简要信息

【获奖类型】应用特等奖

【任务来源】计划外

【课题编号】遥020502

【课题起止时间】2003年9月~2007年12月

【完成单位】中国水利水电科学研究院

水利部松辽水利委员会

丹麦水环境研究所

丹麦水利环境技术（上海）有限公司

【主要完成人】李纪人、程晓陶、黄诗峰、万洪涛、安  波、王义成、付俊娥、陆玉忠、马建明、张建立、胡昌伟、李  琳、朱云枫、徐  美、刘  舒

立项背景

1998年大洪水之后，国务院为加快松花江流域防洪工程建设步伐，利用部分亚洲开发银行专项贷款进行松花江、嫩江防洪工程建设和防洪非工程措施建设。2002年7月国家计委以《印发国家计委关于审批利用亚洲开发银行贷款松花江、嫩江防洪工程项目可行性研究报告的请示的通知》（计农经[2002]1099号）正式批准了亚行贷款项目；2002年8月，中国政府代表团与亚洲开发银行进行了贷款谈判，经过谈判，双方代表最终达成一致意见，草签了《贷款协定》和《项目协议》，并签订了贷款谈判会议纪要；2002年9月30日，该项目经亚洲开发银行董事会讨论批准通过。

松花江流域洪水管理应用软件系统是亚行贷款非工程防洪措施中的一部分，是由松辽委负责组织实施的防洪管理系统中部分内容。它主要是通过进行洪水管理应用软件系统的建设，提高流域洪水管理水平以达到科学减灾提高流域内人民生活水平，保障社会经济可持续发展的目标。该系统同时将作为防汛抗旱指挥系统的主要应用软件系统之一。

详细科学技术内容

项目以松花江流域为研究对象，以人类与洪水和谐共处与可持续发展和先进的洪水管理理念为指导思想，紧密结合松花江流域的特点和实际，充分利用3S技术、数字高程模型（DEM）、数据库技术、虚拟现实技术和先进的洪水预报（NAM）、防洪调度与洪水动态模拟（MIKE11、MIKE21、MIKE FLOOD、MIKE FLOODWATCH）等现代高新技术，在防汛地理信息系统、洪水预报与洪水模拟模型系统、数据库系统以及洪水调度系统基础上开发了松花江流域洪水管理决策支持系统，包括洪水预报、洪水调度、洪水监视预警、洪水仿真、灾情评估和防汛管理6个功能模块。

具体内容包括：

（1）决策支持系统

决策支持系统的建立一直是信息化工作中的难点之一。本项目在覆盖面积如此大的松花江流域建立了比较实用和完整的决策支持系统，也是国内的首次。本项目的决策支持系统包括洪水预报、洪水调度、洪水监视预警、洪水仿真、灾情评估、防汛管理等模块，是根据松花江流域防洪减灾的具体情况设置的。

（2）松花江实时洪水预报系统

该系统针对松花江流域复杂水情、复式河槽、水库联合调度、分洪、溃口等特点和洪水预报要求，充分利用历史和实时水文信息，用水动力学模型进行预报，这在我国大流域的洪水预报中是不多的。该系统既可从降雨开始进行预报作业，也可对河道洪水的演进过程进行预报。

该实时洪水预报系统支持了松花江流域洪水四级应急响应的启动决策。

（3）一、二维耦合模型

建立了吉林、哈尔滨、佳木斯、齐齐哈尔等四座城市以及月亮泡和胖头泡两个蓄滞洪区的一、二维耦合模型，用于分析各种历史洪水、设计洪水和不同预案条件下洪水的传播路径、时间、淹没水深、范围和历时等，为这些地区的防洪规划、减灾救灾、洪灾损失评估、防洪工程效益评估以及整个流域的洪水调度和洪水管理提供基础信息。将一维模型和二维模型耦合，充分发挥了两种模型的各自特色和优势，可解决两种模型分别使用时经常遇到的空间分辨率和计算精度等问题。尤为重要的是，一、二维耦合模型系统可自动分析分洪对河道水位的影响、以及河道水位下降对城市/蓄滞洪区分洪量的影响，从而提高模拟精度和可靠性。

（4）预报调度预案生成与评估

为弥补长预见期实时洪水预报在精度上的不足，生成多种预报调度预案并进行模拟和评估是本系统最大的特色。在预报调度预案生成中，可交互式地输入流域内降雨时空分布条件、嫩江上游来流（尼尔基出库、江桥站、大赉站）、第二松花江上游来流（丰满出库与扶余站），并在预案中可考虑蓄滞洪区分洪过程与险工溃口。在预案模拟的基础上，根据其结果进行松花江流域防洪形势分析，通过干流河道最高水位水面线与重点干流站特征水位的比较，了解河道干流的洪水形势，确定超警戒水位、超保证水位或可能漫堤的河段等。当蓄滞洪区进行了分洪运用或发生险工溃口时，快速地对其影响进行分析评估，估算出洪水影响范围、影响人口与受淹耕地。这些预案和模拟结果评估可为实时的防汛会商决策提供多方面的信息。

