開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇流域管理論文，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。

第1篇

由于我國獨特的自然地理條件和復雜的水文水資源特點，決定了我國的水資源問題比較復雜，雖然各流域經過四、五十年大規模的水利工程建設，取得了巨大成就，但水資源短缺和污染問題，不僅沒有得到根本性的解決，還有日益嚴峻的趨勢。為了更有效地解決或緩解所面臨的“水少、水臟”問題，需要深入地分析現狀下墊面條件下的流域水循環規律和地表水與地下水之間的相互轉化關系，通過研究流域水資源實時監控管理的基礎理論和技術方法，開發和建設流域水資源實時監控管理系統，以充分利用和挖掘現有水利工程的內部潛力與整體綜合優勢，確保流域水資源的合理開發和高效利用，有力地支持社會經濟的可持續發展。

2系統的構成與技術關鍵

研制流域水資源實時監控管理系統的主要目的是，以水利信息化促進水利現代化，以水利現代化保障水資源的可持續利用，并以水資源的可持續利用來支撐社會經濟的可持續發展。該系統是以水資源實時監測系統為基礎，以現代通信和計算機網絡系統為手段，以水資源優化調度和地表水、地下水、污水處理回用、海水（微咸水）及外調水的聯合高效利用為核心，追求節水、防污、提高水資源利用效率和最終實現水資源的可持續利用為目標，通過水資源信息的實時采集、傳輸、模型分析，及時提供水資源決策方案，并快速給出方案實施情況的后評估結果等，以確保實現水資源的統一、動態和科學管理，做到防洪與興利、地表水與地下水、當地水與外調水、水質與水量、優質水與劣質水之間聯合調度與管理，確保水資源與社會經濟、生態環境之間的協調發展，以支撐社會經濟的可持續發展。

流域水資源實時監控管理系統是一種動態的交互式計算機輔助決策系統，由水資源實時監測、實時評價、實時預報、實時管理、實時調度、決策會商、控制和后評估子系統所組成，是基于可持續發展的思想，根據現代水文水資源科學的有關理論，利用當代先進的系統分析、人工智能、計算機、多媒體及網絡等技術，通過有關專業模型計算、分析和知識推理、判斷等，為決策者提供流域水資源實時管理、調度方案，并允許決策者或專家根據自己的智慧、知識、經驗、偏好和決策風格等進行定性分析與判斷，直接干預方案生成及評價整個決策過程。

根據流域水文水資源特點和供用水特征，基于目前流域所面臨的水資源短缺和水環境惡化問題，研究和開發流域水資源實時監控管理系統。該系統的技術關鍵主要包括：

（1）水資源監測網的調整和完善，河流納污能力及其環境容量，水庫或水庫群運行規則、技術參數的校核與調整，洪水資源調控、污水處理回用與地下水人工回灌，污水總量控制與生態環境需水量，防洪與興利統一調度，地表水與地下水資源聯合運用管理等研究，以及水資源實時調度管理方案付諸實施后效益與風險分析、系統的標準化等。

（2）該系統由龐大而復雜的基礎數據庫、模型數據庫、結果數據庫、專業模型庫和知識庫等組成。其特點是系統規模龐大、處理的數據信息量大，模型運算復雜以及數據傳輸接口多，如何實現信息存儲、加工、傳輸的專業化管理，是一個技術難點。流域的水價政策及水權分配問題，也是影響流域水資源合理開發和高效利用以及實時、統一管理的關鍵。

（3）如何建立和完善與現代水資源管理要求相適應的組織機構和高效、精干的執法隊伍，以及如何制定科學的流域水資源管理規章制度、有關政策和法規條例等，以保障流域水資源實時管理、調度方案的付諸實施，指導流域水資源開發利用和保護。

3系統的主要功能

流域水資源實時監控管理系統的主要功能包括：水資源（及水質）的實時監測、評價、預報和決策支持（實時預報、管理及調度）以及控制、后評估等（如圖1）。

圖1流域水資源實時監控管理系統的功能框圖

3.1水資源實時監測

水資源實時監測內容主要包括水情、水質、旱情以及其他信息等。在現有監測站網的基礎上，建立和完善統一的水資源（包括大氣降水、地表水、土壤水與地下水）動態監測（站點）網或監測系統（包括雨量、蒸發、徑流、水位、水質、水溫、墑情等監測站點），以及各取水口取水量、開采機井抽水量等監測網，各監測網或系統之間互通有無、資料共享，為水資源的合理開發、高效利用和有效保護及時快速、準確地提供完備的實時監測數據資料。

