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黄河防洪调度系统（一期）建设方案2007年11月张金良 一、防洪工程体系概述一、防洪工程体系概述 二、系统总体设计二、系统总体设计 三、子系统及功能模块建设方案三、子系统及功能模块建设方案 四、系统的数据库建设方案四、系统的数据库建设方案 五、系统建设管理五、系统建设管理汇报主要内容汇报主要内容一、黄河下游防洪一、黄河下游防洪工程体系概述工程体系概述陆浑陆浑故县三门峡三门峡小浪底小浪底（一）上拦工程三门峡水库三门峡水库 坝址以上流域面坝址以上流域面积积68.868.8万万kmkm2 2，控制，控制黄河水量的黄河水量的89%89%，黄，黄河沙量的河沙量的98%98%。最高。最高防洪运用水位防洪运用水位335.0m335.0m，防洪库容，防洪库容约约5555亿亿m m3 3。汛限水位。汛限水位305m305m，必要时降到，必要时降到300m300m 小浪底水库小浪底水库 控制流域面积控制流域面积69.4万万km2，设计正常蓄水位，设计正常蓄水位275m，总库容，总库容126.5亿亿m3，其中淤沙库容，其中淤沙库容75.5亿亿m3，长期有效库容，长期有效库容51亿亿m3，防洪库容，防洪库容40.5亿亿m3。前汛期汛限。前汛期汛限225m，后汛期汛限，后汛期汛限248.0m。最高防洪运用水。最高防洪运用水位位275m。陆浑水库陆浑水库 陆浑水库位于伊河中游，控制流域面积陆浑水库位于伊河中游，控制流域面积3492km2，设计总库，设计总库容容12.1亿亿m3。前汛期汛限水位。前汛期汛限水位315.5m，库容为，库容为5.1亿亿m3；后汛期汛；后汛期汛限限317.5m，库容为，库容为5.8亿亿m3。故县水库故县水库 故县水库位于黄河支流洛河的中游，控制流域面积故县水库位于黄河支流洛河的中游，控制流域面积5370km2，设计总库容设计总库容11.75亿亿m3。前汛期汛限水位。前汛期汛限水位527.3m，库容为，库容为5.2亿亿m3；后汛期汛限后汛期汛限534.3m，库容为，库容为6.4亿亿m3。（二）下排工程右岸长右岸长624km左岸长左岸长747km孟津堤孟津堤孟津堤孟津堤太行堤太行堤太行堤太行堤左岸左岸左岸左岸右岸右岸右岸右岸右岸右岸右岸右岸贯孟堤贯孟堤贯孟堤贯孟堤 1 1、临黄大堤、临黄大堤 左岸从孟县中曹坡起，右岸从郑左岸从孟县中曹坡起，右岸从郑州市邙山起，共长州市邙山起，共长1371km1371km。加上北金堤、沁河堤、大。加上北金堤、沁河堤、大清河堤、东平湖围堤、河口堤等，黄河下游各类堤防清河堤、东平湖围堤、河口堤等，黄河下游各类堤防总长总长2291km2291km。左岸左岸黄河大堤设计防洪标准为：黄河大堤设计防洪标准为：花园口花园口 22000m22000m3 3/s/s；艾山以下艾山以下 11000m11000m3 3/s/s。2 2、河道整治工程概况、河道整治工程概况 主要包括险工和控导护滩工程两部分主要包括险工和控导护滩工程两部分险险 工工控控 导导 目前，黄河下游大堤有险工目前，黄河下游大堤有险工143143处，坝、垛处，坝、垛53725372道，工程长度道，工程长度337km337km （1 1）险工）险工 目前有控导护滩工程目前有控导护滩工程227227处，坝、垛处，坝、垛45344534道，工道，工程长度程长度447km447km （2 2）控导护滩工程）控导护滩工程1 1、东平湖滞洪区、东平湖滞洪区 涉及山东省东平、涉及山东省东平、梁山、汶上三县共梁山、汶上三县共29.0629.06万人，总面积万人，总面积627km627km2 2，有耕地，有耕地47.3747.37万亩。