建设"数字黄河"工程

“数字黄河”,就是借助全数字摄影测量、遥测、遥感、地理信息系统、全球定位系统等现代手段及传统手段采集基础数据,对黄河流域及其相关地区的自然、经济、社会等要素构成建成一体化的数字集成平台和虚拟环境,对黄河治理开发和管理的各种方案进行模拟、分析和研究,并在可视化的条件下提供决策支持,增强决策的科学性和预见性。     

建设"模型黄河"工程

“模型黄河”是对“原型黄河”所反映的自然现象进行反演、模拟和试验，从而揭示“原型黄河”内在的自然规律。建设“模型内河”（主要包括黄土高原模型、水库模型、河道模型及河口模型），一方面直接为“原型黄河”提供治理开发方案，另一方面为“数字黄河”工程建设提供物理参数。通过“数字黄河”与“模型黄河”的联合运用，确保各种治理开发方案在“原型黄河”上实现技术先进、经济合理、安全有效的目标。     

"模型黄河"工程规划项目综述

为推进治黄现代化进程,黄河水利委员会党组提出了加大治黄科技含量,着力建设“原型黄河”、“数字黄河”和“模型黄河”的科学治黄新理念。通过“模型黄河”工程建设,可以直观地再现“原型黄河”,从而利用实体模拟的方法对黄河的基本规律和治理方案加以研究,并可为“数字黄河”工程建设提供物理参数。“模型黄河”工程建设是一个复杂庞大的系统工程,为使“模型黄河”工程建设作到科学、合理,遵循“立足黄委、多方参与、专家咨询”的原则,编制了《“模型黄河”工程规划》。该规划是在广泛、细致调研的基础上,依据新世纪黄河治理开发与管理的重大需求编制完成的,具有科学性和可操作性,是我国第一部由流域机构制定并得到水利部批复的系统的实体模型建设规划。“模型黄河”工程体系由实体模型系统、测控系统和试验基地等基础设施所组成;其中,模型系统是“模型黄河”工程体系最重要的核心组成部分。在今后《“模型黄河”工程规划》的实施过程中,应制定合理的实施计划,建立完善的运行管理制度,建立信息资源成果共享制度,加强基础研究,加强计量认证体系和模型试验标准化体系建设。     

"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。     

"模型黄河"工程运行管理体制建设

“模型黄河”工程管理具有一定的特殊性，其管理职能主要包括计划、组织、指挥、协调和控制5个方面。管理工作必须遵循以下5个原则：①系统管理原则；②分解、协同、综合原则；③封闭、自控原则；④能级岗位责任原则；⑤弹性、动态管理原则。为实现工程建设目标，还应建立“模型黄河”工程完善的科技管理体系、完善的运行管理体系、信息资源共享机制及工程运行的保障体系。     

"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。     

"模型黄河"工程专项研究课题

为保证高质量、高水平地完成模型黄河的建设任务，开展了以下几个方面的“模型黄河”工程专项研究：①黄土高原土壤侵蚀实体比尺动床模型模拟技术研究；②极细模型沙材料的选择及特性研究；③降水冲刷试验相似条件及模拟技术研究；④模型制作技术研究；⑤大尺度动床模型水力相似的稳定性及误差评估方法研究；⑥河口模型关键模拟技术研究；⑦测控系统有关仪器及技术研究。     

建设“模型黄河”工程

“物理模型黄河”（简称“模型黄河”）可对“原型黄河”所反映的自然现象进行反演，模拟和试验，从而提示其内在的自然规律。一方面直接为“原型黄河”提供治理开发方案，中一方面为“数字黄河”工程建设提供物理参数，同时，“模型黄河”还应成为“数字黄河”运行结果中试环节。“模型黄河”工程体系包括黄土高原模型，水库模型，河道模型及河口模型，要保证“模型黄河”工程的建设及正常运行，必须做好工程的总体设计，建立稳定的投资渠道，树立科学的决策意识，培养和造就一流的科研人才队伍。     

"模型黄河"工程应用前景展望

“模型黄河”工程在解决黄河治理开发重大问题和当前黄河治理开发中的应用表明：通过建设“模型黄河”工程并结合其他科学手段，将有效地揭示黄河的内在规律，为管理的科学决策提供强有力的支撑，同时为数学模型的建立和验证提供更多的物理参数，促进数学模型模拟技术的提高。黄河存在的很多问题也必须结合实体模型试验的方法，进行综合分析研究。另外，还可以利用“模型黄河”工程开展黄河水质污染输移、河流生态等方面的试验研究，为黄河治理开发提供更多领域的科技服务。因此，“模型黄河”工程有着很好的应用前景。     

