安徽省淮河防洪調度模擬系統建設初探

劉懷利 劉 超 王銘銘

一、引言

安徽省淮河干流行蓄洪區眾多，啟用標準低，特別是蚌埠以上行蓄洪區在近年實際洪水中啟用頻繁，不僅造成了嚴重的洪災損失，也給防汛調度造成了巨大的壓力與難度。多年來，在取得防汛抗洪勝利的同時，也暴露出防汛調度技術手段不足、洪水災情評估手段落后等問題。尤其是隨著國民經濟的快速發展，治淮工程建設的逐步完善，對防汛調度決策與風險管理也提出了更高的需求。安徽省淮河洪水調度管理工作的現代化與決策科學化，迫切需要提高對淮河流域雨情、水情、工情、險情、災情以及抗災救災行動等信息的及時獲取、快速處理、科學分析、準確預測、風險管理與決策支持的能力。近些年，安徽省淮河流域內建立了眾多水文自動測報站點和相應的數據管理系統，也結合流域的特征構建了相應的洪水風險圖體系。如何充分利用水利信息化和洪水風險圖的成果，提高防汛調度決策的風險管理能力，是當前安徽省淮河防汛調度迫切需要解決的問題。

二、建設思路

運用3S、大數據、云計算、物聯網等現代技術手段，建設淮河流域水情、雨情、工情、災情等信息監測與采集體系，建立綜合數據庫，為防汛調度科學決策提供數據支撐。以數學模擬技術為核心，建設安徽省淮河流域防洪模擬調度系統，將物理圖形轉化為數字流場，精準模擬多情景、多工況、多方案，實現最優化調度，最大程度發揮水利工程綜合效益，為淮河流域安全與發展提供有力保障。完善流域洪水預報子系統、淮河洪水及行蓄洪區調度決策風險管理子系統，建設水庫群與淮干重要支流聯合調度子系統、分洪（含水系連通新開挖）河道與淮河干流聯合調度子系統和三維虛擬展示平臺，開展各子系統集成整合，建立淮河防洪調度模擬系統，實現淮河流域防洪聯合調度。

三、系統總體框架

安徽省淮河防洪模擬調度系統主要由信息采集傳輸體系、淮河流域數據資源、淮河防洪聯合調度模擬系統三個部分構成建設。其中，信息采集傳輸體系重點開展水文站網優化、工況監測能力建設和災情險情監測體系建設；淮河流域數據資源重點開展一體化綜合數據庫和統一數據服務平臺建設；淮河流域系統調度工程重點開展淮河流域洪水預報系統、淮河洪水及行蓄洪區調度決策風險管理系統、水庫群與淮干重要支流聯合調度系統、分洪河道與淮河干流聯合調度系統建設，詳見圖1。

圖1 安徽省淮河防洪調度模擬系統總體框架圖

四、主要建設內容

1.信息采集傳輸體系建設

（1）水文站網優化。結合防汛需要和水系連通工程，新建或改建淮河流域重要水文水位站；開展淠河、史河等入淮水量的監控；強化淮干輔助站要素監測，推進淮干落差指數法流量在線分析應用，同步推廣雷達波自動測流、ADCP等先進設備的應用，實現淮河干流及重要支流節點站流量在線，滿足水動力學模型分析成果驗證需要。

（2）工況監測能力建設。大中型水閘和重點中型水庫建設固定高清視頻監視站點，原則上每個大中型閘的閘上和閘下布設監視點，每個重點中型水庫的壩上、溢洪道布設監視點。共享或新、改建大中型水閘等工程工情自動監測系統，工情監測中心可實現對淮干及重要支流水利工程的工情信息進行匯集和實時監測查詢，具體監測信息要素主要包括：水閘的閘門開度、過閘流量等信息；水庫大壩的位移、形變、揚壓力等信息；泵站的機組運行狀態、提水量、運行時長、耗電量等信息。

（3）災情險情監測體系建設。利用衛星、無人機遙感（RS）監測洪澇淹沒、旱情分布、大面積水體污染，實現突發災情快速定位、現場影像實時傳輸；結合DEM、測站數據和社會經濟數據識別分析洪水淹沒范圍、淹沒水深、干旱等級、水污染范圍等，評估受災損失和級別。利用全球衛星定位系統（GPS/GNSS）對重要堤防險工險段進行安全監測和分析。