（1）雨量觀測。目前采用的雨量觀測手段主要是普通自記和人工觀測，為了達到實時監測的目的，需要適時更新現有的觀測設備，裝配翻斗式雨量計并配備固態存儲器等，使雨量觀測工作方式更新為無人值守，有人看護的觀測方式，實現雨量信息的自動采集及傳遞。

（2）水位觀測。水位觀測分為地表水和地下水兩種，地表水多指河流水位和水庫水位等，而地下水就單指地下水位。

①對于基本水尺在橋梁上（或附近有公路橋）的水位觀測，特別是含沙量較大的站，建議采用氣介質超聲波水位計，再采用有線或無線方式將水位信息傳輸到站房。

②對于山區性河流，或斷面穩定，含沙量較小的水位觀測，采用測井式水位觀測，裝配浮子式或壓力式水位計，通過有線或無線方式將水位信息傳輸到站房。

③水庫站一般有自記井，只對其重新裝配浮子式或壓力式水位計，通過有線或無線方式將水位信息傳輸到站房

④地下水位監測目前主要分為手工測繩和自動監測儀兩種。自動監測儀主要通過固態存儲、電話網傳輸、手機網傳輸和電臺傳輸等方式將實時監測到的數據傳輸到中心站。

總之，水位監測，建議均裝配與雨量結合的水位雨量固態存儲器，裝配具有記錄、傳輸、存儲、分析等功能的自動監測系統，最終實現水位遙測自記，自動測報等功能。

（3）流量測驗：在各中心站配備不同形式的橋測車及先進的儀器設備，開展橋測及周圍地區的巡測；纜道及船測站，對現有設施設備進行更新改造，實現水文纜道程控自動化，配備機船，配備先進的測驗儀器設備，全面提高流量測驗的精度，充分滿足防汛、抗旱和水資源統一調配的需要。對水庫站現有的水文纜道進行維修、改造，實現水文纜道的程控自動化，保證流量測驗的精度要求。

（4）取水口及灌區流量觀測：對水庫各取水口分明渠和管道兩種，水位主要采用超聲波自記水位計，流量測驗分不同情況，選擇適用的測流設備。而灌區的水位觀測主要采用超聲波自記水位計等，流量采取不定期電波流速儀率定方式，用水位～流量關系線推求徑流量。

（5）機井開采量實時觀測：地下水開采機井抽水量的觀測，目前一般只有一些機井安裝了水表，大部分機井均未安裝水表。為了能準確取得地下水實際開采量的數據，掌握準確的地下水開采量，需要逐步或有重點地在地下水開采機井上安裝水表。

（6）水質實時監測：水質污染具有理化成分復雜、多樣和點多面廣的特點，不僅受污染源的大小和數量影響，而且還受汛期洪水、降雨的影響。由于多種因素導致的綜合結果，水質參數在成分和時空上的變化非常復雜。傳統的人工現場水樣采集、化驗方式周期太長，難以及時、準確地反映水質變化的性質和過程，所以水資源的開發利用和保護等工作得不到有效監控與科學的管理。水質實時監測就是采用水質自動監測儀器、遠程傳輸設備、在線監控和數據處理軟件，實現對水質參數的連續采集、分析、存儲，并在監測指標超過污染標準時，發出警報，做出污染類型分析等。

（7）墑情實時監測：主要針對大中型灌區的土壤墑情進行實時監測，為適時、適量的節水高效灌溉提供信息支持。并在條件許可的情況下，探討利用遙感技術實時預報土壤墑情（中小尺度上）的可能性，即利用實時遙感信息，根據大中型灌區土壤墑情的實時監測數據，通過與遙感解譯模型進行聯接和耦合計算，實時提供整個流域不同灌區的土壤墑情，為流域節水高效農業的健康發展提供可靠的依據。

3.2水資源實時評價

水資源實時評價主要是指在時段初對上一時段的水資源數量、質量及其時空分布特征，以及水資源開發利用狀況等進行實時分析和評價，確定水資源及其開發利用形勢和存在的問題等。

