫管理系統負責模型管理系統的數據操作，模型管理系統通過它與外部數據庫和內部數據庫進行數據交互，為用戶查詢、維護和運行模型提供有效數據源，并確保數據的安全性和完整性。

模型庫是模型管理系統的內核，它具體實現了模型的分類、增加、查詢、更新和刪除等功能，同時為用戶提供了檢索模型的接口，用戶可以通過可視化界面選擇、設置、運行模型，并可檢視模型的計算成果圖表和輸出的數據文件。

2 用戶界面及使用方法

2. 1 用戶界面
泥沙決策支持子系統是以 dll 形式為基系統加載調用的，其用戶界面與基系統一體相融，風格一致，圖4 是泥沙決策支持子系統加載至基系統后的界面圖。

由圖 4 可見，泥沙決策支持子系統加載至基系統后，基系統的界面將自動呈現為 4 個區域，其中區域①，②和③ 是泥沙決策支持子系統的內建界面，區域④是基系統的二維地圖展示控件?！緢D4】


圖 4 中的區域①是泥沙決策支持子系統的模型分類樹，此分類樹是開放的，用戶可通過鼠標右鍵彈出菜單添加、刪除、更改模型分類樹分支，并且可由模型分類樹定位模型。區域②功能并不單一，當進行模型維護時，此區域將顯示“模型管理”和“查找模型”選項卡，其中模型管理選項卡提供了模型信息瀏覽、調用模型、修改模型、刪除模型和添加模型的接口，查找模型選項卡則提供了以模型標題、模型作者和創建時間來檢索模型的功能。在進行模型調用時，區域②將顯示所調用模型的用戶界面，此類界面一般用于設置模型參數和選擇模型的輸入數據，并可跟蹤模型運行狀態，模型運行結束后，此區域用于選擇需要展示的計算結果，模型調用界面由模型實現人員設計。區域③是模型計算分析結果的圖表展示區，不同模型的計算成果有不同的展示形式，以一維水流泥沙數學模型為例，其可視化計算成果包含水面線圖、含沙量級配曲線（ 對數坐標） 圖、沿程沖淤體積曲線圖和斷面分組輸沙量餅圖等，區域 3 的圖表形式也由模型實現人員設計。

2. 2 使用方法
泥沙決策支持子系統的界面友好，各類操作均實現了可視化，對模型分類的管理可由圖 4 區域①中的模型分類樹實現，對模型的添加、更改、刪除、調用和查詢可由圖 4 區域②中的“模型管理”和“查找模型”選項卡實現，此類操作簡單直觀，這里不再贅述，本文重點介紹通過泥沙決策支持子系統調用模型的步驟。對于各類模型，泥沙決策支持子系統的調用流程均可按圖 5 進行?！緢D5】


3 應用范例

泥沙決策支持子系統集成的一維泥沙計算模型是一維恒定流非均勻沙不平衡輸沙計算模型，此模型用于預測用戶選定河段的水沙運動和沖淤變化。此模型的輸入數據有典型系列年的河段入口流量、含沙量和河段出口水位，以及用戶指定的初始地形，對此模型的調用，要遵循圖 5 給出的調用流程。

（ 1） 選定模型。有兩種方式，一是通過模型分類樹（ 圖 4 區域①） 定位，二是通過查找模型（ 圖 4 區域②） 選項卡查詢，圖 6（ a） 和圖 6（ b） 分別是以這兩種方式定位一維泥沙計算模型的操作界面?！緢D6】


經過模型定位操作，在圖 4 區域②的“模型管理”選項卡內，將會顯示如圖 7 所示的模型信息。此時，以鼠標左鍵單擊圖 7 中的“調用模型”按鈕，圖 4 區域②將會自動加載一維泥沙計算模型的前期處理界面，圖8 給出了一維泥沙計算模型的輸入數據選擇界面和參數設置界面。

（ 2） 前期處理。由圖 8 可見，在一維泥沙計算模型的輸入數據選擇界面上，可以通過“測站選擇”相關下拉框確定計算河段的起止測站，用戶可以此限定研究河段。地形數據測取時段限定相關下拉框用于限定一維泥沙數學模型計算所采用的初始地形的施測年份。水沙數據時段限定相關下拉框用于限定河段入口流量和含沙量的施測年份?！緢D7.圖8】


在圖 8 的計算參數設置界面上，一維泥沙計算的參數可分為 3 類，其中的模型計算相關參數用于限定計算時段總數、挾沙能力系數、保存時間間隔和典型年計算的循環輪次等。水沙相關參數有恢復飽和系數和懸移質分組數等，此外還有地形相關參數的設置接口。這些參數是水沙數學模型的常見參數，在本系統的用戶手冊中有詳細說明。

（ 3） 運行模型。模型輸入數據和計算參數設置好后，便可點擊圖 8 中的運行模型按鈕運行模型，此時界面上將自動顯示如圖 9 所示的模型運行所處階段的文字信息和運行狀態滾動條，用以提示用戶模型當時的運行情況?！緢D9】


當模型計算順利完成后，將會彈出一信息框，告之用戶模型的最終運行狀態，在用戶確認后，系統將自動在計算結果展示面板（ 圖 4 區域③） 內呈現出模型計算結果。

（ 4） 結果檢視。不同模型具有不同類型的計算結果，它們在系統結果展示面板的表現形式也各有差異。

對于一維泥沙計算模型而言，其計算結果包含了多種物理量，就其自身而言，對其計算結果的可視化也有多種形式，圖 10 給出了斷面分組輸沙量餅圖。由圖 10可見，在一維泥沙數學模型運算完畢后，在圖 4 的區域②中，系統自動添加了一個“計算結果展示”選項卡，在此選項卡內，用戶可以選擇需要展示的物理量、可視化所用的圖表類型和日期等要素。圖 10 中的彩色餅圖，是計算河段中特定斷面的分組輸沙量圖。由于一維泥沙模型計算結果輸出的物理量種類繁多，本文不再展開說明?！緢D10】


4 結 語

金沙江泥沙預報決策支持子系統是金沙江下游梯級水電站水文泥沙數據庫及信息管理分析系統的重要組成部分，“模型管理”和“模型調用”功能的實現，為基系統管理各類水沙模型提供了便捷途徑，并為基系統提供了模型擴展接口。子系統集成的“一維泥沙計算”相關模型，可基于金沙江水沙監測及分析數據進行分析計算，調用便捷，界面友好，可為金沙江水沙決策提供有力支持。

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