调度系统灵活应变

（ 寇怀忠楚楠王博）黄河水资源调度管理系统以调度管理业务为核心，由七大业务子应用系统构成。

根据黄河治理开发和管理的具体情况，“数字黄河”工程建设的应用内容主要包括防汛减灾、水量调度、水质监控、水土流失治理与监测、水利工程建设与管理、电子政务等六个方面。决策支持、优化调度是“数字黄河”工程应用系统最高层次的应用，黄河水资源管理调度系统是重中之重。

总体框架

黄河水量调度系统围绕信息采集与传输能力、决策支持手段和调度环境等方面建设，主要包括水雨情信息采集、引水监控、水质信息采集、计算机网络、水量调度业务处理与综合监视、水量调度方案管理、水量调度实时数据库字典及表结构编制、黄河小浪底以下河段枯水调度模型、黄河上游宁蒙河段流量演进模型和总调中心环境等内容。

黄河水资源调度管理系统建设是在“数字黄河”工程总体规划、水调业务工作流程指导下，对照基础设施、应用服务平台、应用系统结构体系，结合水调业务自身特点开展系统建设。黄河水资源调度管理系统由以黄河水量总调中心调度管理业务为核心，基于四类信息采集体系、五级网络传输结构、三级数据存储方式、三层调度管理中心、二类中间件、十一个调度业务相关模型和支持二级调度决策模式的支撑决策支持系统表现的七大业务子应用系统构成。

下游引黄涵闸远程监控系统

“数字水调”建设的黄河下游引黄涵闸远程监控系统是利用现代电子、通信、计算机技术来实时自动完成涵闸信息的采集、传输和控制。引黄涵闸远程监控系统实现了引黄涵闸的远程监控、监测和监视功能，通过超短波和黄委计算机网传输，实现了数据采集中心（市级河务局）或数据汇集点（县级河务局）对所属涵闸的信息接收、解调、处理，实现了黄委总调中心和山东省局、河南省局对省级交叉断面引水涵闸的自动监测和控制。

系统采用Wonderware工业自动控制软件作为系统基础软件，闸管所采用单独的InTouch架构，县局、地市局、省局和黄委四级采用基于微软.NET框架下的ArchestrA架构，利用行业应用服务器建立四级监控应用服务平台，实现了五级远程监控系统的分布式应用和一体化管理。

在解决实时监控系统多级数据存储和数据一致性问题上，系统在制定系统一致的数据访问策略和存储机制的基础上，开发建立了数据存储对象，建立了总调中心、省局和地市局三级涵闸监控数据库。通过采用微软消息队列技术MSMQ，实现涵闸对象同时向三级数据存储对象传输监测和控制数据，并由数据存储对象存入相应数据库。这不仅解决了数据一致性问题，提供了多级监控查询，也实现了与模拟屏连接进行实时显示功能，还为后续各级水调应用系统开发建设提供了三级数据库。

面对需管理维护分布在1400多公里的黄河两岸120多个监控站点共160多台监控机和服务器的庞大而复杂的实时监控系统的难题，系统通过系统的集成开发环境IDE，可在运行维护中心修改涵闸对象模版的属性和动作定义，重新对象后，即可更新对象功能，从而实现系统远程升级维护，并提供了监测各监控机的运行状态日志和查询设备运行情况等功能。

水量调度方案管理系统

系统是从流域系统出发，对流域中一系列可调度的因子实施优化调度，从而使流域水资源在时间、空间上实现水量过程与用水过程的匹配，达到在满足流域生态环境要求的前提下，使流域社会经济、水资源供给和总量时空分配相协调。系统考虑了水资源的社会属性和水权问题，流域水量调度的数学模型能较好地反映分配系统的特征，具有可操作性。系统根据调度时间尺度的不同，满足年调度、月调度、旬调度和日（实时）调度的要求，在年调度尺度上，建立流域社会经济整体优化调度模型，月旬尺度根据优化的调度指标或国务院分水指标，建立自适应调度模型，日调度模型则是建立在一维水力学模型基础之上。系统主要是以国务院确定的水量分配指标为依据，对于具体调度时段，结合水力学模型、水文学模型、水量优化配置模型和自适应调控模型的综合运用，根据预测的可供水量与用水指标进行分配，为控制各省区用水总量，适时跟踪随机来水系列Qi以及随机用水系列Wij轨迹，滚动修正由于随机系列变化给整个系统造成的影响，提出具备总量控制、轨迹跟踪、滚动修正功能的基于自适应控制理论的自适应水量调度模型。黄河小浪底以下河段枯水调度模型是针对下游枯水条件，面向实际调度运用，在分析研究下游河道不同流量级水流传播时间和水量损失的基础上，提出水量演进参数优选方法及水量传播方程，结合各个季节来水、降水、用水的特点和水量调度要求，而开发的相关应用软件系统。

系统实现了模拟目前人工编制调度方案的各个工作环节，运用计算机软件技术自动生成调度方案; 系统能够生成多套方案，通过图表等形式为决策者提供丰富的信息，以便对方案进行比较和选择。系统能够对各种方案的分类入库存储和调出、修改、删除等操作。对于优选出的实施方案，还具有根据方案计算结果直接生成固定规格的调度文件功能。

黄河上游宁蒙河段流量演进模型

宁蒙河段是黄河上游主要用水区，灌区用水量多且集中，蒸发渗漏损失大，河段内引退水关系复杂，是上游水量调度的难点。近年来，黄河来水持续偏枯，枯水期可调节利用水的水资源量十分有限，为科学调度水资源，有效控制上游宁蒙河段各断面流量和区间用水，研究宁蒙河段水量传播规律，开发了刘家峡至河口镇（头道拐）河段的流量演进模型。

