黄河防洪调度系统

黄河防洪调度系统（一期）建设方案2007年11月张金良一、防洪工程体系概述二、系统总体设计三、子系统及功能模块建设方案四、系统的数据库建设方案五、系统建设管理汇报主要内容一、黄河下游防洪工程体系概述陆浑故县三门峡小浪底（一）上拦工程三门峡水库坝址以上流域面积68.8万km2，控制黄河水量的89%，黄河沙量的98%。最高防洪运用水位335.0m，防洪库容约55亿m3。汛限水位305m，必要时降到300m小浪底水库控制流域面积69.4万km2，设计正常蓄水位275m，总库容126.5亿m3，其中淤沙库容75.5亿m3，长期有效库容51亿m3，防洪库容40.5亿m3。前汛期汛限225m，后汛期汛限248.0m。最高防洪运用水位275m。陆浑水库陆浑水库位于伊河中游，控制流域面积3492km2，设计总库容12.1亿m3。前汛期汛限水位315.5m，库容为5.1亿m3；后汛期汛限317.5m，库容为5.8亿m3。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5370km2，设计总库容11.75亿m3。前汛期汛限水位527.3m，库容为5.2亿m3；后汛期汛限534.3m，库容为6.4亿m3。（二）下排工程右岸长624km左岸长747km孟津堤太行堤左岸Ⅰ左岸Ⅱ右岸Ⅱ右岸Ⅰ贯孟堤1、临黄大堤左岸从孟县中曹坡起，右岸从郑州市邙山起，共长1371km。加上北金堤、沁河堤、大清河堤、东平湖围堤、河口堤等，黄河下游各类堤防总长2291km。左岸Ⅲ黄河大堤设计防洪标准为：花园口22000m3/s；艾山以下11000m3/s。2、河道整治工程概况主要包括险工和控导护滩工程两部分险工控导目前，黄河下游大堤有险工143处，坝、垛5372道，工程长度337km（1）险工目前有控导护滩工程227处，坝、垛4534道，工程长度447km（2）控导护滩工程1、东平湖滞洪区涉及山东省东平、梁山、汶上三县共29.06万人，总面积627km2，有耕地47.37万亩。总分洪能力8500m3/s。总库容为30.4亿m3。（三）分滞洪工程东平湖2、北金堤滞洪区是防御超标准洪水的重要工程措施之一，滞洪区面积2316km2，涉及豫、鲁两省七个县（市）约157万人。渠村分洪闸设计分洪流量10000m3/s，有效分洪水量20亿m3。张庄退水闸设计退水流量1000m3/s。北金堤二、黄河防洪调度系统总体设计（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,NY…NZ,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计算结果洪水分析计算模块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沙耦合分析处理（包括自动或人机交互水沙过程分析选择）水沙耦合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、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