2.淮河流域數據資源建設

全面采集、收集淮河流域自然環境、水利工程、社會經濟等方面相關信息，形成淮河流域數據資源，運用服務總線（ESB）等技術，進行數據資源整合、分析、共享，構建淮河流域一體化綜合數據庫和統一數據服務平臺，為各業務應用提供跨地域、跨部門統一數據支撐。

（1）一體化綜合數據庫。共享流域內國土、環保、民政、氣象等行業基礎地理、水質、災害損失等數據。按照屬性、時間、空間三大特征，統一梳理淮河流域多源、異構、海量的數據資源，構建基于一數一源的水利數據倉庫，形成空間數據、工程基礎數據、監測數據、業務專題數據、多媒體數據、社會經濟數據等6大類數據庫。

（2）統一數據服務平臺。建立元數據庫，編制數據資源目錄。開展大數據分析服務，構建統一數據服務平臺，將數據和分析成果以WebService等方式封裝成數據接口，以數據服務總線的方式進行發布，建立淮河流域“一張圖”，完善云存儲、雙活數據容災備災中心等運行環境。

3.安徽省淮河防洪聯合調度模擬系統建設

將淮河流域洪水預報子系統、淮河洪水及行蓄洪區調度決策風險管理子系統、水庫群與淮干重要支流聯合調度子系統、分洪河道與淮河干流聯合調度子系統在統一平臺下進行集成整合，建立安徽省淮河防洪聯合調度模擬系統（圖2）。

圖2 安徽省淮河防洪調度模擬應用系統結構示意圖

（1）淮河流域洪水預報系統完善。推廣應用水文與水動力學模型結合方法、混合產流模型、分布式水文模型、高庫塘區流域產流方法等洪水預報新方法，推進氣象部門高分辨率網格化降水數值預報與水文預報耦合，將現有預報軟件升級為專家交互式預報系統。結合近年來較大洪水，修編淮河干支流重要節點和沿淮湖泊預報方案，提升洪水過程和影響預報能力。

（2）安徽省淮河洪水及行蓄洪區調度決策風險管理系統完善。向上、下游擴展建模范圍，優化水文學、水動力學模型和實時校正模型，耦合影響范圍內氣象、水文預報數據，完善洪水分級預警、調度模擬決策等模塊功能和系統架構方式，實現多元信息疊加及展示，提高系統整體精度、計算速度及系統穩定性。

（3）水庫群與淮干重要支流聯合調度系統建設。以水庫自身安全、下游城鎮及河道安全、支流與淮干錯峰安全三個優先目標層次，開展佛、磨、白、響（佛子嶺、磨子潭、白蓮崖、響洪甸）水庫群與淠河聯合調度系統、梅山等水庫群與史河聯合調度系統建設。構建淠河、史河一維水動力學模型；耦合上邊界洪水預報成果，運用現代優化算法，構建水庫群聯合優化調度模型。以防洪調配為約束條件，對預報和調度方案動態優化，形成最優調度方案。

（4）分洪、支流河道與淮河干流（洪澤湖）聯合調度系統建設。基于不同分洪河道、支流河道洪水特性，構建包括分洪河道、支流河道、調蓄湖泊等單元的一維水動力數學模型，分析分洪河道、支流河道與淮河干流洪水演進特征關系，建成茨淮新河、懷洪新河、新汴河、渦河、潁河、沱河、澮河等河道與淮河干流聯合調度系統。

五、結語

利用遙感、全球定位、地理信息、虛擬現實、數學模型、三維建模等先進技術，開展信息監測、水文預報、決策調度等系統建設，不僅利于流域防汛的精細化與精準化管理，更為流域現代化提供了高技術手段，改變了傳統的防汛模式和方法，可有效促進防汛調度的現代化發展。同時能夠全面及時地了解水、雨、工、旱、災情，能及時準確地做出暴雨、洪水預報，能快速地精準模擬多情景、多工況、多方案的調度，并對各種方案實施的后果進行評價，從而通過防汛會商選擇出保證防洪工程安全、充分發揮防洪工程效益、洪澇災害損失最小、對環境影響最低的科學決策，有力地保證社會和國民經濟的可持續發展、人民生活的安定和社會穩定■