永定河泛区洪水预报与分级运用口门洪水调度的研究

第 4 期2023 年 8 月NO.4Aug.2023水利信息化Water Resources Informatization0 引言根据水利部《关于大力推进智慧水利建设的指导意见》《“十四五”智慧水利建设规划》《智慧水利建设顶层设计》及《水利部关于开展数字孪生流域建设先行先试工作的通知》[1-4]，要求各流域机构率先开展数字孪生流域建设先行先试工作。

珠江水利科学研究院牵头，联合珠江水利委员会（以下简称珠江委）水文局、设计公司、技术中心，充分整合委内资源，贯彻落实《“十四五”数字孪生建设总体方案》及《数字孪生西江（干流大藤峡以下至思贤滘河段）建设先行先试实施方案》[5]，开展先行先试建设工作。

对照《数字孪生流域建设技术大纲（试行）》《水利业务“四预”功能基本技术要求》[6-7]等相关要求，结合珠江委已初步建立的珠江流域水旱灾害防御指挥系统总体框架，攻克重点技术，开发珠江水旱灾害防御“四预”平台[8]（以下简称“四预”平台），并应用于珠江流域防汛、抗旱工作。

1 “四预”平台简介“四预”平台作为数字孪生珠江先行先试实施过程中形成的成果，按照智慧水利、数字孪生流域建设要求，以水旱灾害防御预演业务需求为出发点和落脚点，率先在西江流域试点，以北盘江、柳江、郁江、桂江、贺江骨干水系为建设范围。

基于珠江委内信息，搭建水旱灾害防御相关数据底板，构建模型和知识平台，研究水利三维可视化仿真、模型管理及服务等技术，开发“四预”平台。

平台按照业务方向分为防汛“四预”和抗旱“四预” 2 个部分，按照功能可分为“四情”态势感知、分级分类智能预警、多维多尺度场景全链条预演、智能预案生成等模块，为珠江流域水旱灾害防御工作提供支撑。

平台总体框架如图 1 所示。

2 “四预”平台功能2.1 平台功能设计思路针对珠江流域防汛、抗旱 2 个业务应用的需求，在防汛方面，“四预”平台汇集流域雨情、水情、工情、险情、灾情等信息，以及流域预报、水库群调度、重点河段淹没等模型，实现流域雨水汛情动态监控和专业水利模型统一管理，并按照“降雨—产流—汇流—演进”“流域—干流—支流—断面”“总量—洪峰—过程—调度”“技术—料物—队伍—组织” 4 个链条[9]，结合预报、预警、预演、预案 4 个环节，运用大数据、人工智能、倾斜摄影建模等技术，模拟分析重要河段大、中、微不同尺度洪水演进与淹没实景，实现调度方案自动生成、人工调优与联动预演，优选最佳调度方案，生成洪水防御预案。

STUDIES AND DISCUSSIONSApr.2021NO.4VOL.312021年4月第4期第31卷0引言北京市经过多年努力，初步形成了“1+4”防汛预案体系。

“1”是北京市防汛总体预案，即北京市防汛应急预案，这是北京市防汛工作重要的规范性文件。

“4”是指防御洪水方案、洪水调度方案、避险转移方案和应急抢险方案。

这些预案由不同部门负责组织编制，其中预警指标、防汛应急响应指标、洪水调度指标、防御洪水指标的描述和运用在一定程度上存在不一致、不协调的问题。

本文通过对重点预案重要指标的分析，找出导致指标不协调存在的主要问题，并提出预案编制建议。

1北京市防汛预警和预案指标现状1.1预警指标目前北京市涉及防汛的预警信息包括暴雨预警、洪水预警、地质灾害气象风险预警。

1.1.1暴雨预警暴雨预警分为暴雨蓝色预警、暴雨黄色预警、暴雨橙色预警和暴雨红色预警。

暴雨预警标准主要依据1h 、6h 、24h 预报降雨量或实际降雨量，由气象部门负责发布，是北京市启动防汛应急响应的重要依据之一。

1.1.2洪水预警洪水预警分为洪水蓝色预警、洪水黄色预警、洪水橙色预警和洪水红色预警。

洪水预警标准主要是根据北京市境内14条主要河道、17个重点断面5年一遇以下洪水、5年一遇至20年一遇洪水、20年一遇至50年一遇洪水以及50年一遇以上洪水的洪峰流量，由水务部门负责发布，是北京市启动防汛应急响应的重要依据之一。

