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,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,huangheshuiliweiyuanghuifangxunban,1、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,（六）系统总体设计,2、系统功能结构图,3、系统总体逻辑结构,4、系统总体业务运行流程,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）,7、关键技术支持（续）,水库调节计算及其下游河道演算,主要计算流程的实现方式,7、关键技术支持（续）,主要计算流程的实现方式,7、关键技术支持（续）,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）,8、和相关系统的关系,与相关模型、系统之间关系示意图,三、子系统及功能模块建设方案,（一）潼关水沙过程预估子系统（二期建设，本期预留接口）,潼关水沙过程预估子系统工作流程图,（一）潼关水沙过程预估子系统,洪水调度预案分析与计算子系统功能结构图,（二）调度预案分析与计算子系统,洪水预案调度子系统业务运行流程图,（二）调度预案分析与计算子系统,实时水沙调度子系统功能结构图,（三）实时水沙调度子系统,实时水沙调度子系统顶层数据流程,（三）实时水沙调度子系统,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功能结构图,（五）水库调度监测信息应用子系统,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、系统的数据库建设方案,（一）总体结构示意图,系统数据库示意图,（二）系统数据库分项示意图,五、系统建设管理,（一）系统（一期）开发经费,（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