安徽省淮河防洪调度模拟系统建设初探

刘怀利 刘 超 王铭铭

一、引言

安徽省淮河干流行蓄洪区众多，启用标准低，特别是蚌埠以上行蓄洪区在近年实际洪水中启用频繁，不仅造成了严重的洪灾损失，也给防汛调度造成了巨大的压力与难度。多年来，在取得防汛抗洪胜利的同时，也暴露出防汛调度技术手段不足、洪水灾情评估手段落后等问题。尤其是随着国民经济的快速发展，治淮工程建设的逐步完善，对防汛调度决策与风险管理也提出了更高的需求。安徽省淮河洪水调度管理工作的现代化与决策科学化，迫切需要提高对淮河流域雨情、水情、工情、险情、灾情以及抗灾救灾行动等信息的及时获取、快速处理、科学分析、准确预测、风险管理与决策支持的能力。近些年，安徽省淮河流域内建立了众多水文自动测报站点和相应的数据管理系统，也结合流域的特征构建了相应的洪水风险图体系。如何充分利用水利信息化和洪水风险图的成果，提高防汛调度决策的风险管理能力，是当前安徽省淮河防汛调度迫切需要解决的问题。

二、建设思路

运用3S、大数据、云计算、物联网等现代技术手段，建设淮河流域水情、雨情、工情、灾情等信息监测与采集体系，建立综合数据库，为防汛调度科学决策提供数据支撑。以数学模拟技术为核心，建设安徽省淮河流域防洪模拟调度系统，将物理图形转化为数字流场，精准模拟多情景、多工况、多方案，实现最优化调度，最大程度发挥水利工程综合效益，为淮河流域安全与发展提供有力保障。完善流域洪水预报子系统、淮河洪水及行蓄洪区调度决策风险管理子系统，建设水库群与淮干重要支流联合调度子系统、分洪（含水系连通新开挖）河道与淮河干流联合调度子系统和三维虚拟展示平台，开展各子系统集成整合，建立淮河防洪调度模拟系统，实现淮河流域防洪联合调度。

三、系统总体框架

安徽省淮河防洪模拟调度系统主要由信息采集传输体系、淮河流域数据资源、淮河防洪联合调度模拟系统三个部分构成建设。其中，信息采集传输体系重点开展水文站网优化、工况监测能力建设和灾情险情监测体系建设；淮河流域数据资源重点开展一体化综合数据库和统一数据服务平台建设；淮河流域系统调度工程重点开展淮河流域洪水预报系统、淮河洪水及行蓄洪区调度决策风险管理系统、水库群与淮干重要支流联合调度系统、分洪河道与淮河干流联合调度系统建设，详见图1。

图1 安徽省淮河防洪调度模拟系统总体框架图

四、主要建设内容

1.信息采集传输体系建设

（1）水文站网优化。结合防汛需要和水系连通工程，新建或改建淮河流域重要水文水位站；开展淠河、史河等入淮水量的监控；强化淮干辅助站要素监测，推进淮干落差指数法流量在线分析应用，同步推广雷达波自动测流、ADCP等先进设备的应用，实现淮河干流及重要支流节点站流量在线，满足水动力学模型分析成果验证需要。

（2）工况监测能力建设。大中型水闸和重点中型水库建设固定高清视频监视站点，原则上每个大中型闸的闸上和闸下布设监视点，每个重点中型水库的坝上、溢洪道布设监视点。共享或新、改建大中型水闸等工程工情自动监测系统，工情监测中心可实现对淮干及重要支流水利工程的工情信息进行汇集和实时监测查询，具体监测信息要素主要包括：水闸的闸门开度、过闸流量等信息；水库大坝的位移、形变、扬压力等信息；泵站的机组运行状态、提水量、运行时长、耗电量等信息。

（3）灾情险情监测体系建设。利用卫星、无人机遥感（RS）监测洪涝淹没、旱情分布、大面积水体污染，实现突发灾情快速定位、现场影像实时传输；结合DEM、测站数据和社会经济数据识别分析洪水淹没范围、淹没水深、干旱等级、水污染范围等，评估受灾损失和级别。利用全球卫星定位系统（GPS/GNSS）对重要堤防险工险段进行安全监测和分析。