1.1.3地质灾害气象风险预警地质灾害气象风险预警分为蓝色预警、黄色预警、橙色预警和红色预警。

地质灾害气象风险预警由规划和自然资源部门负责发布，是北京市启动防汛应急响应的重要依北京市防汛预案指标协调性研究王毅（1.北京市人民政府防汛抗旱指挥部办公室，北京100000；2.北京市应急管理局，北京100000）摘要：深入分析了北京市防汛应急预案、洪水调度预案、防御洪水方案、山洪灾害防御预案指标的现状，指出当前普遍存在的预案指标缺少与预警和防汛响应的协调、预案指标描述不一致、河道洪水调度的洪水标准不一致、预案指标数学描述不严谨、指标缺乏基于洪水预报的整体考虑、山洪灾害防御指标描述不统一、预案指标不连续等问题，提出加强预案间指标协调性，并对典型预案的指标进行了逻辑流程设计，就下一步北京市防汛预案建设提出工作建议，对于加强各级防汛预案指标的协调性、规范预案指标描述的严密性具有普遍的指导意义。

、MIKE主要软件简介1,水资源、海洋模型软件♦MKE11♦MIKE21♦MIKEBASIN♦MIKESHE2,城市水问题模型软件♦MIKEMOUSE♦MIKENETMIKE软件是丹麦水资源及水环境研究所〔DHI〕的产品.DHI是非政府的国际化组织,基金会组织结构形式,主要致力于水资源及水环境方面的研究, 拥有世界上最完善的软件、领先的技术.被指派为WHO〔 The World Health Organization 〕水质评估和联合国环境方案水质监测和评价合作中央之一.DHI的专业软件是目前世界上领先,经过实际工程验证最多的,被水资源研究人员广泛认同的优秀软件.软件的功能涉及范围从降雨-产流-河流-城市- 河口-近海-深海,从一维到三维,从水动力到水环境和生态系统, 从流域大范围水资源评估和治理的MIKEBASIN到地下水与地表水联合的MIKESHE一维河网的MIKE11,城市供水系统的MIKENE刷城市排水系统的MIKEMOUS曰维河口和地表水体的MIKE21,近海的沿岸流LITPACK直到深海的三维MIKES二、MIKE11一维河道、河网综合模拟软件主要用于河口、河流、灌溉系统和其他内陆水域的水文学、水力学、水质和泥沙传输模拟,在防汛洪水预报、水资源水量水质治理、水利工程规划设计论证均可得到广泛应用.MIKE11包含如下根本模块：水动力学模块〔HD：采用有限差分格式对圣维南方程组进行数值求解,模拟水文特征值〔水位和流量〕.降雨径流模块〔RR:对降雨产流和汇流进行模拟.包括NAM UHM URBANSMAP 模型对流扩散模块〔AD：模拟污染物质在水体中的对流扩散过程.水质模块〔WQ:对各种水质生化指标进行物理的、生化的过程进行模拟. 可进行富营养化过程、细菌及微生物、重金属物质迁移等模拟.泥沙输运模块〔ST〕:对泥沙在水中的输移现象进行模拟,研究河道冲淤状况.MIKE11除上述根本模块外,还有各种附件模块如洪水预报〔FF〕模块、GIS 模块、溃坝分析模块〔DB〕、水工结构分析〔SO模块、富营养化模块〔EU、重金属分析模块〔WQHM?.MIKE11模拟的垮坝〔溃堤〕洪水淹没过程MIKE11模拟的泥砂输移规律三、MIKE21--河口、海岸综合模拟系统软件MIKE21 是专业的二维自由水面流动模拟系统工程软件包,适用于湖泊、河口、海湾和海岸地区的水力及其相关现象的平面二维仿真模拟. MIKE21采用标准的二维模拟技术为设计者提供独特灵活的仿真模拟环境.主要用于河口、河流、海洋、水库等地表水体流动、波浪、水环境变化、泥沙运移等二维水利专业工程软件.该软件包含的模型：♦二维水动力模型♦波浪模型♦水质运移模型♦富营养模型♦泥沙运移模型可进行水利工程设计及规划、复杂条件下的水流计算、洪水淹没计算、泥沙沉积与传输、水质模拟预报和环境治理规划等多方面研究应用.其他功能：MIKE21可与MIKE11耦合,既一维、二维耦合,进行河口复杂水流的模拟, 洪水预报和淹没范围计算等.软件融入GIS技术,方便了数据的采集和处理,并包含先进的数据前、后处理和图形专用工具,重要计算区域变剖分网格加密计算处理技术.