黄河数学模拟系统建设

简要回顾了黄河数学模拟系统的建设思路、技术路线,从系统规划、模型研发、标准评测、系统集成、超算中心建设、生产应用等6个方面阐述了黄河数学模拟系统的建设进展,总结了系统建设的四大特点。面向"数字黄河"向"智慧黄河"升级发展的新要求,今后一个时期要加强已开发模型的应用和关键技术研究、研制三维径流-潮流-波流-泥沙-水环境模型和区域自然-经济-社会复合系统动力学模型、建设"智慧黄河"示范区等三项重点工作。     

建立黄河数学模拟系统

“数字黄河”工程经过5年的建设,在数据采集、数据传输、数据存储和数据处理方面取得了长足的进步,数学模拟系统建设将是今后5～10年努力的方向。黄河数学模拟系统建设要围绕黄土高原土壤侵蚀模型、水库调度模型、黄河下游河道水沙演进模型、河口模型、水质预警预报模型、宁蒙河段冰凌预报模型六大模型系统开展。要充分认识黄河数学模拟系统建设的长期性和复杂性,持之以恒地进行黄河数学模拟系统建设。     

流域数学模拟系统发展方向及关键技术

重点介绍了黑河流域综合模型、数字流域模型、二元演化模拟系统以及黄河数学模拟系统等4个流域模拟系统的新进展;从发展理念、生产方式、质量评测、集成建模以及支撑途径等5个方面,凝练了系统模拟系统发展新态势,突出水-经济-生态过程的耦合模拟,注重构件化组装的集约化生产方式,突出模型科学评价和公共开发环境建设,重视多源数据同化和模型参数化.今后一个时期,要重点做好数学模型不确定性及评价技术、数学模型复杂数据高效存取及其仿真可视化、协调大尺度和跨学科模型集成及云服务技术、三维/四维变分同化技术、基于物联网的混合虚拟河流试验技术、水循环及其多物质输移过程和模拟技术等方面研究工作.     

"模型黄河"工程的总体布局和建设任务

“模型黄河”工程由各类实体模型工程、基础设施工程和测控系统工程等组成,基础设施工程和测控系统工程都是为各类实体模型服务的。根据“模型黄河”工程建设总体目标,确定的建设总体任务是：逐步建设功能齐全、模拟精度较高的黄土高原模型、水库模型、河道模型及河口模型体系,同时建成现代化程度高、技术先进、可起到“三条黄河”联动桥梁作用的自动化测控系统,以及扩展性强、布设合理的试验厅等相关基础设施。     

黄河河流系统功能分类研究

阐述了河流系统及其功能的概念,把黄河河流系统功能分成了正向功能和负向功能两大类。正向功能包括生态环境、服务、文化娱乐功能3个亚类,具体功能包括河流输送、提供生境、调节气候、地貌塑造、水文调节和防洪排涝、纳污及水质净化、初级生产力、供水、水能发电、航运、提供产品、文化、休闲娱乐等;负向功能就是灾害性,包括水污染灾害、洪水和冰凌灾害。     

"模型黄河"现场测控系统建设

“模型黄河”测控系统主要由现场测控设备和软件系统组成。现场测控设备是“模型黄河”测控自动化系统建设的关键环节，主要包括进口清水流量、含沙量控制单元，水位计，浑水地形仪，坝前、尾门水位控制单元，流场、河势量测系统，流速仪，含沙量计等设备。系统软件开发采用基于Microsoft Windows DNA的三层客户机／服务器结构和基于Internet的多层结构，能够充分满足用户界面浏览、各种业务处理以及数据存储等现代分布式应用。     

系统仿真技术在“数字黄河”工程建设中的应用

介绍了系统仿真技术的定义、分类,以及在水利水电工程设计与施工、水环境管理等方面的应用情况。结合"数字黄河"工程的建设目标,分析了系统仿真技术在黄河流域防汛抗旱综合决策和指挥、流域综合规划、河道整治工程以及水利水电工程施工中应用的可能性。     

"模型黄河"测控系统建设

“模型黄河”自动化测控系统是“模型黄河”工程体系的重要组成部分。“模型黄河”测控自动化系统复杂庞大，是联系试验人员和实体模型的桥梁，更是实现“三条黄河”联动的桥梁。系统在逻辑上主要由采集控制层、网络层、数据层、应用层、接口层和支撑层6个部分组成，以先进性、安全性等作为建设原则，实现实时数据自动采集与自动监控、动态查询、试验过程形象化展示等功能，达到“三条黄河”相互关联、互为作用的目的。     

基于多源遥感数据的黄河数字流域模型改进

山区河流水系众多,往往因地势险要难以现场量测获得河流基础信息,是典型的缺资料地区。本文结合多源遥感提取的68个河流断面及34个水文站实测断面,建立了黄河中游各级别河流的断面概化模型。融合传统线状DEM水系及河流表面、概化断面构建河道边界形态。针对黄河数字流域模型,基于不同级别河流的河道边界条件建立了断面判别模块,改进其汇流模型。以黄河一级支流皇甫川流域为例,以2010—2015年的资料率定模型,以2016年汛期日径流及年内3场典型洪水过程验证模拟效果。结果表明,改进后的模型输入参数均可由遥感观测获取,且日流量模拟的纳什效率系数高于0.8,流速及水深的模拟误差分别为7%、9%,全时期洪峰流量的模拟误差平均为15%、峰现时间误差约1.4 h,均较改进前明显提升。研究成果可为山区河流水文过程模拟及河流地貌演化等研究提供重要的基础数据和技术参考。     