（5）灾情评估

针对城市、行蓄洪区、防洪保护区的不同特点，采取不同的技术路线，开发出灾情评估模型。可利用MIKE21二维洪水模拟结果或遥感监测结果，也可利用历史洪水淹没范围（如1998年大洪水）进行灾前、灾中和灾后的灾情评估。其中灾前评估尤为重要，可对实际预报调度以及各种预报调度预案的结果进行灾情评估，估算不同情况下的洪水淹没范围、受影响人口、受淹耕地面积和经济损失等。

（6）基础数据收集整理

为了项目的顺利进行，本项目收集和整理资料的规模是空前的，其中不乏特地为本项目新采集的资料，例如社会经济资料、部分大比例尺空间地理数据、河道断面资料等等。

发明及创新点

该项科研成果具有创新性，弥补了国际国内流域级洪水管理系统和研究的不足，为深入研究、解决流域性洪水管理问题奠定了基础，成为我国解决洪水管理的范例。

（1）首次在覆盖面积大、基础资料薄弱的松花江流域建立集洪水预报、洪水调度、洪水监视预警、洪水仿真、灾情评估和防汛管理等模块为一体的比较实用和完善的决策支持系统，对一直是水利信息化工作中的难点之一的决策支持系统进行了实证研究，填补了我国流域级洪水管理决策支持系统研究的空白。

（2）可实时或预先生成多种预报调度预案并进行模拟和评估，弥补预见期实时洪水预报在精度上的不足，为防汛决策提供有力的支持。

（3）针对城市、行蓄洪区、防洪保护区的不同特点，开发基于空间格网的灾情评估模型，并与二维洪水模拟模型集成，可对各种预报调度预案的结果进行灾情评估，估算受淹范围、受影响人口、受淹耕地面积和经济损失等。

（4）月亮泡和胖头泡蓄滞洪区的启用条件是哈尔滨的水位超过120.94m，由于决策目标远离“三库两泡”，实时预报的保证精度的预见期不可能那么长。因此在现有的月亮泡和胖头泡蓄滞洪区运用条件下，项目做了大量细致的工作将决策点向上游移，使“两泡”的运用更加科学主动。

（5）建立了吉林、哈尔滨、佳木斯、齐齐哈尔等四座城市以及月亮泡和胖头泡两个蓄滞洪区的一、二维耦合模型，可自动分析分洪对河道水位的影响、以及河道水位下降对城市、蓄滞洪区分洪量的影响，从而有助于提高决策的可靠性。

与当前国内外同类研究、同类技术的综合比较

本项目的主要研究成果为《松花江洪水管理系统》，它是我国研究开发的第一个流域级的洪水管理系统，在国际上也少有先例。《松花江洪水管理系统》有别于防洪信息管理系统和防汛指挥系统，更侧重于在汛前科学地制定流域洪水应急预案，在汛期为防汛决策提供准确、及时的监测、预报、预警、灾情信息，以及可供选择的调度、抗洪等实施方案与评价意见。在无先例可偱的情况下，本项目无疑是一次成功的探索。

成果应用情况及社会经济效益

该项目成果已经在松花江流域洪水管理工作中得到实际应用，实现了全流域防洪减灾和洪水管理数字化和智能化，全面地提高了松花江流域的洪水管理能力，为松花江流域的防洪减灾和防汛工作提供了科学、准确和及时的决策和技术支撑，取得了显著的经济效益和社会效益，对我国其它流域建立完善的洪水管理系统具有一定的借鉴意义。因此，该项研究成果具有广阔的应用前景。

成果转化、推广或产业化方面还需帮助解决的问题

项目成果已在松花江流域洪水管理中得到实际应用，在推广应用过程中需要进一步解决以下四个方面的问题：

（1）雨量站密度问题

流域部分地区，尤其是嫩江上游雨量站密度过小是影响子流域降雨径流预报精度的主要原因之一。要尽快增设雨量站点或将尼尔基水库上游的自动测报系统纳入进来。

（2）气象预报系统的纳入

进行胖头泡月亮泡蓄滞洪区运用分析时，需要提前9天预报哈尔滨水位。预见期内的降雨是做出准确的洪水预报的必要条件，预见期内准确的降雨定量预报是提高洪水预报精度的关键。在下一步建设中要尽快将气象预报系统纳入到该系统内。虽然短期内降雨定量预报还达不到这个要求，但气象-水文耦合模型是解决这一问题的最好途径。

（3）嫩江下游与松花江干流河床宽阔，松花江洪水管理系统中的河道洪水模型采用一维河道模型，很难对宽广的河滩地形地貌进行有效的概化，今后防汛指挥系统建设中，建议采用二维模型对局部宽广河道河段进行模拟，加强一、二维水力学模型集成的河道洪水预报调度模型的研究与建设。

（4）蓄滞洪区运用条件

月亮泡与胖头泡蓄滞洪区的运用条件为：当预报哈尔滨水文站水位超过120.94m(黄海高程)时，运用月亮泡水库蓄滞洮儿河洪水，启用胖头泡分蓄嫩江洪水。由于月亮泡与胖头泡分洪闸处洪水传播到哈尔滨约需8－9天，目前，在降雨定量预报的精度和预见期远不能满足要求的条件下，预见期在9天以上的哈尔滨洪水预报的精度是不可能支持蓄滞洪区的实时调度决策的。建议在防汛指挥系统建设时加强蓄滞洪区的运用条件研究，运用条件必须往上游移。

松花江洪水管理系统界面