先进的图形工具使数据进行可视化的输入、编辑、分析和多形式输出结果的表达.动态、三维高度可视化的结果表达方式、时间序列图等输出方式.MIKE21模拟的水质运移过程基于GIS的水下地形处理和显示四、MIKEBASI端域水资源规划和治理平台MIKE BASIN 是应用于流域或区域的水资源综合规划和治理工具.软件基于GIS平台,采用数学模型技术解决流域的地表水产汇计算,地下水资源的计算与评价,流域水环境状况分析等具体问题.模型包含进行水库的优化调度〔单库、多库联调〕和对水力资源进行模拟计算,对农业灌溉用水、城市工业、生活供水进行方案调配等功能模块.该软件可对未来流域复杂的水资源计算和多目标开发利用、水环境保护、制定工程规划等专项研究提供有效工具.以流域节点图为根底,把实际水资源系统中的一些根本规律抽象成为数学关系式,通过运行模型,追踪河道径流、水库蓄水、水质等变化过程,分析计算每个节点的物理指标,从而到达在时间上和空间上模拟流域各种水资源信息特征的目的.包括：♦水量平衡模型♦水文分析模型♦地下水模型♦综合水质模型♦水库调度♦水量分配模型MIKEBASIN通用性强,适于大、小流域和行政区域各种复杂条件水资源问题研究.综合性强.可进行水量、水质综合平衡研究,单库,多库联合优化调度等多目标问题研究.各种专业模型先进、实用,可便捷进行节点水平衡、缺水程度、保证率计算基于GIS平台,建模快速,数据前处理灵活,后处理以多种形式直观表达, 易于分析、统计等.可视化操作界面,友好,方便.五、MIKESH——地下水、地表水综合性的规划治理软件工具MIKESHE是进行大范围陆地水循环研究的工具,侧重地下水资源和地下水环境问题分析、规划和治理.软件主要包括一维非饱和带,二、三维饱水带水量模拟模型和对流弥散模型、水质模型〔包括水文地球化学模型如吸附和解吸、生化反响过程,农作物生长模型与氮、磷循环专业模块〕.MIKESHBS可以与MIKE11 模型耦合计算,并包含坡面流、蒸散发模型,模型运算采用不同时间步长技术.融入GIS技术,可视化的输入、编辑、分析,参数自动识别,局部重点计算区域剖分网格加密计算技术.并采用动态、三维计算结果表达、时间序列图等多输出方式. MIKE SHE 是目前世界上综合性和功能最强、最优秀、应用范围最广的综合模型软件.MIKESHE可用于流域或局部区域不饱和、饱和带二、三维地下水水资源计算、优化调度和规划,地表、地下水的联合计算和调度,供水井井网优化、湿地的保护、恢复和生态保护,氮、磷等常规污染组分、重金属、有害放射性物质迁移、甚至酸性水渗流等复杂问题的模拟、追踪和预报,地下水运动过程中的地球化学反响、生物化学反响的模拟分析、污染含水层水体功能的恢复与治理,农作物生长对水分和污染物质在非饱和带运移的影响等综合研究.MIKESHES于GIS的数据可视化前处理MIKESHEf算结果表达六、MIKEMOUS^城市排水系统模拟软件MOUSE是模拟城市排水,污水系统的水文,水力学和水质等集成工程软件, 它集成了城市下水系统中的外表流,明渠流,管流,水质,和泥沙传输等模型.MOUSE的典型应用包括合流下水道溢出研究〔CSO〕生活污水管溢出〔SSO〕复杂RTC计算和分析,分析和诊断现有雨水和生活污水管系统问题. 应用MOUSE 可研究：♦下水道系统的退水时间？♦超负荷载的主要原因？♦是否需要替换有问题的下水道,安装新的水槽和堰等？♦运行规那么的改变对环境将产生怎样的长期影响？♦沉淀物会滞留在下水道中的什么位置,为什么会滞留？♦暴雨之后,在溢流堰和污水处理厂的污染物状况？七、MIKENET----新一代城市供水系统治理专业软件♦内嵌先进水力专业模型采用EPANE梗拟压力管道系统内水力和水质,跟踪每根管道内水的流动、节点的水压力、水池的水位和网络内化学物的浓度.♦强大数据治理功能内嵌SQL Server数据库治理系统,对大量的供水系统空间和属性数据进行有效治理、编辑、查询和输出.♦便捷的供水网络模型建立方式使用MIKE NET内置工具可以很快地建立模型.