总分洪万亩。总分洪能力能力8500m8500m3 3/s/s。总库。总库容为容为30.430.4亿亿m m3 3。（三）分滞洪工程东平湖2 2、北金堤滞洪区、北金堤滞洪区 是防御超标准洪水的重要工程措施之一，滞是防御超标准洪水的重要工程措施之一，滞洪区面积洪区面积2316km2，涉及豫、鲁两省七个县（市），涉及豫、鲁两省七个县（市）约约157万人。渠村分洪闸设计分洪流量万人。渠村分洪闸设计分洪流量10000m3/s，有效分洪水量，有效分洪水量20亿亿m3。张庄退水闸。张庄退水闸设计退水流量设计退水流量1000m3/s。北金堤二、黄河防洪调度二、黄河防洪调度系统总体设计系统总体设计（一）系统开发目标 建成防洪调度软件系统，较为全面地支持黄河中下游洪水水（沙）调度与管理的主要技术业务，使分析计算过程更加高效、直观，使决策的准确性和时效性进一步增强。探讨将水库、河道冲淤数学模型应用于实时洪水泥沙调度，力争获取成熟经验，为今后全面、成熟应用冲淤数学模型打下坚实基础，为科学调度现有防洪工程、有效地减少洪水泥沙灾害提供决策支持。黄河防洪调度系统初步设计系统开发目标系统开发目标huangheshuiliweiyuanghuifangxunban1、潼关水沙过程预估（二期）预估潼关水沙过程，并作为干流河段的上边界基本输入项2、洪水调度预案分析 包括常规预案分析计算、特定目的的方案分析和设计洪水的相关分析计算等3、实时洪水（水沙）调度方案分析 实时洪水（水沙）调度方案分析计算、调水调沙方案分析计算、单库及多库组合调度计算等4、水库调度监测信息应用 提取相关系统的水库水情及调度监测信息，对水库调度进行实时监督5、调度方案评估 对调度方案进行综合而概要的评估分析，形成方案比选依据（二）系统的主要功能适应现有工程体系特点体现黄委最新水（沙）调控思想提供预案分析和实时调度方案分析的辅助决策功能实现清晰的调度业务流程并优化系统结构体现多重耦合概念融合实用性和先进性充分利用现有资源，贯彻整合开发要求探讨泥沙冲淤模型与清水模型的耦合机制（三）系统开发建设的主要思路（四）覆盖范围（1）黄河小北干流龙门和相关支流的河津、状头及华县站 至潼关河段（二期）（2）黄河潼关至花园口河段，包括：洛河流域：故县水库及其以下；伊河流域：陆浑水库及其以下；沁河流域：五龙口与山路平站以下；黄河干流：三门峡、小浪底两个大型水库；（3）黄河花园口至利津河段，包括：东平湖、北金堤两个蓄滞洪区。（五）系统（一期）建设内容（1）（1）洪水调度预案分析计算子系统；（2）实时洪水（泥沙）调度方案分析计算子系统；（3）调度方案评估子系统；（4）三花区间洪水预报与调度耦合与接口；（5）水库调度监测信息应用；（五）系统（一期）建设内容（2）（6）选择现有成熟的水库、河道泥沙冲淤数学模型进行 整合 、改造与并进行耦合应用；（7）历史水沙数据库和系统专用数据库建设；（8）相关标准体系建立;（9）硬件网络基础环境建设；（10）系统业务运行与服务模块开发；系统软件开发与集成。