2.淮河流域数据资源建设

全面采集、收集淮河流域自然环境、水利工程、社会经济等方面相关信息，形成淮河流域数据资源，运用服务总线（ESB）等技术，进行数据资源整合、分析、共享，构建淮河流域一体化综合数据库和统一数据服务平台，为各业务应用提供跨地域、跨部门统一数据支撑。

（1）一体化综合数据库。共享流域内国土、环保、民政、气象等行业基础地理、水质、灾害损失等数据。按照属性、时间、空间三大特征，统一梳理淮河流域多源、异构、海量的数据资源，构建基于一数一源的水利数据仓库，形成空间数据、工程基础数据、监测数据、业务专题数据、多媒体数据、社会经济数据等6大类数据库。

（2）统一数据服务平台。建立元数据库，编制数据资源目录。开展大数据分析服务，构建统一数据服务平台，将数据和分析成果以WebService等方式封装成数据接口，以数据服务总线的方式进行发布，建立淮河流域“一张图”，完善云存储、双活数据容灾备灾中心等运行环境。

3.安徽省淮河防洪联合调度模拟系统建设

将淮河流域洪水预报子系统、淮河洪水及行蓄洪区调度决策风险管理子系统、水库群与淮干重要支流联合调度子系统、分洪河道与淮河干流联合调度子系统在统一平台下进行集成整合，建立安徽省淮河防洪联合调度模拟系统（图2）。

图2 安徽省淮河防洪调度模拟应用系统结构示意图

（1）淮河流域洪水预报系统完善。推广应用水文与水动力学模型结合方法、混合产流模型、分布式水文模型、高库塘区流域产流方法等洪水预报新方法，推进气象部门高分辨率网格化降水数值预报与水文预报耦合，将现有预报软件升级为专家交互式预报系统。结合近年来较大洪水，修编淮河干支流重要节点和沿淮湖泊预报方案，提升洪水过程和影响预报能力。

（2）安徽省淮河洪水及行蓄洪区调度决策风险管理系统完善。向上、下游扩展建模范围，优化水文学、水动力学模型和实时校正模型，耦合影响范围内气象、水文预报数据，完善洪水分级预警、调度模拟决策等模块功能和系统架构方式，实现多元信息叠加及展示，提高系统整体精度、计算速度及系统稳定性。

（3）水库群与淮干重要支流联合调度系统建设。以水库自身安全、下游城镇及河道安全、支流与淮干错峰安全三个优先目标层次，开展佛、磨、白、响（佛子岭、磨子潭、白莲崖、响洪甸）水库群与淠河联合调度系统、梅山等水库群与史河联合调度系统建设。构建淠河、史河一维水动力学模型；耦合上边界洪水预报成果，运用现代优化算法，构建水库群联合优化调度模型。以防洪调配为约束条件，对预报和调度方案动态优化，形成最优调度方案。

（4）分洪、支流河道与淮河干流（洪泽湖）联合调度系统建设。基于不同分洪河道、支流河道洪水特性，构建包括分洪河道、支流河道、调蓄湖泊等单元的一维水动力数学模型，分析分洪河道、支流河道与淮河干流洪水演进特征关系，建成茨淮新河、怀洪新河、新汴河、涡河、颍河、沱河、浍河等河道与淮河干流联合调度系统。

五、结语

利用遥感、全球定位、地理信息、虚拟现实、数学模型、三维建模等先进技术，开展信息监测、水文预报、决策调度等系统建设，不仅利于流域防汛的精细化与精准化管理，更为流域现代化提供了高技术手段，改变了传统的防汛模式和方法，可有效促进防汛调度的现代化发展。同时能够全面及时地了解水、雨、工、旱、灾情，能及时准确地做出暴雨、洪水预报，能快速地精准模拟多情景、多工况、多方案的调度，并对各种方案实施的后果进行评价，从而通过防汛会商选择出保证防洪工程安全、充分发挥防洪工程效益、洪涝灾害损失最小、对环境影响最低的科学决策，有力地保证社会和国民经济的可持续发展、人民生活的安定和社会稳定■