黄河水量调度管理系统(一期)关键技术及应用-王道席

黄河水利委员会水资源管理与调度局

黄河水量调度管理系统（一期）关键技术及应用

黄河自1999年实施水量统一调度以来，已经连续五年实现了黄河在大旱之年不断流，取得了巨大社会和经济效益，生态环境得到初步改善。但最初技术手段非常落后，调度工作不适应水资源管理与管理时效性和现代化要求。为高效管理和科学调度黄河水量，提高快速反应能力，2001年2月，黄委向水利部呈报《黄河水量调度管理系统项目建议书》，按照分步实施，急用先建的原则，同年8月，又编制了《黄河水量调度管理系统建设应急实施方案》（以下称一期工程），12月10日，水利部批准了该方案并付诸实施，2003年底，一期工程全部建成并投入工作运行。主要内容系统建设目标、内容和框架实现的主要功能成果特点12345主要创新点意义及推广情况

1、系统建设目标、内容和框架

1.1建设目标改善黄河干流部分省际断面低水测验设施和非汛期径流预报条件，提高低水测验精度和水文预报精度，开展黄河下游引黄涵闸远程监控系统建设，提高引水信息自动采集水平，增强防断流能力和手段；在现有防汛计算机网络基础上，通过建设或完善有关水调管理部门局域网，构建黄河水量调度计算机网络，提高水调信息快速传输水平；根据《黄河水量调度管理办法》要求，并根据黄委、省区和骨干水库、河南、山东黄河河务局两级水量调度管理部门工作需要，开发能对黄河水量调度运行实况进行综合监视和查询，能供水量调度作业使用，能为黄河水量调度管理工作提供决策支持的水量调度应用系统，提高水量调度工作效率和科学性。

1.2建设内容系统建设包括信息采集传输、计算机网络、决策支持和总调中心环境等四方面。

1.2.1信息采集传输为改善低水测验条件，提高中长期径流预测预报精度，对下河沿、石嘴山等省际及重要控制断面配备了低水测船和流速流向仪，并在高村断面建设吊箱缆道；引进一套国家气象局的9210系统。为快速处置突发水污染事故，提高水质信息采集的时效性，水调一期项目为水质监测部门购置了移动实验室，采购了固定实验室先进设备。选取黄河下游61座较大引黄涵闸进行远程监控系统建设。

1.2.2计算机网络完成黄河水量总调中心的局域网建设，完善了山东河务局、河南河务局及市、县河务局局域网、水文局和水资源保护局部门网，并实现与总调中心的计算机网络连接。

1.2.3决策支持系统包括综合实况监视、水量调度业务处理与查询、水量调度方案编制与管理、黄河下游引黄涵闸远程监控、小浪底以下四季枯水实时调度模型、综合数据库及其管理系统建设等。通过模型耦合、动态链接等技术，基于GIS将上述各子系统有机集成为决策支持系统。

1.2.4总调中心环境建成了包括能实时接收和显示水情、水质和引水信息的模拟屏和DLP显示屏，快速编制方案和实时查询水、雨、旱情，进行实时水量调度的总控制中心。

1.3总体框架黄河水量调度管理系统应由水量调度管理决策支持系统、计算机网络系统、信息采集系统三部分组成。其中，计算机网络系统的传输手段，是在充分利用已有的黄委通信系统的基础上，采取“公网与专网相结合”的方式解决。系统的总体结构是一个由二级调度决策支持模式、三层计算机网络结构、四类信息采集体系构成的基本框架，各部分在系统中所处位置和各部分间的相互关系如下图。决策支持系统黄河总调中心水量调度河南山东两局水量调度省（区）水量调度骨干枢纽水量调度信息采集系统水情、雨情、水库信息水质信息引水、退水信息旱情信息计算机网络系统黄委计算机网络省(区)网络骨干枢纽网络委管有关大局网络下属有关分中心网络地市或灌区网络黄河水量调度管理系统总体框架图

二级调度决策支持：即所建的决策支持系统是一个完整的可支持二级黄河水量调度管理的大型软件系统。重点在黄河水量总调中心的水量调度管理的各主要工作环节，同时为配合总调中心的统一调度，也应对省区、骨干水库、河南山东两局黄河水量调度管理提供一定的支持。三层计算机网络结构：即系统的计算机网络是一个具有三级节点的、可连接到省区、骨干水库、黄委有关各局以及重点地市水量调度管理部门和与水调有关部门的广域网络。四类信息采集体系：即信息采集系统是由气象水雨情信息、水质信息、引水退水信息和旱情信息四类信息采集系统组成。2、实现的主要功能

2.1信息采集和快速接收处理关键省际控制断流能够在低水条件下测验，精度能够满足水量调度需要，气象信息能够实时获取。能够快速获取水质信息，使得快速处置突发水污染事故成为可能。来自水文、水质部门、引黄涵闸和水库的实时数据，通过网络能够快速传输，并经处理后进入水调数据库,根据需要可对接收到的数据作进一步处理。

2.2实时监视

电子模拟屏上以不同颜色、多种方式实时显示出全河的水情、水质、引水、水库蓄泄量、水量调度指标等实况信息；利用黄河水量调度综合监视系统在大屏幕上显示各类实况信息和图像信息，包括部发或委发重要规定和公告的显示、发布，并且各类信息。

2.3远程监控、监测、监视能对主要水文站进行实时图像监视，对引水涵闸的闸前、闸后水情、闸机房及控制室的各种设备运行情况实施全天候、多方位的实时图像监视；可以实现对引黄涵闸的实时自动监测、远程实时限权控制、订单供水网络化管理、流量自动调整和控制，引水流量、引水量的计算，实现记录、显示、打印；当河道出现小流量或发现违规引水时，可远程关闭已实现远程监控的引黄涵闸。