1、防洪调度流程分析黄河中游产汇流、沙数值模型龙门、华县、潼关历史水沙数据库神经网络模型龙门水沙过程华县水沙过程小北干流揭河底模型实测渭河下游揭河底模型实测潼关水沙过程实测水沙预报水沙预报分洪河道水沙演进模型花园口水沙过程黄河下游河道水沙数学模型集黄河下游分滞洪区分洪模型黄河下游河道水沙数学模型集利津水沙过程不分洪方案评估模型灾情评估模型返 回 计算实测实测预报预报CCC四库联合优化调度模型B下达调度指令三门峡出库含沙量预测三门峡调洪模型三门峡冲淤数模集水沙耦合三门峡出库水沙过程冲淤量分布ABCC小浪底异重流数模小浪底入库水沙过程降水预报小浪底调洪模型小浪底冲淤数模集冲淤量分布水沙耦合小浪底出库水沙过程实测三花间产汇流数值模型三小间洪水过程卢氏洪水过程东湾洪水过程故县调洪模型陆浑调洪模型实测实测白马寺洪水过程龙门镇洪水过程黑石关洪水过程武陟洪水过程小花干洪水过程实测ACBBC 黄河防洪调度业务流程示意图孙口水沙过程（六）系统总体设计黄河防洪调度系统2、系统功能结构图系统总控实时水沙调度方案分析潼关水沙过程预估洪水调度预案分析水库调度监测信息应用调度评估与决策水沙过程相似分析生成水沙过程预估模型计算黄河流域模型系统应用设计洪水计算洪水预案设定水库调度方案分析蓄滞洪区运用方案分析实时洪水调度方案生成实时洪水调度方案设定洪水调度方案分析实时洪水调度方案管理实时洪水预报与调度耦合处理监测与调度信息管理水库监测信息获取调度监测信息应用灾情估算与分析方案综合指标分析方案比较与分析系统接口与系统管理黄河防洪调度系统3、系统总体逻辑结构 系统总体逻辑结构图业务运行管理与服务业务运行管理与服务应用管理与服务ArcGIS开发组件和环境、三维虚拟环境潼关水沙过程预报洪水调度预案分析与计算实时水沙调度方案分析与计算调度评估决策模 型集算 法库应用层服务层数据层水库调度监测信息应用防汛公用基础数据库水沙调度专用数据库用户黄河防洪调度系统4、系统总体业务运行流程黄河防洪调度系统5、关键技术支持（1）标准化整体模型包装在整个系统流程中，将调度业务计算、数学模型等整体包装成相对独立的计算过程，通过其输入和输出与其他模块发生关联。对于特殊模型，如异重分析计算模型，通过开发其（专用）预处理功能模块为其提供输入数据，在此基础上对各模型的输入、输出模块进行最大可能的标准化和规范化处理。（2）标准化、通用化算法（方法）调用机制在设计上实现参数与算法的分离，增强其通用性，减小重复开发量，优化系统运行机制。6、关键技术支持（续）（3）数据库、方法库、模型库、任务链分级管理，实现处理任务增减和选择的灵活性任务链是用户提交的计算任务的一种表现形式，这种提交的任务可以是某一单个水库的调洪计算、几个水库的联合调度计算乃至四库联合调度等。在计算时，将计算任务（翻译）编辑成任务链，提交计算。实现上述计算模式的前提是，对数据库（参数及实时数据等）进行标准化的、绝对独立的设计，在此基础上设计通用性方法库。由多个不同方法、模型等逻辑上构成系统的任务链，同时使任务链的修改灵活方便，从而提供系统运行的灵活性。7、关键技术支持（续）故县水库设计调度规则河道洪水计算蓄滞洪区运用规则与基础计算调度业务规则与计算流程的关系陆浑水库设计调度规则三门峡水库设计调度规则小浪底水库设计调度规则黄河中下游防洪调度规则故县水库基础计算模块集小浪底水库基础计算模块集三门峡水库基础计算模块集陆浑水库基础计算模块集黄河防洪调度系统7、关键技术支持（续）水库调节计算及其下游河道演算河道演算：M（N2,N3)N2，N3分别为河段上下游计算输入和输出入库过程水库调洪水 库 下 游河道演算输入过程记录号N1输出结果记录号N2演算结果记录号N3水库调节：R（N1,N2)N1，N2分别为计算输入和输出（R内部嵌有水库本身的防洪调度规则）主要计算流程的实现方式7、关键技术支持（续）过程线相加模块：A（T，N1，N2，Nn，NR，Nout）T输入过程总数 N1，Nn 分别为若干方向的来水过程 NR 为区间洪水预报结果 Nout叠加计算输出结果河 道 演 算（输 入 记录号N1）交汇处流量合成区间洪水预报结果过程线相加计算河 道 演 算（输 入 记录号N1）.