网络图可以直接导入MapInfo, ArcInfo 或ArcView数据格式,或使用鼠标简单地点击生成.♦实时限制功能管网自动监控系统〔压力、水质等〕,用任何SCAD原统实现供水取水水源到用户的实时监测和操作运行模拟.实时限制和掌握供水系统运行状况.♦逼真的动态演示MIKE NET＞供多种平面图和剖面图表示方式,动态演示平面、剖面管网压力分布、水质变化等模拟结果.MIKE系列软件关键技术掌握一、MIKE主要软件简介1.水资源、海洋模型软件♦MKE11♦MIKE21♦MIKEBASIN♦MIKESHE2.城市水问题模型软件♦MIKEMOUSE♦MIKENETMIKE软件是丹麦水资源及水环境研究所〔DHI〕的产品.DHI是非政府的国际化组织, 基金会组织结构形式, 主要致力于水资源及水环境方面的研究, 拥有世界上最完善的软件、领先的技术.被指派为WHQThe World Health Organization 〕水质评估和联合国环境方案水质监测和评价合作中央之一.DHI的专业软件是目前世界上领先,经过实际工程验证最多的,被水资源研究人员广泛认同的优秀软件. 软件的功能涉及范围从降雨一产流一河流一城市一河口一近海一深海,从一维到三维,从水动力到水环境和生态系统,从流域大范围水资源评估和治理的MIKEBASIN到地下水与地表水联合的MIKESHE一维河网的MIKE11,城市供水系统的MIKENE林口城市排水系统的MIKEMOUSU维河口和地表水体的MIKE21,近海的沿岸流LITPACK直到深海的三维MIKE3二、MIKE11一维河道、河网综合模拟软件主要用于河口、河流、灌溉系统和其他内陆水域的水文学、水力学、水质和泥沙传输模拟,在防汛洪水预报、水资源水量水质治理、水利工程规划设计论证均可得到广泛应用.MIKE11包含如下根本模块：水动力学模块〔HD :采用有限差分格式对圣维南方程组进行数值求解,模拟水文特征值〔水位和流量〕.降雨径流模块〔RR〕:对降雨产流和汇流进行模拟.包括NAM UHM URBAN SMAP 模型对流扩散模块〔AD〕:模拟污染物质在水体中的对流扩散过程.水质模块〔WQ :对各种水质生化指标进行物理的、生化的过程进行模拟. 可进行富营养化过程、细菌及微生物、重金属物质迁移等模拟.泥沙输运模块〔ST〕:对泥沙在水中的输移现象进行模拟,研究河道冲淤状况.MIKE11除上述根本模块外,还有各种附件模块如洪水预报〔FF〕模块、GIS模块、溃坝分析模块〔DB、水工结构分析〔SO模块、富营养化模块〔EUI〕、重金属分析模块〔WQHM等.MIKE11模拟的垮坝〔溃堤〕洪水淹没过程MIKE11模拟的泥砂输移规律三、MIKE21--河口、海岸综合模拟系统软件MIKE21是专业的二维自由水面流动模拟系统工程软件包,适用于湖泊、河口、海湾和海岸地区的水力及其相关现象的平面二维仿真模拟. MIKE21采用标准的二维模拟技术为设计者提供独特灵活的仿真模拟环境.主要用于河口、河流、海洋、水库等地表水体流动、波浪、水环境变化、泥沙运移等二维水利专业工程软件.该软件包含的模型：♦二维水动力模型♦波浪模型♦水质运移模型♦富营养模型♦泥沙运移模型可进行水利工程设计及规划、复杂条件下的水流计算、洪水淹没计算、泥沙沉积与传输、水质模拟预报和环境治理规划等多方面研究应用.其他功能：MIKE21可与MIKE11耦合,既一维、二维耦合,进行河口复杂水流的模拟, 洪水预报和淹没范围计算等.软件融入GIS技术,方便了数据的采集和处理,并包含先进的数据前、后处理和图形专用工具,重要计算区域变剖分网格加密计算处理技术.先进的图形工具使数据进行可视化的输入、编辑、分析和多形式输出结果的表达.动态、三维高度可视化的结果表达方式、时间序列图等输出方式.MIKE21模拟的水质运移过程基于GIS的水下地形处理和显示四、MIKEBASINK域水资源规划和治理平台MIKE BASIN是应用于流域或区域的水资源综合规划和治理工具.软件基于GIS平台,采用数学模型技术解决流域的地表水产汇计算,地下水资源的计算与评价, 流域水环境状况分析等具体问题.