摘 要 由于地处特定的气候和下垫面条件，淮河流域历史上洪、涝、旱、风暴潮灾害频繁，局部的或较大面积的洪涝灾害时有发生，给流域经济社会发展造成相当大的损失，防洪在相当长的一段时间里是治淮工作面临的首要任务。近年来由于防洪工程的实施，下垫面变化很大，完全依赖工程措施提高防洪标准和抗旱能力，难以实现某些目标，需要开发具有较高精度和快速响应的淮河流域洪水预报调度系统，以提高信息处理的时效性和准确性，提高预报精度，完善预报调度手段，增强防汛指挥决策的科学性。本文就淮河流域洪水预报调度系统的开发需求、功能结构、技术路线、系统集成和投资策略等方面进行探讨。
　　关键字 淮河流域 预报调度 系统 探讨

　　由于地处特定的气候和下垫面条件，淮河流域历史上洪、涝、旱、风暴潮灾害频繁，局部的或较大面积的洪涝灾害时有发生，给流域经济社会发展造成相当大的损失，防洪在相当长的一段时间里是治淮工作面临的首要任务。近年来由于防洪工程的实施，下垫面变化很大，完全依赖工程措施提高防洪标准和抗旱能力，难以实现某些目标，需要开发具有较高精度和快速响应的淮河流域洪水预报调度系统，以提高信息处理的时效性和准确性，提高预报精度，完善预报调度手段，增强防汛指挥决策的科学性。本文就淮河流域洪水预报调度系统的开发任务、功能结构与特点、系统集成和开发策略等方面进行探讨。

　　淮河是我国七大江河之一，总面积27万km2，以废黄河为界分淮河水系和沂沭泗两大水系。淮河流域地处南北气候过渡地带，气候变化剧烈，是极易发生洪涝灾害的地区。进入汛期， 淮河干流中上游山区产生暴雨洪水并迅速汇集到中游，由于中游河道比降的突然平缓，下泄不畅，沿淮湖泊、洼地成为滞蓄洪水的场所。下游河网地区是一个锅底状平原洼地，一遇大暴雨极易形成洪涝灾害。针对淮河流域的洪水特性，国家确立了“蓄泄兼筹”的治淮方针，在流域内兴建了一系列的防洪工程。在山区修建水库，中游开辟行蓄洪区、整治加固堤防，下游拓宽河道，开辟入海入江水道，增大流域出流泄量等工程。经过50多年的治淮建设，淮河流域基本形成了一套比较完整的防洪工程体系，防汛抗旱能力大大增强，但完全依赖工程措施提高防洪标准和抗旱能力，不仅周期长、投资大，而且也难以实现某些目标。应该在努力提高防汛抗旱工程能力的同时，大力加强防汛抗旱非工程措施的建设，充分利用现代科学技术，全面改造和提升传统的防洪减灾手段。
　　建设淮河流域洪水预报调度系统是重要的防灾减灾非工程措施，系统的建设将提高信息处理的时效性和准确性，提高预报精度，完善预报调度手段，增强防汛抗旱指挥决策的科学性，更能充分地发挥水利工程的减灾效益。

　　2.1　系统现状
　　目前所开发的系统大多是各个独立的小系统，而且开发时间早，从淮河防汛特点出发，预报调度密不可分，且现有的淮河决策支持系统等在功能上不尽完善，结构不尽合理，一些核心软件只是提出了框架，内容不多，作业范围小。从总体上看，尚未能把信息处理、汛情分析、预报、调度、信息服务等工作环节有机的组合起来形成能为全流域防汛指挥和防汛调度提供决策支持的系统。
过去开发的系统大多是水文学模型，由于水文学方法的局限性，系统在淮河行蓄洪区和水利工程调度运用后的效果分析与不同调度方案的模拟方面难以实现，特别是防洪工程的启用对洪水特性的改变更是难以模拟，而防汛调度最关心的正是防洪工程对洪水特性的干预，往往去依靠专家经验来解决，难免有其局限性和存在较大的误差，不能有效满足科学调度的需要。另外在应用气象数值预报、GIS、RS和社经信息等方面的分析计算也尚需进一步提高。
　　2.2　开发任务
　　系统开发的主要任务就是将系统建设为集信息处理、分析、预报、调度和信息服务于一体的淮河流域洪水预报调度系统。
系统建设过程中充分利用淮委及流域四省已有的模型，将经验方案研制、实时校正模型、水文水力学耦合模型、淮河流域电子沙盘制作及干支流重点河段三维可视化、防洪形势自动分析模型、调度方案制定模型、调度仿真模型以及调度方案评价模型作为开发的重点。
　　2.3　开发目标
　　充分利用已有的实时水雨情、工情信息和网络平台、数据平台，初步实现防汛信息资源的交换与共享，提高信息资源的开发应用能力与水平，提高预报精度，改善调度手段，达到全面提升淮河流域防汛指挥能力的目的。在3～5年的时间内，建立起淮河流域洪水预报调度系统，系统整体达到国内领先水平。