河 道 演 算（输 入 记录号Nn）NRNout主要计算流程的实现方式7、关键技术支持（续）R（N1,N2)M（N2,N3)A（T,Nx,NYNZ,Nout）R（.)M（.)A（.）.A（.,N总出口断面过程）全局调度规则主控单一调度条件的完整计算流程控制参数输出结果完全规则调度实时调度调水调沙调度特定条件调度计算单库计算多库组合计算满足条件后终止主要计算流程的技术实现方式主要业务功能7、关键技术支持（续）（4）预报与调度有机耦合将洪水预报系统与洪水调度系统有机地耦合，最大程度发挥洪水调度系统功能、增长预见期、提高洪水预警预报时效性的重要手段。耦合包括两方面的内容，一是数据的耦合，二是功能的耦合。由于现行防汛责任制的分工，黄河流域洪水预报和洪水调度两个系统的耦合属异地耦合，所以，应用技术先进、适应性强的中间件技术，构建中间层应用服务系统，在两个子系统之间构建一个支持异构数据库或操作平台的统一数据应用接口、实现软件系统的异地运行。7、关键技术支持（续）（5）水、沙耦合处理1）标准化设计条件下的水沙模型耦合处理在整个系统流程中，将整体的泥沙数学模型包装成相对独立的计算过程，通过其输入和输出与其他模块发生关联。实现最大可能的的标准化和规范化处理。同时，将泥沙数学模型与默认的流量、水量计算模块有机地“并列”起来，为泥沙过程和流量过程的耦合创造最为直接的条件，即，泥沙数学模型在分析计算过程中为可选计算内容。水沙耦合分析计算过程（如下页图所示）。2）分环节水（沙）模型耦合处理3）多个过程比选的水（沙）模型耦合处理7、关键技术支持（续）水沙耦合分析计算过程图上游水沙上游水沙计算结果计算结果洪水分析计算模块洪水分析计算模块水沙耦合分析计算水沙耦合分析计算泥沙冲淤及异重流分析计算模型泥沙冲淤及异重流分析计算模型泥沙冲淤及异重流分析计算模型水水沙沙耦耦合合分分析析处处理理（包包括括自自动动或或人人机机交交互互水水沙沙过程分析选择）过程分析选择）水沙耦合水沙耦合分析结果分析结果黄河防洪调度系统8、和相关系统的关系 与相关模型、与相关模型、系统之间关系示意图系统之间关系示意图中国洪水预报系统黄河防洪调度系统黄河防洪调度系统水库泥沙冲淤数学模型水库异重流数学模型黄河下游水沙演进数学模型洪水泥沙联合调度模型库群优化调度模型实时水情信息系统等现有系统相关水库调度系统黄河预报调度管理(耦合)系统整合改进 优化提高黄河防洪调度系统三、子系统及功能模块三、子系统及功能模块建设方案建设方案潼关水沙过程预估子系统水沙过程相似分析生成神经网络模型、揭河底模型水沙过程计算潼关水沙过程预估子功能结构图黄河流域模型系统应用（一）潼关水沙过程预估子系统（二期建设，本期预留接口）黄河防洪调度系统 