黄河宁蒙河段区间引水口门众多，引水时间、引水量等受气候、降雨、河道来水等因素影响，还存在引水计量设施不完备和退水排沟不固定回抽现象，不同季节差别很大，特别是受降雨和地下水的影响很大，致使退水与引水的关系变得很微弱、很复杂，相关性很差。根据水文站实测日平均流量资料，建立黄河干流水文站实测流量与各灌区引水流量之间的相关关系，通过水文站实测资料计算各灌区退水流量、建立各灌区引水流量与退水流量关系。

模型中对宁蒙河段引、退水信息拟考虑以下两种处理方式: 一是引水、退水流量和时间设为变量或参数，运用模型调度运算时由调度人员根据前期相关资料情况估算或根据经验输入; 二是预留引退水规律分析模块，待将来有成熟的引退水规律研究成果后，再写入程序，用于引水、退水的预测。

黄河上游宁蒙河段流量演进模型在GIS环境下实现下述目标: ①以日为计算时段，根据刘家峡水库出库泄流，进行正向演进计算，提出刘家峡以下各主要水文站断面流量，并逐日滚动更新。②以各断面控制流量为条件，进行不同河段引水、退水、河道损失、断面流量等因素的变化和调整，进行全河或分河段流量演进计算。③可对未来防断流形势进行预警，特殊情况能以确保河道不断流为前提，提供引水控制基本处理意见。④可进行多个水量调度方案的计算。⑤可与总调中心综合数据库连接，适时更新数据。⑥具备多种方式的输入、输出和查询功能。

水量调度综合监视和业务处理系统

黄河水量调度综合监视和业务处理系统目标是实现黄河水量调度所需的水文、引水、需水和水质信息的快速收集和处理，调运行实况的实时监视，以及水调业务处理过程的自动化。系统利用.省略开发，在Windows环境下运行，数据库采用Microsoft SQL Server ，电子地图制作及地理信息管理采用ESRI的ArcInfo，Arcview和基于Web的ArcIMS，空间数据库工具采用ESRI的ArcSDE＋Microsoft SQL Server。

水量调度信息服务系统采用基于构件的软件开发方法，体系结构采用Microsoft的.NET框架，GIS采用ESRI的ArcGIS环境实现了基于Web的信息服务系统。

实现的主要功能包括信息查询和信息，能在综合数据库支持下，以流域地图为背景、采用多种方式，方便快捷、简洁直观、图文并茂地提供各类信息查询，包括水雨情信息、水质信息、供水信息、引水退水信息等信息。水量调度管理有关的各类日报、旬报、月报、情况通报以及有关的水量调度业务情况介绍等，并能针对不同用户，提供不同的信息服务，以及根据需要可主动向有关用户相关信息。

综合监视与预警系统以GIS为平台，以电子地图（流域图、河道图、大型灌区图等）为背景，提供省（区）控制断面的流量和水量、骨干水库的蓄水量和泄流量、引退水口的引退水流量、灌区旱情以及调度控制指标等信息的显示和查询，以及实时事件触发和警报阈值触发的预警报警。实时数据的接收处理在辖区单位和部门内部进行，处理后的数据进入总调中心相应的数据库，为业务人员全面掌握流域水雨情、各河段引水实况和水质状况、各重要控制站的水量预报成果，调度指令的执行情况，以及通过对比分析及时发现问题提供支持。

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黄河下游交互式三维视景系统

“黄河下游交互式三维视景系统”利用地理信息系统（GIS）技术、虚拟现实技术、数据库管理技术、多媒体技术、卫星遥感（RS）影像处理技术等，把黄河下游直观、形象、系统地装进了计算机，综合实现了黄河下游各类工程的三维可视化管理。通过研究，解决了海量数据的有效管理、不同精度地形数据嵌套融合、三维环境多分辨率卫星影像无缝嵌套、系统数据的动态更新、海量三维场景的快速定位、系统属性数据表现方式、与“数字黄河”其他应用系统结合、海量三维环境下的GIS分析等关键技术，实现了大尺度、高精度虚拟三维技术在水利方面的应用。“黄河下游交互式三维视景系统”主要实现了以下功能:

(1) 把整个黄河下游装入计算机，建立整个黄河下游三维虚拟场景，场景数据达20GB以上。

(2) 在海量三维虚拟环境下，快速对整个黄河下游虚拟场景进行灵活的交互控制浏览。

(3) 在海量三维虚拟环境下，快速对整个黄河下游各类工程地物的属性信息进行交互式查询显示，对某些查询（如测淤断面）结果进行分析。

(4) 与黄内其他应用系统数据库进行动态数据交换。

(5) 三维环境下GIS分析。

系统具有数据管理有效性、数据更新灵活性、三维场景交互控制浏览查询快捷性、属性数据表现多样性以及和“数字黄河”其他应用系统可结合性等特点。

目前，黄河下游交互式三维视景系统已与黄河下游基于GIS二维水沙数学模型相结合，三维视景系统作为二维水沙数学模型表现分析平台。经过二次开发，模型计算结果可以动态、直观、形象地在三维平台上表现，直观表现不同洪水过程对不同工程的影响，使数学模型和黄河下游工程环境有机地结合在一起。工程靠流、主流分布、水深分布等情况可以清晰表现，突破了常规数学模型结果表现能力的局限性，提高了数学模型应用水平。