　　3.1　功能结构
　　建立淮河流域洪水预报调度系统，非传统意义上的程序，也不是若干个应用程序以数据库为中心简单的捆绑方式的集成，而是要求从软件系统工程的角度出发，考虑到系统建设后的长期可维护性、可扩充性和可升级性等要求，建设一个综合运用多学科、多种现代信息处理技术，具有先进水平和较大难度的系统。因此系统的总体设计（《淮河流域洪水预报调度系统总体设计》完成于2004年，本文重点是对其进行概述）在本系统的建设中尤为重要。
　　系统总体功能结构是以GIS为运行平台，数据库技术、模型库技术为支撑，采用最新的软件集成技术与信息处理技术，对系统进行开发与建设。系统的软件结构以C/S（Client/Server）结构为主，部分采用B/S（Browser/Server）结构。
　　根据洪水预报调度特点，重点建设的系统及功能如下：
　　（1）汛情监视与预警系统
　　系统通过实时采集气象、雨情、水情等数据以及其它类型的监测数据，通过采集气象卫星云图、气象雷达图获取的监视数据，全天、自动检索汛情发展及其变化过程的信息。当有危险信息出现时，自动发出报警信号，同时将此信息记录到数据库中，达到预警与报警的目的，使决策者能够及时掌握最新信息，为方案的制定赢得时间。
　　（2）洪水预报系统
　　根据实时水雨情信息和降雨预报过程，完成流域的洪水预报，结合洪水调度成果、专家经验进行集体会商和综合分析，提出综合的洪水预报调度结果。具体开发三大类模型，即降雨径流模型、河道洪水演进模型和实时校正模型。
　　（3）洪水演进系统
　　洪水演进系统主要模拟河道、行蓄洪区及堤坝溃口后的洪水演进情况，重点是模拟淮河流域主要干支流的洪水过程，行蓄洪区的淹没过程、淹没范围、淹没水深等，并通过二、三维可视化的方式表达出来，为防洪调度及洪灾损失评估等提供直观决策依据。
　　（4）洪水调度系统
　　根据洪水预报等信息成果，对水库（群）、闸坝、行蓄洪区、湖泊、河道、堤防等进行调度，具有仿真调度和实时调度功能。
　　（5） 灾情评估系统
　　洪涝灾情评估系统建立在洪灾损失评估模型基础上，结合淮河流域的洪灾特性，重点评估行蓄洪区启用前后的洪灾损失，为行蓄洪区的调度决策、灾后评估提供依据。
　　（6） 水利工程信息管理系统
　　水利工程信息管理系统包括水利工程基本信息管理和工程运行动态信息管理，主要功能是信息查询、表达与分析。
　　（7） 防汛地理信息系统
　　实现所有与防汛业务有关的基础地理数据的显示与查询功能（如电子沙盘平台下），包括水系、地形地貌、道路、行政区划分布等信息，需要以地图图形方式显示与查询，地形能以三维方式显示等。
　　（8） 防汛信息服务系统
　　防汛信息服务系统的功能就是在地图环境中实现对防汛相关的基础背景信息、水情、雨情、气象信息、工情信息、防洪物资调度信息等防汛抗旱相关信息的可视化查询、空间定位、统计分析与专题图制图输出等，为淮河流域防汛决策会商时提供全面准确及时的信息服务。
　　（9） 会商系统
　　防汛期间，防汛指挥部随时都要根据各地的雨情、水情、工情等及时对防汛、抢险、救灾作出决策。防汛决策过程的一个重要形式是会商制，即防汛决策部门面对辖区内的汛情形势，通过多方讨论作出准确的科学判断，对防汛工作进行严密部署，下达相关部门实施。系统开发中应充分利用地理信息系统的优点，使系统更加灵活，界面操作功能更加完备，可视化效果进一步提高。系统应覆盖整个淮河流域，但又根据需要建立重点关注区域会商系统。
　　3.2　主要技术特点
　　（1）基于XML的WebGIS应用构架
　　WEBGIS技术是以WWW方式发布地图数据及相关的属性数据的一项技术，为用户提供空间数据及相关属性数据的浏览、查询和分析的功能。在WebGIS中引进XML，有助于实现地理空间数据的标准化、结构化。便于网上查询和搜索，便于信息参与数字地球的资源共享，提高WebGIS服务的互操作性，减少服务器和客户之间的频繁交互，从而提高GIS用户的互操作速度。
　　（2）GIS技术应用
　　地理信息系统(GIS)技术能够处理其空间定位特征，能将其空间和属性信息有机地结合起来，从空间和属性两个方面对现实世界进行查询、检索和分析，并将结果以各种直观的形式，形象而不失精确地表达出来。
　　（3）系统软件平台
　　根据系统建设的需要，通过综合分析和归纳各个子系统开发对软件环境的具体要求，并在广泛深入调研各种软件技术及开发工具的可用性、成熟性、先进性等方面的基础上，提出系统开发运行的软件环境。
　　（4）系统硬件环境
　　本系统依赖于现有的部分硬件条件，包括内部局域网、水文自动测报系统、以及现有的通信网络，还有淮委现有多台数据库服务器以及其它相关的网络设备等来进行建设。