潼关水沙过程预估子系统工作流程图结果输出实时数据、历史数据获取揭河底模型计算神经网络模型计算过程线分析确定多种水沙过程比较分析与确定计算方式确定过程线相似法分析生成黄河流域模型计算黄河流域模型数据准备黄河流域模型计算结果后处理实时数据、历史数据获取（一）潼关水沙过程预估子系统黄河防洪调度系统洪水调度预案分析与计算子系统功能结构图洪水调度预案分析与计算子系统设计洪水计算洪水预案设定水库群调洪演算洪水演进计算蓄滞洪区调洪演算（二）调度预案分析与计算子系统黄河防洪调度系统洪水预案调度子系统业务运行洪水预案调度子系统业务运行流程图流程图典型洪水数据准备选择典型洪水数据初始状态文件，四库调度状态设置洪水调度预案计算方案重要断面过程计算三门峡、陆浑、故县、小浪底水库初步调度结果、花园口洪峰、洪量等花园口流量、水量等三门峡、陆浑、故县、小浪底水库正式调度结果、花园口洪峰、洪量等水库调度预案分析生成防洪调度预案洪水演进计算花园口以下各站流量、水量等制订分滞洪区分洪预案满足分洪分滞洪区分洪预案分析不满足分洪入海东平湖、北金堤分滞洪区分洪运用结果、分洪水量、下游站洪峰流量等结果合理是否（二）调度预案分析与计算子系统黄河防洪调度系统实时水沙调度子系统三花区间实时洪水（水沙）预报（预报调度耦合）实时水沙调度方案生成黄河中下游水库、蓄滞洪区的联合实时水沙调度方案管理实时水沙调度方案设定实时水沙调度与调水调沙方案分析实时水库洪水调洪水库泥沙冲淤数学模型水沙耦合河道实时洪水（水沙）演进蓄滞洪区分洪调度模型 实时水沙调度子系统实时水沙调度子系统功能结构图功能结构图（三）实时水沙调度子系统黄河防洪调度系统实时水沙调度子系统顶层数据流程实时水沙调度子系统顶层数据流程多个实时水沙调度方案三花区间实时洪水（水沙）预报拟订实时水沙调度方案黄河中下游水库及蓄滞洪区实时水沙调度方案生成实时水沙调度方案管理水沙调度方案实时分析与修正获取实时水沙调度方案计算任务潼关水沙过程预估三花区间降水预报水沙预报结果库水沙调度库实时水、沙数据数学模型专用库水库调度算法库社经数据库蓄滞洪区调度算法库推荐实时水沙调度方案实时工、灾情数据（三）实时水沙调度子系统黄河防洪调度系统子系统主要功能：本子系统用于实时调度决策评估，建立实时调度决策的多指标综合评价递阶结构体系，使之能反映出流域可控制的防洪工程措施(水库、蓄滞洪区等关键防洪控制点)综合运用的效果，并能反映出防洪效益、局部利益和整体利益、防洪风险等方面的要求，本子系统分两期实施。在一期中将就与调度方案相关指标关系密切的项目进行评估分析，暂不考虑进行特别详细的社经指标等项目的分析计算。（四）调度评估决策子系统 水库调度监测信息应用子系统监测与信息管理调度水库监测信息获取调度监测信息应用实时水情监测信息获取视频监测通道连接调度指令获取实时水情管理视频监测管理调度指令管理实时水情查询服务视频监测信息查看调度指令查询与分析方案执行情况对比分析水库调度监测信息应用子功能结构图水库调度监测信息应用子功能结构图（五）水库调度监测信息应用子系统黄河防洪调度系统主要功能：数据获取；数据处理；数据及系统管理（1）数据获取功能：实时水、雨、工、沙情数据库读取；历史洪水、典型水沙过程数据库读取；预报结果数据库读取；实时水、雨、工、沙情EXCEL或文本格式数据读取；河道断面和网格地形数据文件读入；异重流观测数据、泥沙级配数据文件读入；地理信息系统矢量、DEM、遥感影象等数据的读入。（六）业务运行管理与服务模块（1）（2）数据处理功能：数据格式转换与分类存储图形化水沙过程生成与分析水库特征曲线的修改、查询及水库特征值得查询与修改（3）数据管理模块 计算方案、数学模型的拆装和组合洪水调度成果管理和预报调度耦合管理结果可视化显示与查询调度结果虚拟仿真调度系统管理洪水调度方案分析（六）业务运行管理与服务模块（2）（4）向国家防办传输数据提交信息内容：（1）洪水预报（预估）数据；（2）水库调度状态数据；（3）河道重要站点的水、流、沙计算与分析指标等；（4）蓄滞洪区运用方案；（5）方案评估数据。