黄河"数字工管"系统建设

“数字工管”是“数字黄河”工程六大应用系统之一。主要由信息采集与传输、业务应用等部分组成。业务应用分工程建设管理、运行管理、安全监测、安全评估、维护管理5个系统。系统建成后，可实时掌握和了解工程运行状态，评估工程安全状况，自动生成工程维护方案，并在可视化的条件下为工程管理提供决策支持，增强决策的科学性和预见性。     

黄河流域三维仿真系统的构想与实现

黄河流域三维仿真系统因其涉及的范围广、数据量大、仿真精度要求高而变得异常复杂，为此，系统的总体框架在设计上将需要仿真的三维场景分成两个层次：主窗体层和子窗体层。主窗体层用来仿真全流域大范围的地物信息，窗体用来仿真局部地区的详细信息以及计算结果的查询演示。主窗体和子窗体的分层解决了当前硬件条件下显示范围大与显示精度高之间很难协调的矛盾，实现了大到黄河全流域整体漫游，小到小浪底电站厂房内的一台机组的全方位、多层次、高精度的三维立体仿真。     

数字黄河的概念框架和关键技术

论述“数字黄河”的概念，给出“数字黄河”工程的框架，简述了建设“数字黄河”的关键技术。     

黄河水量调度管理系统的建设目标与系统结构

黄河水量调度管理系统的建设是在"数字黄河"工程和黄河水量调度管理应急实施方案建设的基础上,以黄河水量调度管理决策支持系统建设为核心,以信息采集、引退水工程监控系统建设为重点,建设覆盖黄河干流和重要支流及水量调度管理的现代化管理平台。在介绍黄河水量调度管理系统建设目标及主要建设内容的基础上,重点分析了系统总体结构。该系统建成后将提高黄河水资源调度的科学性和实效性。     

黄河水环境信息管理系统设计方案简介

黄河水环境信息管理系统建设分为计算机网络建设和应用软件开发建设。软件开发涉及数据库、地理信息 (GIS)、人机交互界面三部分。综述了系统设计方案 ;并根据当前计算机技术 ,说明网络设计、软件开发方面所采用的新技术、新方法 ;提出系统建设要考虑以后的可扩展性及开放性。     

黄河流域水资源规划模拟模型

黄河流域水资源规模模型是一个以流域节点图为基础，以运筹学中网络技术为核心，用数氢驱动的通用流域水资源规划模型。它考虑了地表水，地下水联合运用，串并联水库群补偿调节，变动灌溉定额和防凌，渔业，环境用水等因素，并具有经济等功能。模拟模型，流域通过点图描述，运行规则及政策由用户用水的优选序表示，通过验证后，应用于全流域及一重点和地区。结果表明，所开发的模拟模型通用灵活，适应性强，功能较全，是一个非常实用     

完善黄河分水制度体系

流域分水制度对于优化水资源配置至关重要。以黄河流域为研究对象，尝试探讨流域宏观层面的水量分配制度体系，提出一个初步的流域分水制度框架，并利用这个框架评价了黄河的分水改革，探讨了流域分水制度的改进方向。在过去的15年中，黄河分水体系的各个方面均取得了不同程度的改进，但目前的分水制度仍很不完善。完整的流域分水制度是一组具有关联性、互补性和整体性的规则体系，至少应包括9类机制，即：初始分配机制、再分配机制、临时调整机制、监控机制、激励机制、惩罚机制、信息机制、利益整合机制和保障机制。从这几类机制着手，提出完善黄河分水体系的27个方面的意见和建议。     

引黄灌区渠网泥沙数学模型

引黄渠系一般比较复杂．渠系的泥沙淤积详细模拟比较困难。本文通过建立引黄灌区渠网泥沙数学模型，对引黄渠系的泥沙淤积问题进行了模拟研究．渠系分水分沙与泥沙淤积模拟结果与观测结果符合良好。利用该模型就引水流量和引水含沙量对渠系泥沙淤积的影响进行了模拟研究，得到了相关曲线，增加了对渠系泥沙淤积影响因素的认识。水流泥沙数学模型可以作为研究引黄渠道的泥沙淤积规律的有效手段，可以应用于沉沙措施、调度运行方式研究等方面。     

焦作市黄河流域水环境模拟及水资源保护研究

采用二维水流水质模型对焦作市黄河流域河道水环境进行了数值模拟,并计算了河道的纳污能力。结果表明:CODMn和NH3-N是最突出的超标污染物,概化的老蟒河、涝河、义井南、温县污水处理厂排污口附近的水质较差,黄沁交叉口附近的水质良好;针对目前水质情况,通过河道的纳污能力模拟计算,确定入河污染物总控制量为190.92 t/a,2010年、2020年、2030年3个水平年污染物削减量的分摊比例为2∶3∶5。     

黄河河口平原多闸坝河道水流数学模型

针对黄河下游河口平原区河流的特点,在充分考虑多闸坝及潮汐作用的影响下,采用MIKE11软件构建多闸坝河道水动力模型,同时利用实测资料进行参数率定及模型检验。结果表明:广利河河网下游水位变化趋势受上游来水流量的变化趋势影响较大,水流状况受人工调控明显;大部分典型断面的模拟结果较好,所确定的参数基本可以反映河道及流域特征。模型可以为下一步进行水量水质耦合模拟及河网库群与闸坝调度方案研究提供较为准确的水动力条件。