（1）水資源數量實時評價：根據雨量、河川徑流、地下水位等實時監測資料等，通過與歷史同期的對比分析，確定和評價水資源數量及豐枯形勢等。

（2）水資源質量實時評價：根據實測的河流、水庫、引水渠的水質實時觀測和地下水質實時監測資料等，通過與歷史同期的對比分析，確定地表水和地下水的水質狀況及污染態勢。其主要評價內容包括：污染程度、范圍及主要污染物，水資源質量，重要河流污染負荷及削減量等。

（3）水資源開發利用實時評價：通過對各取水口取水量、開采機井抽水量和地下水位等實時監測資料，對供用水量進行實時評價，通過與歷史同期的對比分析，實時分析和評價各種水利工程的供水量、不同行業的實際用水量，供用水結構、節水水平，水資源開發利用程度以及當地水資源進一步開發潛力，并實時圈定地下水的開采潛力區、采補平衡區和超采區等。

3.3水資源實時預報

水資源實時預報主要包括來水預報和需水預報兩部分，來水預報又分為水量預報和水質預報。水量預報包括地表水資源量預報和地下水資源量預報，地表水資源量預報既可細分為當地水和外來水（包括引調水）預報，又可分為汛期徑流預報和枯季（非汛期）徑流預報。需水預報分為工業、農業、生活和生態環境需水量預報。

（1）河川徑流量實時預報。根據河川徑流的形成機理和產流規律，將河川徑流量實時預報分為汛期徑流實時預報和枯季徑流實時預報兩種。汛期產匯流機制主要是超滲產流和蓄滿產流、超滲與蓄滿綜合產流模式：而枯季徑流主要是遵循流域的退水規律。因此，汛期徑流實時預報模型與枯季徑流實時預報模型是不同的，需要分別建立預報模型對汛期徑流量和枯季徑流量進行實時預報。

（2）地下水資源量實時預報。首先分析地下水的形成規律和補給、徑流、排泄條件，以及地下水的賦存規律；然后根據抽水試驗等確定含水層的參數分區，并利用試驗資料和長觀資料確定有關水文地質參數；最后利用均衡法或數學模擬模型法，分析和預報地下水資源量、可開采量及地下水動態分布。

（3）水質實時預報。利用獲得的實時水質監測和污染物排放量等信息，通過所建立的水質實時預報模型，實時預報地下水與地表水水質狀況、污染物類型、污染范圍及污染程度，及時提供水資源污染態勢等信息。

（4）需水量實時預報。根據需水量預報要求，本次將需水門類分為生活、工業、農業、生態環境等四個一級類，每個一級類可以再分成若干個二級類和三級類。根據具體情況和需要，還可以再細分為四級類。根據上述分類方法，可比較容易地合并有關各需水項，獲得需水量過程。

3.4水資源實時決策支持

水資源實時決策包括水資源實時預報、水資源實時管理和調度，以及決策會商等。

（1）水資源實時預報。對于水資源實時預報，尤其是汛期徑流預報和需水預報，由于受到諸多非確定性因素的影響比較大，很難準確預報，因此需要專家的會商支持、吸收和借鑒領域專家的知識和經驗，以便較準確地預報和確定未來的來水與需水過程等。

（2）水資源實時管理。利用水資源實時評價和實時預報結果等，通過水資源實時管理模型計算，結合領域專家或決策者等積累的知識、經驗和偏好，分水協議、水價政策的經濟調節作用等進行綜合分析，最后提出水資源的實時管理方案，為水資源的合理開發利用和保護等提供決策依據，為水行政主管部門科學地行使其監督和管理職能提供支持，以確保水資源的可持續利用。

（3）水資源實時優化調度。通過前面制定的年度內水資源管理方案，確定水資源優化調度的規則和依據；根據各時段水資源的豐枯情況和污染態勢，通過建立水資源優化調度模型，確定水資源實時調度方案。

（4）水資源決策會商。決策會商是指通過對實時、歷史和預報、管理與調度的各類信息進行重組和加工處理，為討論和分析水資源的豐枯形勢和污染態勢，以及最終確定水資源實時管理和調度方案提供全面的支持。根據利用水資源實時管理模型和調度模型確定的若干管理、調度方案，以及提供的每一種方案的綜合效益分析結果，領導決策層和領域專家，通過全面分析對比和協商、討論，如認為其中一個方案合適則選擇之，并付諸實施。如認為必須進一步做新的方案，則通過水資源實時管理、調度系統，計算和提出新的管理、調度預案，供決策者對新老方案進行對比和選擇。