模型包含进行水库的优化调度〔单库、多库联调〕和对水力资源进行模拟计算,对农业灌溉用水、城市工业、生活供水进行方案调配等功能模块.该软件可对未来流域复杂的水资源计算和多目标开发利用、水环境保护、制定工程规划等专项研究提供有效工具.以流域节点图为根底,把实际水资源系统中的一些根本规律抽象成为数学关系式,通过运行模型,追踪河道径流、水库蓄水、水质等变化过程,分析计算每个节点的物理指标,从而到达在时间上和空间上模拟流域各种水资源信息特征的目的.包括：♦水量平衡模型♦水文分析模型♦地下水模型♦综合水质模型♦水库调度♦水量分配模型MIKEBASIN!用T^强,适于大、小流域和行政区域各种复杂条件水资源问题研究.综合性强.可进行水量、水质综合平衡研究,单库,多库联合优化调度等多目标问题研究.各种专业模型先进、实用,可便捷进行节点水平衡、缺水程度、保证率计算等.基于GIS平台,建模快速,数据前处理灵活,后处理以多种形式直观表达, 易于分析、统计等.可视化操作界面,友好,方便.五、MIKESHE■一地下水、地表水综合性的规划治理软件工具MIKESHE是进行大范围陆地水循环研究的工具, 侧重地下水资源和地下水环境问题分析、规划和治理.软件主要包括一维非饱和带,二、三维饱水带水量模拟模型和对流弥散模型、水质模型〔包括水文地球化学模型如吸附和解吸、生化反响过程,农作物生长模型与氮、磷循环专业模块〕. MIKESH斑可以与MIKE11模型耦合计算,并包含坡面流、蒸散发模型,模型运算采用不同时间步长技术.融入GIS技术,可视化的输入、编辑、分析,参数自动识别,局部重点计算区域剖分网格加密计算技术.并采用动态、三维计算结果表达、时间序列图等多输出方式.MIKE SHE是目前世界上综合性和功能最强、最优秀、应用范围最广的综合模型软件.MIKESHE!用于流域或局部区域不饱和、饱和带二、三维地下水水资源计算、优化调度和规划,地表、地下水的联合计算和调度,供水井井网优化、湿地的保护、恢复和生态保护,氮、磷等常规污染组分、重金属、有害放射性物质迁移、甚至酸性水渗流等复杂问题的模拟、追踪和预报,地下水运动过程中的地球化学反响、生物化学反响的模拟分析、污染含水层水体功能的恢复与治理,农作物生长对水分和污染物质在非饱和带运移的影响等综合研究.MIKESH逊于GIS的数据可视化前处理MIKESHEt算结果表达六、MIKEMOUSE一城市排水系统模拟软件MOUSEI模拟城市排水,7水系统的水文,水力学和水质等集成工程软件, 它集成了城市下水系统中的外表流,明渠流,管流,水质,和泥沙传输等模型.MOUS的典型应用包括合流下水道溢出研究〔CSO〕生活污水管溢出〔SSO〕, 复杂RTC计算和分析, 分析和诊断现有雨水和生活污水管系统问题.应用MOUSET研究：♦下水道系统的退水时间？♦超负荷载的主要原因？♦是否需要替换有问题的下水道,安装新的水槽和堰等？♦运行规那么的改变对环境将产生怎样的长期影响？♦沉淀物会滞留在下水道中的什么位置,为什么会滞留？♦暴雨之后,在溢流堰和污水处理厂的污染物状况？七、MIKENET----新一代城市供水系统治理专业软件♦内嵌先进水力专业模型采用EPANE模拟压力管道系统内水力和水质,跟踪每根管道内水的流动、节点的水压力、水池的水位和网络内化学物的浓度.♦强大数据治理功能内嵌SQL Server数据库治理系统,对大量的供水系统空间和属性数据进行有效治理、编辑、查询和输出.♦便捷的供水网络模型建立方式使用MIKENET内置工具可以很快地建立模型. 网络图可以直接导入MapInfo, ArcInfo 或ArcView数据格式,或使用鼠标简单地点击生成.♦实时限制功能管网自动监控系统〔压力、水质等〕,用任何SCAD质统实现供水取水水源到用户的实时监测和操作运行模拟.实时限制和掌握供水系统运行状况.♦逼真的动态演示MIKE NET提供多种平面图和剖面图表示方式,动态演示平面、剖面管网压力分布、水质变化等模拟结果.。