提交信息的基本要求：（1）必须简要而概括；（2）必须直观化；（3）必须有简明流畅的信息显示方式；（4）软硬件和网络需求必须简单化。提交信息的手段和形式：（1）图形化方案显示界面；（2）简明的方案管理方式；（3）必要的地理信息系统技术支持。（六）业务运行管理与服务模块（3）四、系统的数据库建设四、系统的数据库建设方案方案（一）总体结构示意图数据库系统总体结构示意图数据库系统总体结构示意图数据库管理系统水沙调度专用数据库防洪公用数据库数据汇集应用支撑平台应用公共数据字典黄河防洪调度系统系统数据库示意图系统数据库示意图水沙调度专用数据库防汛公用基础数据库历史水雨沙情数据实时水雨沙情数据基础地理信息数据遥感多媒体信息数据社会经济数据防洪调度方案评价数据模型库及专用文件相关数据系统用户信息数据调度规则等文字信息防洪工程信息数据河道水库基础信息数据水 沙 调 度 数 据多用户调度方案管理信息预报调度耦合数据水库调度参数控制洪水泥沙调度输入数据水沙调度结果数据调度运行信息北金堤分洪控制与结果东平湖分洪控制与结果（二）系统数据库分项示意图黄河防洪调度系统五、系统建设管理五、系统建设管理（一）系统（一期）开发经费序序号号项项 目目经费（万经费（万元）元）备注备注1 1防汛应用功能系统开发与集成280.02 2数据库建设87.03 3共享基础软件开发318.15合计合计685.15685.15（1）2005年4月，开始对我委现有水库调度、水库与河道泥沙冲淤数学模型进行分析，并形成现有模型资源（摸底）分析报告（2）2005年5月，开始“黄河防洪调度系统”（“黄河洪水泥沙调度管理系统”）设计，2005年11月完成初步设计初稿（3）2006年3月，“初步设计”初稿经修改后，根据要求，报送部项目办（4）2006年5月，根据部项目办要求，依据“初步设计”编制完成“黄河防洪调度系统实施方案”，并报送部项目办（5）2006年12月，根据部项目办要求，修改概算等几个部分后，再次报送部项目办（二）前期工作过程概述 （1）2007年1月“建设方案”报国家防办审查，审查后修改报告 （2）2007底3月，完成招投标，签定开发合同；（3）2007年9月底，完成主要模块和子系统开发任务 （4）2008年4月对项目进行初步验收，（5）2008年10月完成项目建设，并准备最终验收（三）系统一期研发进度计划（四）二期建设内容简介（1）成熟应用水库、河道冲淤数学模型（2）中游产沙模型应用（3）相关子系统建设（4）水库、河道冲淤监测和数据更新机制建立与运行（5）与三维电子江河耦合开发（6）进一步完善与国家防办交互功能1、实行首席专家制项目首席专家：张金良首席专家助理：毕东升 余 欣 项目秘书：张 永 魏向阳 李胜阳 （五）系统建设组织与实施（1）依据前期设计参与情况，考虑相关合作基础，初步拟定研发单位如下：黄委防办 河海大学 黄委黄科院 黄委水文局 河南黄河水文勘测设计院（项目建设将严格按照招投标制管理，具体合作单位由招标确定）（五）组织与实施（2）2、参与研发单位 河海大学：调洪计算、河道洪水演进、系统集成黄委黄科院：水库、河道数学模型研制、参数调试；数学模型计算环境建立；接口合作开发 黄委防办：组织、指导和协调黄委水文局：预报模块开发、预报调度耦合模块合作开发 （五）组织与实施（3）3、相关单位研发技术专长