總之，在面臨重大的水資源決策時，決策會商機制顯得非常重要，有關利益沖突的各方，可以根據所提供的各種預案，包括水資源實時預報方案、實時管理預案和實時調度預案，分析其優劣，進行協商，確定能為有關各方所接受的方案。

3.5遠程自動控制

控制可分為手工控制和自動控制、半自動控制等，主要是對重要的取水口和開采機井、引水閘門等的控制。根據需要和可能，有重點和有選擇地建立一些遠程自動控制系統是必要的，也是將來的一種發展方向。

3.6監控管理后評估

為了不斷改進和完善系統的各項功能，需要對系統的重點功能進行后評估。主要內容包括：針對水資源實時調度、管理方案的合理性、實施效果以及預報方案的準確性、控制情況等進行評估，重點分析導致調度、管理方案不合理和效益不好、預報不準確的原因等。

最后，將研制的有關部分內容和功能模塊進行集成，最終建立一套較完整的基于GIS的水資源實時監控管理系統，并進行試運行；通過系統的試運行不斷進行修改和完善，最后正式交付使用，并保證系統能夠穩定運行。

第2篇

國內外組件化流域集成技術的發展及存在問題

流域模型的組件根據模型的求解方式分為3類,分別是前處理組件、計算引擎組件、后處理組件。其中,前處理組件為模型的計算準備提供功能支持,后處理組件為模型的計算結果分析提供功能支持,計算引擎組件是集成模型系統的核心。目前,國內外很多流域集成模型或者模型集成系統均采用了組件化方法,下面對國內外的典型流域集成模型/系統加以評述。

1國外組件化流域集成技術的發展

國際上較為知名的流域集成模型包括:丹麥水文研究所開發的MIKESHE和MIKEBASIN等系列軟件、美國農業部開發的SWAT模型以及在此基礎上發展出的多種集成模型、美國環保署開發的平臺式系統BASINS、美國地質調查局在MODFLOW基礎上發展的地表水與地下水耦合模型GSFLOW、美國水文工程中心的HEC-HMS模型、美國BrighamYoung大學環境模型研究實驗室開發的專業水文模擬處理軟件WMS模型系統、英國Wallingford公司所研發的InfoWorksRS以及近年來發展起來的ParFlow等。下面主要介紹其中6種模型。

MIKEBASIN模型。MIKEBASIN是一個基于ArcGIS&reg的流域水資源規劃管理工具,在流域(區域)尺度基礎上,解決水量的優化配置、用水戶連接、水庫調度規則及水質模擬等問題的綜合性水資源數學模型軟件,分NAM(降雨徑流)和MIKEBA2SIN(水資源配置)兩個模塊[11212]。MIKEBASIN采用COM/.NET編程功能,提供二次開發及擴展空間,具有綜合性與可移植性的特點,通用性強,適于大、小流域和行政區域各種復雜條件水資源問題研究。該軟件基于GIS平臺,建?？焖?數據前處理靈活,后處理以多種形式直觀表達,易于分析、統計等。

MIKESHE模型。作為一個綜合性的水文模擬系統和進行大范圍陸地水循環研究的有力工具,MIKESHE側重地下水資源和地下水環境問題分析、規劃和管理。該模型軟件包含了模擬坡面漫流、非飽和流、溶質輸移、農業設施、總蒸發等數值模塊。MIKESHE將水文循環的各物理過程分別獨立模型模擬,通過多模型之間的數據交換來模擬各水文循環過程。模型軟件采用組件式結構,將每一個子過程分別設計成一個軟件模塊,每一模塊僅執行一個子過程的計算。子模塊可單獨使用,也可以根據需要進行耦合或者疊加。同時,MIKESHE模型軟件具有標準的OpenMI(OpenModelInterface,開放式模型接口)接口,為該模型軟件與其他模型集成提供了標準接口[13]。MIKESHE模型軟件具有高度靈活性、通用性以及簡單操作性。但是,該軟件過于龐大和復雜,不易掌握和運用,尤其是整個安裝過程較為復雜,良好使用對計算機性能的要求較高[14215]。