国家防汛抗旱总指挥部办公室文件办河[1996]26号关于印发《防洪预案编制要点（试行）》的通知各省、自治区、直辖市防汛抗旱指挥部，黄河防总，长江中下游防总，各流域机构：防汛实践证明，编制好防洪预案是防止和减轻洪水灾害的重要措施，根据《中华人民共和国防汛条例》和有关法规，我办组织制订了《防洪预案编制要点（试行）》现予印发，请各地在编制防洪预案时参照执行。

目前即将进入汛期，请根据当地的实际情况，抓紧组织有关部门制订或修订各类防洪预案，在执行《要点》的过程中有什么问题和建议，请及时报我办。

附件：防洪预案编制要点（试行）国家防汛抗旱总指挥部一九九六年四月十四日主题词：防洪预案要点通知--------------------------------------------------------------------------------广东省三防办翻印转发各市、县三防指挥部（共印140份）--------------------------------------------------------------------------------防洪预案编制要点（试行）一、总则二、编制范围和审批权限三、基础资料四、防御洪水方案的编制内容五、实施措施的编制内容--------------------------------------------------------------------------------防洪预案编制要点（试行）一、总则1.1 为了防止和减轻洪水灾害，做到有计划、有准备地防御洪水，根据《中华人民共和国防汛条例》关于制定防御洪水方案的规定，特提出防洪预案编制要点。

1.2 防洪预案即防御江河洪水灾害、山地灾害（山洪、泥石流、滑坡等）、台风暴潮灾害、冰凌洪水灾害以及突发性洪水灾害等方案的统称，是在现有工程设施条件下，针对可能发生的各类洪水灾害而预先制定的防御方案、对策和措施；是各级防汛指挥部门实施指挥决策和防洪调度、抢险救灾的依据。