2.4自动报警当主要控制断面水情或水质信息达到预警值时，报警系统能在电子模拟屏和决策支持系统软件上自动报警，提示工作人员及时采取应对措施。如利津站是黄河入海的最后一个水文站，流量的大小直接关系到黄河防断流问题，当其流量跌至或小于预警流量时，电子模拟屏和大屏幕上的报警系统会以红灯闪烁和声音等形式自动报警，此时，工作人员可启动黄河下游引黄涵闸远程监控系统，自下而上的关闭胜利等引黄涵闸，使利津站流量及时恢复，确保黄河不断流。

2.5信息查询和发布功能在大屏幕和图形工作站环境下，以GIS为平台，能按照用户要求，以简洁鲜明的图、文、声、像等方式显示，方便快捷地查询各类历史的和实时的水文、气象信息、水量调度信息、各项分析计算成果、水量调度运行实况等，还能查询各水文站、水库、引水工程和灌区的特征信息。

2.6方案生成和虚拟仿真功能能依据水文径流预报和水库蓄水，按照水量调度的原则自动生成年度水量分配和月、旬、日水量调度方案以及特殊情况下的配水方案，供领导决策，同时，可在大屏幕上进行虚拟仿真演示。

2.7日常业务处理功能能运用计算机技术进行公文处理，实现文件自动接收传输、汇总、打印、发送等作业，对重要文件有提示功能。系统功能充分采用联机检索、电子邮件、文件传输、电子公告牌、WWW多媒体信息检索等网络功能来实现。各功能模块之间不仅能实现实时更新或人工切换，还可利用大屏幕的多屏幕显示功能同时显示多种专题信息。3、成果特点

3.1结构复杂，学科门类多从信息流程上看，系统涵盖了采集、传输、接收、处理、方案编制与发布、实时调度、调度成效分析等全部环节；从时空跨度看，不仅包括整个非汛期水量调度，而且还涉及防汛防凌调度部分内容；从学科看，涉及水文、气象、水资源、水力学、计算机网络、自动化测控、数字光处理等，是一个复杂的巨系统，国内外尚无先例。

3.2应用牵引，技术成熟先进系统以应用为核心，在梳理黄河水量调度工作流程基础上，客观进行需求分析，重点做好低水测验设施、信息和调度指令传输通道建设，在现有水量调度方案编制和分析方法计算机化的前提下，建立水量调度决策支持系统。系统采用成熟的先进技术，保证具有较好的先进性和较长的生命周期。

3.3引进与自主开发相结合系统保持较强的开放性。对于国内外成熟的软件，采取直接引进，如国家气象局9210系统、美国Wonderware

Intouch

组态软件等，不仅保证了系统稳定性，而且缩短了开发周期。对于黄河水量调度核心业务软件，如调度方案编制和四季枯水实时调度、业务处理等软件，采取自主开发，以确保系统的实用性。4、主要创新点首次实现了黄河水量调度管理的信息采集、传输、处理、宏观配置、实时调度和在线监控一体化广域网络管理，并在实践中得到检验。将自动报警系统应用于电子模拟屏，并与水情实况连接，首次实现了黄河重要断面防断流自动报警。率先将远程自动化测控技术应用于多泥沙河流并且是侧向引水的涵闸，建立了基于广域网络的黄河下游引黄涵闸五级远程监控系统，实现了对近千公里范围内涵闸监测、控制、监视的全天候、集群式运行管理，填补了涵闸管理现代化的空白。通过决策支持系统建设，改变了黄河水量调度方案编制和分析靠人工、实施调度凭经验的落后局面，实现了业务处理办公自动化。在四季枯水实时调度模型的研发过程中，首次利用原型观测试验率定模型参数，并采用水文学、一维非恒定流和神经网络等多种方法，提出了符合黄河下游河道形态的枯水流量演进方程，建立了以日为计算时段的基于GIS可视化的枯水调度模型。

将枯水径流预报和枯水流量演进模型与水量调度方案编制与管理模型耦合，并配以多种调度方法，可快速生成多个调度方案，以满足不同条件下水量调度工作需要。通过低水测验设施建设和实践，探索出一套完备的黄河低水测验技术规程。5、意义及推广情况黄河水量调度管理系统增加了水量调度所需的各类信息的数量、提高信息的传输速度，改善水量调度管理技术手段，提高了黄河水量调度管理快速反应能力和科学决策与管理水平，为实现黄河不断流的目标奠定坚实的基础，为科学编制水量调度方案和监督方案的实施提供了科学手段。促进了沿黄地区计划用水、节约用水，实现黄河水资源的优化配置，提高黄河水资源有效利用率，以水资源的可持续利用促进黄河流域乃相关地区的经济和社会发展。黄河水量调度管理系统是“数字黄河”工程建设具有标志性的重要成果。作为“数字黄河”工程的一期工程，其建设经验和成效有力促进“数字黄河”工程的推进。2002年11月黄河水量总调度中心正式启用以来，水调人员通过电子模拟屏和引黄涵闸远程监控等决策支持系统，实时监视全河水雨情及旱情信息，并在预警系统支持下，快速处置13此水量调度突发事件，开发的四季枯水实时调度模型应用在2002年冬季水量调度工作中，利用模型计算出的方案科学调度，节约14亿方水，为2003年春季抗旱积累了水源；通过水量调度模型子系统编制年预案和