SWAT(SoilandWaterAssessmentTool)模型。SWAT模型是一個具有物理機制的分布式流域水文模型。該模型在Windows操作系統上利用VisualBasic并結合GRASS和ArcView進行開發,整合了ARS(AgriculturalResearchService)和SWRRB模型(SimulatorforWaterRe2sourcesinRuralBasins)的特征,采用了先進的模塊化設計思路[16217]。該模型模擬的各環節都有對應的子功能模塊,模型運行采用命令行代碼結構來控制相關模塊的調用,命令行的控制由一個包含命令和代碼的特定格式配置文件完成。SWAT模型自問世以來得到了廣泛的認可,但是在集成調用的過程中存在如下問題[18219]。(1)SWAT模型采用與GIS軟件緊密集成的方式,模擬過程中的前處理(空間離散化、空間參數化)、運行及調試均以擴展模塊方式在GIS環境下實現,因此如果需要將其作為定量評價工具集成到特定的流域管理系統中,那么就意味著同時需要集成整個GIS軟件系統,所以集成效率低且浪費資源。(2)由于SWAT模型的空間運行單元采用多層次組織,模型運行需要的基礎數據結構復雜,類型多樣,所以要想單獨開發模型運行的前處理模塊,實現的難度較大。

InfoWorksRS模型。InfoWorksRS(河流系統軟件)主要用于河網及明渠等的水動力學模型計算。它前處理集成了兩種GIS組件,即MapInfo公司的MapX和Esri公司的Mapobject,為用戶提供了直觀的圖形用戶界面。InfoWorksRS采用分布式體系結構,既支持單用戶應用,也可支持工作組多用戶應用[20221]。該軟件在應用中對數據的數量和質量要求較高,相對于國內現在較為滯后和不太規范的水文基礎數據庫而言,軟件在應用和推廣方面會受到一定的影響。

WMS(WatershedModelingSystem)模型。WMS(專業水文模擬處理軟件系統),以通用的數據接口集成了HEC、NFF、TR220、TR255、RationalMethod和HSPF大量的傳統集總式水文模型和基于物理基礎的分布式水文模型Gssha,能夠提供流域內水文所有過程的模擬。WMS并內嵌了完整的GIS工具,可以實現流域描繪和各種GIS功能分析[22]。目前該軟件已被引入國內,并在部分研究中得到了應用。

HEC2HMS模型。HEC2HMS(水文模型系統是美國水文工程中心降雨徑流模型),模型主要由C,C++和Fortran語言混編而成[23225]。該HEC-HMS模型具有模塊化的結構,研究者可以依據所研究流域的情況,采用不同的產流和匯流方案進行分布式、半分布式或集總式模擬。組件化技術在國外研究的流域集成模型中已經得到了廣泛的應用,促進了國外的流域集成模型的發展。我國也引進了其中一些模型并在流域管理方面應用。但是,如上所述,這些集成模型也存在一些問題,并不是完全適應我國的流域管理,在應用時,也需要對其進行改進以適應應用的環境。

2國內組件化流域集成技術的發展

在我國,一些集成模型/集成系統也應用了組件技術進行模型集成。雷曉輝等[26]開發了基于開源GIS軟件MapWindow的模型軟件系統MWEasyDHM。該系統集成前處理、模型計算、參數識別、統計分析、結果展示等功能,是一個低成本的分布式水文模型軟件系統,整個平臺的開發語言包括:C++,C#,和Fortran等。該模擬模型采用模塊化編程思想,集成多種產匯流計算方式,具有較強的可擴展性。陳秀萬等[27]采用面向對象的方法,基于UML、ATLCOM、ArcEngine、OpenGL等技術實現了一個基于動態響應單元的組件化分布式水文模型系統)DRUMS(ADynamicalResponseUnitsbasedDistributedHydrologicalModelSys2tem)。DRUMS為多尺度下水文模型庫系統的實現提供了一個開放的、可擴展的實現框架。該系統具有開放的接口,靈活的擴展性,在此基礎上可以構建不同的專業領域應用。禹雪中等[28]根據淮河流域洪水特征和水系構成,分析了水文學與水力學模型在洪水過程、洪水要素和空間范圍方面的集成方式,采用了數據-模型-應用3層結構的總體集成框架,通過模型應用過程的模塊化處理和數據有效交換,建立了集模擬、率定和預報功能于一體的綜合計算平臺。