"模型黄河"工程需求分析

建设“模型黄河”工程是黄河治理开发的迫切需求。主要要求包括：黄土高原水土流失治理坝系建设关键技术研究、不同治理措施组合的蓄洪减淤作用研究与应用需求；三门峡水库运用及潼关高程问题研究、小浪底水库运用方式研究需求；小浪底-利津河段、小北干流、宁蒙河段、渭河下游等河道治理及泥沙处理利用方案决策需求；河口治理方案决策需求；研究黄河基本规律的需求。     

"数字黄河"工程规划项目综述

"数字黄河"工程规划是"数字黄河"工程建设的基础工作.项目实施中,通过调研,统一了对"数字黄河"工程的认识;在"需求牵引,应用至上"的建设原则下,开展了"数字黄河"工程需求分析;遵循"以我为主,博采众长"的编制原则,编制了<"数字黄河"工程规划>.该<规划>是一个科学的、具有可操作性的规划,是我国第一个得到水利部批复的"数字流域"规划.规划成果包括"数字黄河"工程规划报告以及数字防汛、数字水资源管理与调度、公共基础信息采集、计算机网络、数据中心以及信息资源调查与整合等11个专题规划报告.今后<规划>的实施,首先要结合实际,制定规划实施方案;二要加快基础平台建设,促进信息互联互通;三要应用牵引,推进重点应用系统建设;四要逐步完善标准体系,加强标准化建设.     

"数字黄河"工程建设的必要性与可行性

建设“数字黄河”工程是我国水利信息化建设的要求。“数字黄河”工程的实施,将对黄河治理开发与管理的数据资源进行统一规划和建设,使管理与决策能够建立在丰富、全面的信息基础上,增强对流域宏观把握的能力,从而提高管理与决策的时效性和科学性。当前,信息技术飞速发展,黄委的信息化工作虽然已经有了一定的基础,但是应用的广度和深度还很不够,防汛减灾、水土保持、水量调度和工程建设与管理等部门都已在自己的业务工作中明确提出了对这些技术的迫切需求和应用设想。因此,建设“数字黄河”工程是实现黄河治理开发与管理现代化的关键措施和必由之路,不仅十分必要,而且非常迫切。     

关于"模型黄河"工程建设的思考

《“模型黄河”工程规划》已被水利部正式批复,将进入逐步实施阶段。黄河水利科学研究院将通过精心设计,加强组织管理,并以精神化建设和人与自然和谐的人观念,以工程的教育功能和美化功能相统一的原则,开展“模型黄河”工程建设,不仅使之成为一座功能强大的国家重点实验室,而且还要使之成为爱国主义教育基地。同时,将以科学、开放的运行机制和积极的人才队伍建设,保障“模型黄河”工程的高效、良性运行。     

"数字黄河"工程建设的目标、任务及原则

“数字黄河”工程建设,是应用IT、3S等现代数据采集、传输、存储和服务技术,构建黄委统一的基础平台,实现信息整合和资源共享;以科学计算和数学模拟技术为核心,建设防洪减灾、水资源管理与调度、水土保持、水资源保护、工程建设管理和电子政务等六大应用系统;以人工智能技术和会商环境为支持,构建综合会商和宏观决策平台。“数字黄河”工程是一项规模庞大、结构复杂、技术难度大、功能众多、涉及面广、建设周期长的系统工程,因此,建设时应遵循“统一规划,分步实施;需求主导,共建共享;先进实用,开放扩展;统一标准,保障安全”的原则。     

Digital Yellow River Model

Soil erosion is one of the key concerns in land use management for the Loess Plateau of the Yellow River, where serious soil loss is the root cause of environmental and ecological degradation of the basin. In this paper, a physically-based, distributed-parameter, and continuous erosion prediction model at the river basin scale was developed with the aim of assisting in developing better land use management strategies. The framework, the major supporting techniques, and the typical erosion processes are described. The physical processes of sediment yield and transport in the Loess Plateau are divided into three sub-processes, including the runoff and sediment yield on hillslopes, gravitational erosion in gullies, and hyperconcentrated flow routing in channels. For each sub-process, a physically-based simulation model was developed and embedded into the whole model system. The model system was applied to simulate the runoff and sediment yield in several typical years in the coarse sediment source area of the Loess Plateau, and the simulated results were in reasonably good agreement with the measured values.     

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。     

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。