　　系统集成是实现大系统一体化运行的系统工程，是根据系统总体设计，对各子系统、功能模块进行有机组织，协调各子系统、功能模块运行，从而实现系统内各子系统、功能模块的一体化运行与对系统的有效管理。
　　淮河流域洪水预报调度系统，无论功能体系还是技术支持系统均包含多个次级功能系统和技术系统，且次级功能系统和技术系统又是由各功能和技术模块组建而成。系统集成过程是实现各功能和技术模块的有机组建。
　　系统的集成与系统设计紧密结合，参与系统软件、硬件开发环境配置、系统功能、系统结构、数据流程、数据结构、数据接口、数据传输等技术设计，指导各模块的技术开发。各具体系统集成既有纵向功能大体系及其子功能系统的纵向功能体系集成，又有横向技术层及其各层面的横向技术集成。系统的集成应遵循以下原则：纵横一体化集成、可配置化集成和底层集成。
　　集成方式大致可分为可执行程序集成和源代码集成。底层集成侧重以源代码以及动态库为基础的系统集成。底层集成是系统一体化高效运行的重要保证，底层集成才是真正意义上的无缝集成。
　　实际的系统功能集成的要求是由用户确定的，为此在功能集成中要设计可配置构件。系统开发者提供的主要是系统集成平台（集成器），具体的运行系统可据业务需求由用户系统管理员配置组成。系统功能配置的数量、规模、内容、功能、对象不受限制，只受系统内技术层的信息处理能力及其信息资源限制。系统可配置化集成不仅表现在系统的功能可配制，而且是系统空间GIS对象可配制、各对象相关属性数据可配制，处理相关数据及表达相关信息的模型可配制，系统表达方式与效果的可配制。
　　其中技术层面的集成是系统集成的核心，决定系统运行成败、优劣的关键。对于集成来说，主要是指运行管理、模型库、数据库等技术层面之间的集成，各系统及其子系统都存在与技术层面及其子层面之间的集成关系。
　　此外，系统集成中还应重点解决与原有系统的集成以及与部委省系统的集成。

　　由于系统涉及的学科多、功能多、开发单位多，建设周期长，因此在项目建设中考虑分三期开发。一期开发重点为：数据整合、经验预报方案下的流域洪水预报系统、淮河水系干流平原区耦合洪水演进模型、基于DEM的数字水文模拟模型、水文学实时校正模型、大型水库预报调度模型。二期开发重点为：资料细化、洪水预报模型库、洪水调度模型库、洪水演进模拟耦合模型、开发水动力学方面的实时校正模型。三期开发重点为：系统的进一步完善、沂沭泗水系洪水预报调度模型、数据库管理系统、安全运行系统、成果表现系统、信息发布系统和系统集成。
　　由于系统建设投资大，宜采取边建设边投资、先重点后全面建设的策略，在系统总体设计中，也是充分考虑了这一点。
　　在系统建设过程中，应严格遵循国家基本建设管理有关的法律法规，采用先进的管理手段，建立一套行之有效的建设管理制度，保障各种规章制度有效执行，进行质量控制，探索多种考核与激励机制，对管理制度的执行进行监督，确保工程建设保质保量顺利完成。

　　洪水所造成的经济损失和社会破坏作用是无法估量的。以淮河1991年、2003年洪水为例，1991年淮河洪水干堤没有决口，但运用了17个行蓄洪区，直接经济损失340亿元；2003年淮河洪水来势凶猛，洪峰接踵而至，但经过科学调度，发挥治淮工程作用，军民团结抗洪，淮河干流没有出现重大险情，这与近年来加强非工程措施建设，为科学调度决策提供技术支持是分不开的。
　　本工程为淮河流域防汛抗旱减灾等非工程性措施，淮河干流水污染严重，水环境为本地区敏感的环境因子，但非工程措施不增加新的污染源，对水文情势也无影响，因此本工程的实施对本地区水环境无影响，从环境保护角度看，本工程是可行的。本工程的建设，不涉及永久占地，无房屋拆迁等问题，因此对群众生活基本无影响。
　　本工程的实施将提高时效性，有利于保护广大人民群众的生命财产安全，为淮河流域的经济和社会发展创造良好的条件，社会效益巨大。系统建成后，洪水预报精度进一步提高，信息发布更加及时，调度决策更加科学合理，将进一步提高淮河流域洪水预报调度现代化水平。

参考文献
[1]《淮河流域洪水预报调度系统总体设计》，淮河水利委员会，2004.10.
[2]《淮委国家防汛抗旱指挥系统一期工程初步设计》，淮委国家防汛抗旱指挥系统工程项目建设办公室，2003.12.