黃河數學模擬系統V1.0采用基于.NET的3層架構進行組織,同時考慮通過企業服務總線(ESB)等產品實現與J2EE等架構的有效集成,同時利用COM組件和設置公共接口,有效地耦合各類數學模型,實現數學模型與GIS的集成,基本解決了各類模型前后處理和可視化的問題。但是,目前的系統屬于單機軟件,對使用人員的專業技術水平要求較高[29]。夏潤亮[30]等在黃河數學模擬系統V1.0基礎上,基于ArcGISServer開發了分布式數學模型公共后處理平臺,以Web服務方式耦合各類圖層數據,可便捷地在線展示數學模型計算成果。同時利用VTK組件實現了數學模型計算結果的動態渲染,把復雜的數字表現形式轉化成為便于領導決策的可視化動態表現形式,將傳統面向科研人員的單機數學模型后處理系統,轉向為領導決策服務的網絡平臺。周振紅等[31]將Fortran計算程序做成動態鏈接庫,采用組件化編程的方式解決數據傳輸與控制的問題,建立了基于組件的水力數值模擬可視化系統。水利部珠江水利科學研究院[32]研制了水資源實時監控管理系統基礎平臺(WaterWM),該平臺對水文產匯流模型、水量水質模擬模型等采用COM組件技術進行了模塊封裝,可快速完成各種一維水量水質模擬分析計算。魏鋒等[33]采用C/S結構開發黃河小花間分布式模型洪水預報系統,并使用COM組件技術進行模塊化設計以及用戶界面和業務邏輯分離的開發策略,有效解決了不同語言混合編程的問題。文獻[34237]應用組件和WebService技術及面向服務的體系結構(SOA)對模塊進行封裝并服務,形成洪水預報模型組件庫,其組件化過程見圖1。

首先,根據洪水預報模型的計算過程進行組件化拆分;然后,運用組件技術、WebService技術、面向服務的體系結構等組件封裝技術將劃分好的模塊封裝洪水預報模型組件;第三,對封裝后的組件存入組件庫,用戶定制組件庫中的組件并將其在可視化界面中搭建洪水預報模型;最后對系統進行構建。

從上述文獻中可以看出,模型組件化后需將這些組件集成在一起,為將這些模型更好地集成,2005年歐洲的Open2MI系統提出了開放式模型接口(OpenModelInterface)和模型組件(ModelComponent)的概念。在這個標準框架下的各種軟件之間有共同的接口協議。因此在這個標準的平臺上,各種模型可以以組件形式相互耦合組成一個模型系統,可以多方位考察整個流域的模擬問題[38]。目前,全球數十家水環境系統模型軟件供應商都把自己軟件計算引擎不同程度地接入了OpenMI標準接口,成為OpenMI兼容軟件[39242]。但是,OpenMI標準需要徹底改變數學模型的計算和邏輯過程,對原模型改動很大,而且需要模型開發者熟悉C#編程語言,使用起來很不方便。另外,OpenMI的各模型組件間通過請求數據形成一種/鏈式0計算過程,在某一時刻只有一個模型組件在計算,不符合計算機發展要求模型計算并行化的趨勢。郭延祥[43244]等針對OpenMI存在的問題,設計了一套將普通模型變為模型組件方法,該方法不受模型的網格劃分方法、模擬對象、模型開發語言和操作系統的限制;僅在原模型的時間循環中插入過程函數即可,對原模型改動很小;便于實現分布式計算和并行計算。該模型方法為通過組合簡單模型來模擬復雜問題提供了一條有效途徑。

3國內流域模擬模型集成研究存在的主要問題

(1)通用性與靈活性較差,普適性有待提高。由于缺乏從軟件工程的角度進行系統架構設計致使模型集成系統的可擴展性與開發效率都較低,同時,我國早期的涉水模型大部分是針對一個功能模塊對應一個或者有限個用戶,也使得在全國范圍內對同一問題進行著低水平的重復開發,模型有很多,但是普適性有待提高。

(2)不同來源的兼容數學模型兼容性較差,組件化程度不夠,模型接口不開放,模型平臺標準化不足。

(3)大多數模型采用Fortran語言編寫,采取面向過程的結構化編程,將一個大的計算任務分解成一系列子任務,每個子任務又由很多的子程序和函數組成,這種模型的模型程序缺點較多,如代碼管理不方便、復用性差、系統圖形化用戶界面(GUI)程度低等。

(4)模型主要面向科學研究,并非針對具體的流域管理進行設計,很難直接應用于流域管理業務中。

(5)開發出的模擬模型的表達與求解復雜性以及模型參數的設置和率定的困難性,對于非專業人員是難以逾越的障礙,這在一定程度上制約了數學模型的發展與應用不適合非專業人員使用。

