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治黄科技支撑体系的建设与发展探讨(刘斌 霍小虎 孙建奇 苏运启)

栏目:农林鱼水论文发布:2010-03-12浏览:2549下载152次收藏
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治黄科技支撑体系是指借助现代科学和技术的发展,通过原型观测、模型试验和数字模拟等手段,了解黄河各种现象之间的内在规律,掌握黄河水沙情况变化的趋势,制定切实可行的对策措施,为黄河治理开发与管理提供决策支持,实现以水资源的可持续利用支持经济生活的可持续发展。治黄科技支撑体系包括三个子体系,即水沙监测与预测预报、“数字黄河”工程和“模型黄河”工程。

 

1、治黄科技支撑体系的起步与建设

 

黄河是中华民族的母亲河,开展水文观测已有四千多年的历史[1];固定的规范观测可追溯到近300年前清康熙年间[2],从民国时期开始按近代水文科学知识布设水文测站和进行水文观测。1912年在山东泰安设立雨量站[3],1915年在黄河支流大汶河南城子设立水文站,标志着黄河流域以近代科学方法进行水文观测的开始。以后,逐步设立了各种水文测站。黄河干流最早的水文站——陕县和泺口水文站,于1919年分别设立在河南、山东[4]。1946年人民治黄以来,黄河水沙测验工作有了长足的发展,开展了站网规划与建设、洪水测验、洪水调查、资料整编等一系列工作。 1956 年全流域第一次开展了流域统一站网规划[5]。并先后与1961年、1963~1965年、1977~1979年、1983年又进行了四次较大的站网规划的调整和补充。

 

为了加强水利科研发展,根据治黄发展的需求, 1950 成立了黄河水利科学研究院,重点开展以河流泥沙为中心的多学科、综合性水利科研工作[6]。为三门峡水库运用与改建、小浪底水库的规划、设计、施工中的关键问题等开展了大量卓有成效的实体模型试验,研究成果为解决工程的重大技术问题提供了依据。开展了河道整治、下游河道演变规律等模型试验。

 

随着计算机的应用、普及与发展,针对治黄存在的重点问题,我委建设和研发了“小花间致洪暴雨预报系统”、“小浪底水情自动测报系统”、“黄河防洪决策支持系统”、“黄河水量调度管理系统”等业务应用系统。但是,这些系统间存在着基础设施及功能不完善、建设分散、条块分割、新技术应用不足、管理水平不高、缺乏统一规划等问题[7]。为提升治黄业务的科技含量,加强流域统一管理,推动黄河水利现代化建设, 2001 年 7 月,我委正式提出建设“数字黄河”工程,并编制完成了《“数字黄河”工程规划》,2003年通过了水利部的批复(水规计[2003]166 号),标志着治黄科技发展掀起了新的篇章。

 

2、科技支撑体系现状

 

治黄科技支撑体系的三个子体系起步时期不同,也经历了不同的发展阶段,在治黄发展中发挥了重要作用。

 

2.1水沙监测与预测预报体系

 

水沙监测与预测预报体系包括水文站网、测验设施设备、水库河道滨海测验、水文情报预报等方面的内容。

 

1) 水文站网

 

根据河流水系、水文分区和行政区域相结合并尊重历史分工的原则,开展省区与黄委全流域一体化的水文站网规划。截至2005年,黄河流域现有水文站 416 处;水位站 76 处;雨量站2281 处;泥沙观测站 252 处;蒸发站 161处;地下水观测井 2128 处。流域内水文站平均单站控制面积为 1900 km2 ,雨量站平均单站控制面积为 330 km2 。现有水文站网在防汛抗旱、水资源管理、水利工程的规划设计、国民经济建设中发挥了巨大作用。

 

2) 测验设施设备

 

截止目前,黄河流域水文系统共建成各种水文缆道 592 处,各种测船 163 艘,专用测桥 85 座,水位观测平台 561 处,无线电台 532 部, adcp 24 台,全站仪 86 台,全球定位测量宇宙站 66 台,以及生产业务用房、防汛用车等。

 

3) 水库、河道、滨海测验

 

黄河下游河道淤积测验工作开始于上世纪 50 年代, 1962 年以后开始进行统一性的河道淤积测验,并一直不间断的延续至今。截至目前,黄委管辖范围内水库、河道及河口滨海区淤积测验断面数量为 808 个,主要分布在三门峡库区及以下地区。

 

4)水文情报预报

 

目前,主要开展的预报项目有气象预报、洪水预报、径流预报等。黄河气象预报主要依赖天气学预报方法, mm5 和 arem 中尺度数值降雨预报模式预报成果,预见期为 24-72 小时。现在已经开发多种黄河干支流主要站的洪水预报方案,黄委和省区基本建立了相应的洪水预报系统。实施中的“黄河小花间暴雨洪水预警预报系统”中的气象水文预报系统,可实现定量降水预报与洪水预报、径流预报有机结合,实现连续、滚动的气象、洪水、径流预报。

 

2.2 “数字黄河”工程

 

“数字黄河”工程总体框架主要由应用系统、应用服务平台、基础设施等三个层次组成,基础设施主要包括数据采集、数据传输、数据存储与处理等系统。应用服务平台包括应用服务和资源管理。业务应用系统主要包括防汛减灾、水量调度、水资源保护、水土保持、工程建设与管理、电子政务等。经过几年的建设,“数字黄河”工程取得了重大进展,并在黄河治理开发中发挥了重要作用。

 

1)应用系统建设进展顺利

 

防汛:开展了 "黄河小花间暴雨洪水预警预报系统" 建设;完成了黄河下游工情险情四级信息采集体系试点建设;建设了预报调度耦合系统;建成了异地视频会商系统;初步完成了黄河下游基于 gis 的二维水沙演进数学模型;建成了黄河下游防洪防凌信息监视系统(试点),全面启动了国家防汛抗旱指挥系统一期工程。这些系统的建成,为黄河防洪防凌以及调水调沙的调度决策发挥了积极的作用。

 

水资源管理与调度:建设了黄河水量总调度中心,初步实现了水量调度信息的计算机管理,黄河下游 77 座引黄涵闸实现了远程监控;开展了黑河水量调度管理系统建设。

 

水资源保护:初步建设了水资源保护监控中心;建成水质移动监测车;开发了水资源环境信息系统。

 

水土保持:基本完成水土保持生态环境监测系统一期工程建设。

 

工程建设与管理:黄河下游防洪工程维护管理试点系统已基本完成,开发完成了工程管理维护模型,提高了黄河水利工程的建设管理和维护管理的水平。

电子政务:完成了水利部电子政务一期工程。

 

2)基础设施建设日益完善

 

基本建成了覆盖黄河中下游的通信和网络,完成数据中心一期工程,建成一些基础数据库和专业应用数据库。

 

3)建设管理体系基本形成

 

成立了专门的管理机构,制定了“数字黄河”工程标准体系,编制了多项技术标准,发布了相关规章制度。

 

2.3 “模型黄河”工程

 

“模型黄河”是由专用的实体模型所组成的科学试验技术体系。一方面“模型黄河”直接提供黄河治理开发方案,另一方面为“数字黄河”工程建设提供物理参数。

 

早在 1923 年,德国恩格斯教授就利用实体模型开展了黄河丁坝试验[8]。新中国成立后,实体模型试

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