(6)流域模擬模型集成系統日益注重與GIS進行集成,各類遙感觀測為模型系統提供了高分辨率輸入,但是現有模型大多數沒有使用遙感數據以及進一步同化遙感數據,降低了模型數據分析與決策的能力。這些均使得我國流域模擬模型集成系統的研制比較落后。因此,針對上述問題,研究使用方便,具有通用性、可擴展性、實用性強的流域模擬模型集成系統是很有必要的。

流域模擬模型集成技術研究展望

流域模擬模型集成系統是一項高難度的復雜系統工程,研究內容涉及面廣,總體上還不成熟。以云計算、Web210為標志的第三次信息技術浪潮的到來為研究具有實用性和通用性的水利數學模型平臺帶了良好的契機[45246]。根據目前流域模擬模型集成技術研究現狀和存在的主要問題,需要深入研究的重點包括以下幾個方面。

(1)將各種數學模型開發成易于集成的標準組件既是發展的趨勢,也是當今數學模型應用開發的一個重要任務。研究各類模型的信息交互、傳輸方式、集成結構、參數管理、協同調用、輸出結果等內容,將模型組件化并建立流域模型組件庫,集成化軟件組件的公共開放環境。通過標準數據接口整合各類異構模型組件,以開放式建模接口標準和通用組件架構模式,搭建開放、開源的模擬平臺,使預報結果更加豐富。

第3篇

[關鍵詞]水庫 汛限水位 優化

汛限水位是為預防可能出現的洪水、確保大壩及下游安全、水庫在汛期允許興利蓄水的上限水位。我國傳統的汛限水位是以概率和統計學為基礎，采用不考慮預報信息的情況下設定的。調整汛限水位作為實現洪水資源化的重要手段，與水庫防洪風險緊密相連，將對經濟、政治、社會、環境產生利害雙重性的影響。借鑒國外經驗，結合我國國情對影響汛限水位調整的因素進行綜合分析，有利于在水資源規劃方面兼顧當前和長遠利益，使有限的水資源更好地為可持續發展服務。

1、水資源開發利用現狀

人類水資源開發共經歷了傳統水利、工程水利和資源水利三個階段。我國自建國后進入進入工程水利階段以來采用外延性擴建水利工程的方式增加供水，盡管經濟得到發展，卻遇到水資源開發利用方式粗放、水資源條件難堪重負的問題。以現行用水方式推算，我國到2030年用水最高峰期將達8，800億立方米，將超過水資源、水環境承載力極限。強化節水措施、推進資源水利發展在我國勢在必行。

我國正處在加速實現現代化的特殊時期，快速的經濟發展不僅給資源水利的發展帶來了機遇，也帶來了挑戰。一方面，根據發達國家經驗，在2030年完成工業化之前，年需水總量還將逐年遞增；另一方面，節水技術的推廣是以資金和技術為支撐的循序漸進發展的過程，在經濟、技術相對薄弱的情況下式的推行節水，將增加發展成本、動搖經濟快速發展的基礎。

通過適當的工程、非工程措施，挖掘現有水庫的蓄洪潛力體現了資源水利的特點，有利于經濟、快捷地緩解當前水資源緊缺狀況，有利于為節水技術的發展爭取更多的時間和經濟支持。

2 、汛限水位挖掘的潛力點

2.1防洪標準

水庫防洪標準是通過設計洪水數值的大小體現的。我國目前采用的是以高緯度國家蘇聯為代表的萬年一遇洪水和與中低緯度國家美國為代表的可能最大洪水（PMF）兩種標準中的最大者，實際上以蘇聯標準為主，山區和平原大型水庫分別采用萬年一遇洪水、兩千年一遇洪水標準設防。蘇聯是高緯度國家，年最大洪水多以融雪為主形成，變差系數Cv較小，萬年洪水僅為多年平均值的2～5倍。中國緯度較蘇聯的偏低，暴雨是形成洪水的主因，變差系數Cv較大，萬年洪水為多年平均值的6～10倍，北方則高達14～30倍。對中國河流近600年來歷次洪水的考證也證實，其中最大值接近于PMF，而PMF一般比萬年洪水小10%～30%。一些學者已經對我國在缺水的情況下仍套用蘇聯經驗提出了質疑。

2.2流域下墊面

由于人類活動的影響，流域的下墊面較以前發生了很大改變。

1）直接影響

建國初期所建的大型水庫是在全流域范圍根據氣候和特定的下墊面條件完成水文演算的。此后幾十年，水庫上游相繼建起的一系列蓄水建筑物使流域下墊面條件發生了改變，匯流成洪條件也相應發生了改變。在上游工程防洪標準高于下游水庫防洪標準的情況下，洪峰及時段洪量減少，峰現時間延后，水庫的防洪風險相應降低。

2）間接影響

人類的生產活動也間接對徑流產生影響。一方面，農作物增加了水分蒸騰，降低產流能力；另一方面，人們開采地下水和礦藏為接納降水騰空了地下庫容。山西一些地區由于采煤，地面河流已經連年干涸。海河中西部平原近年該區發生量級200mm的暴雨未發生大的澇災，而相同量級降雨在20世紀60～70年代將造成相當嚴重的災情出現。目前國內有關地下水庫的研究較少。

2.3分期汛限水位控制

水庫汛限水位的確定與P頻率設計洪水及最大出庫流量有關。在最大出庫流量不變的情況下，在年際尺度上，根據P頻率設計洪水可確定出一個固定汛限水位值；在年內尺度上，由于設計洪水只發生于汛期，可認為汛前P頻率設計洪水發生率為1，汛末為0，其間逐漸遞減，相應的汛限水位可形成由低到高的曲線而水文風險不變。汛限水位動態調控方法不但增加了水庫的興利庫容，在汛前將庫水位用至汛限水位以下的情況下，還可減小汛期的防汛風險。此外，國家在水庫加固中重視擴大泄流能力也是汛限水位調整的有利因素。

2.4天氣預報

水文專家龐炳東指出，汛限水位是水庫迎接設計洪水，而設計洪水并非每年都出現。過去由于天氣預報技術落后，無法對下一步可能發生的洪水進行相對準確的預估，水庫運行控制時較為保守，往往為等待設計洪水，失去了蓄水機會。隨著天氣預報精度的提高，人們可以從物理成因角度去探求洪水成因，而不必把注意力偏重于以概率和統計學為基礎的小概率事件上。

3、汛限水位優化的限制因素

對失事水庫的調查數據表明，漫壩多發生于沒經嚴格水文規劃的小型水庫，大型水庫發生率極小，滲流、管涌和地震毀壩是造成我國大型水庫失事的主因。

我國的水庫大多建于20世紀50～70年代，由于施工質量差，工程隱患多，多年來蓄水不足。后來國家對一些水庫進行了除險加固，但工情變得更為復雜，工程能否應對汛限水位優化后造成的水位超常規運行還存在不確定因素。汛限水位優化后的主要風險將在于工程隱患及工程管理方面。

4、結論

我國大型水庫在汛限水位優化方面存在蓄洪潛力挖掘空間，對汛限水位進行優化能增加洪水利用率、緩解當前及今后一段時間的水資源緊張狀況，為經濟的持續快速發展與節水技術的全面推廣爭取時間。

水庫在創造效益的同時也兼具風險性，在洪水資源化方面的任何努力都必須在保證工程足夠安全的前提下進行。在沒經安全論證的情況下，現行水庫運行模式不能拋棄。

鑒于影響汛限水位優化的因素復雜，建議從多方面開展工作：

（1）科學規劃。根據對水文、水資源供需情況的重新調查，特別是根據工程的安全狀況的評估進行統籌規劃，利用水文遙測系統、天氣預報系統和現有成熟水位優化理論，制定出兼顧工程安全和地區用水需求的理論汛限優化水位。

（2）主動管理。除了要對工程安全進行常規監測外，還要在非汛期嘗試逐步抬高運行水位，以發現并消除隱患，進一步從物理角度對工程蓄水潛力進行摸底；對水庫工程進行抗震模擬實驗；建立涵蓋降水、需水、工程安全等因子的計算機輔助決策系統，防止出現人為決策失誤。

（3）展開工作。聯合國土部門利用國家推進城市化的政策構建蓄滯洪區并以此形成土地儲備銀行。

參考文獻：

[1] 葉秉如，水利計算及水資源規劃[M].中國水利水電出版社，2003.

[2]張秀玲，文明宣.我國水庫失事的統計分析及安全對策探討.水利管理論文集，水利部水管司，1992.