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1、水水库库暴雨洪水成因及防洪减灾关暴雨洪水成因及防洪减灾关键键技技术术研究研究可行性研究可行性研究报报告告一、立一、立项项依据依据（一）目的与意义洪涝灾害是人类面临的主要自然灾害。人类与洪涝灾害做斗争已有几千年的历史，但时至今日，洪涝灾害给人类造成的损失仍位居诸自然灾害之首。据统计，在世界范围内每年因洪涝灾害造成的损失占各种自然灾害总损失比例高达 55，其中水灾为 40，旱灾为 15。XXXXX 位于广东省西南部，地处北回归线以南，属南亚热带气候。所处的地理位置和自然气候气象条件，决定了 XXXXX 是一个洪涝、干旱和台风灾害发生频繁的地区，防汛、抗旱、抗台风任务十分艰巨。经过 50 多年来几代
2、人坚持不懈的努力，XXXXX 已初步建成了防洪、除涝的水利工程体系和非工程体系，为推进 XXXXX 经济跨越式发展，促进各项社会事业的全面进步提供了可靠的保障。社会经济的快速发展对 XXXXX 的水利建设，尤其是预防突发性洪（台）、旱灾提出了更高的要求。面临的洪涝灾害问题也迫切需要以新的理念来认识、研究、规划和实施。（二）国内外研究现状及进展趋势洪水是地方、国家、地区和国际等各个层次都十分关心的一个问题。洪水的影响是多方面的，有经济、社会、环境甚至政治影响。鉴于防洪的重要性，防洪已引起各国政府和科学家们的高度重视，提出了防洪的全新理念。欧美一些国家，尤其是美国、英国、德国等发达国家为了减轻洪灾
3、和防治将来洪灾的发生开展了许多研究。1993 年密西西比河流域发生大洪水后，有关专家详细研究了造成洪灾的原因后开始了防洪非工程措施研究，短期、长期防洪战略研究，预警预报系统研究、防洪决策支持系统研究等。澳大利亚注重优先解决受影响最频繁地区紧迫的防洪和排水问题，并迅速采取工程措施和非工程措施，以解决现有洪水问题，有效地控制开发，限制未来洪水的范围。日本防洪和灾后恢复投资约占政府对公共工程总投资的 2/3。日本在重视防洪工程措施建设的同时，其国立防灾减灾中心积极开展并实施非工程措施的开发研究。南北冲突结束后的最初年代，韩国对防洪计划的投资并不集中，因为最优先的事情是工业化。据亚洲开发银行最近研究提
4、供的统计，）（ADB19641986 年期间，韩国洪灾的频率高于日本（洪灾严重程度比日本轻）。1970 年为农村发展需要所做的乡村环境改善计划，首先将防洪纳入国家发展战略中。与 70 年代期间经济高增长的成就相适应，防洪从第四个五年计划起完全纳入发展过程。韩国的经验表明：“防洪纳入全国家社会经济发展计划中，社区参与防洪应当作为一个重要因素来考虑。 ”中国是一个经常遭受洪旱灾害的国家。近年来,各级政府付出了很大的力量整治河道、建造和整修水利工程；进一步加强防洪工作，在综合规划和管理基础上考虑各种因素；对防洪系统科学和技术现代化方面加大投资。随着高新技术的出现和信息技术发展的日新月异，防汛指挥系统
5、、防洪决策支持系统和水利信息化系统研究取得了突破性进展。然而，人口和经济的迅速增长需要进一步改善防洪系统。全国主要江、河、湖、海堤防只能抵御 1020 年一遇的普通洪水，一般中小河流防洪标准更低；城市防洪除少数几个大城市外，大多不能抵御 50 年一遇的洪水。社会、经济的可持续发展和水利现代化和信息化建设向防洪减灾工作提出了新的更高的要求。国内外长期抗洪减灾实践表明，在重视防洪工程措施建设的同时，必须配套建设完善的非工程措施体系，才能有效地减少洪灾造成的损失，建设现代化的防洪减灾系统，已成为国内外防洪建设的迫切需求。（三）区域防洪减灾需求分析二、二、项项目目目目标标(一)总体目标1建立实时洪水预
6、报模型，实现对各水库坝址以上流域以及各水库与控制断面之间区间面积的洪水预报，为洪水调度提供科学依据;2建立实时校正和河道洪水演进模型，实现提高洪水预报精度，为水库洪水调度和下游地区河道防洪提供科学依据;3建立洪水调度模型，实现在考虑水库上游来水下游区间洪水的条件下,制定水库的防洪调度方案，为调度方案生成、调度方案会商和调度方案实施提供科学决策依据。4防洪调度涉及众多因素,是一个非常复杂的决策过程,调度的各个阶段均需要调度人员的积极参与,所以,在 XXXXX 三防指挥系统的框架下，以XXXXX 已建的三防决策会商系统为平台，实现信息资源共享，灵活地以图文并茂、声像结合的方式显示防洪调度决策所需的
7、水雨灾情信息和防洪形势；对比分析不同防洪调度预案，为管理者或决策者制定应对防洪情势变化的对策提供科学依据。（二）阶段目标12010 年（1）设计项目的整体部署，进度安排，完成课题启动；（2）编写项目工作大纲；（3）完成有关资料收集和整理；（4）完成各水库流域内雨量、水位站点的增补或布设；（5）完成下游河道部分水位/雨量站点的增补或布设；（6）完成各水库流域产流、汇流特征参数时空变化规律分析；（7）建成综合信息数据库；（8）提交项目进展报告。22011 年（1）完成实时洪水预报模型的研制；（2）完成实时校正模型的研制；（3）完成河道洪水演进模型的研制；（4）完成洪水调度模型的研制；（5）集成各模
8、型，建成实用性强、功能齐全、内容丰富的实时洪水预报调度系统；（6）提交项目进展报告。32012 年（1）完成洪水预报调度系统实际应用成效的评价；（2）根据洪水预报调度系统实际应用成效的评价结果，进一步完善和丰富系统；（3）提交项目的初步成果；（4）编写相关技术报告；（5）组织项目结题。三、三、项项目研究任目研究任务务（一）项目研究的重点内容1洪水预报模型随着高新技术在水利行业的应用，各种用于洪水预报的计算机软件系统也层出不穷。但是，洪水预报是一个非常复杂的系统工程，随着天气系统、地域特征和下垫面条件的变化，产汇流条件也随之变化，各预报对象都具有明显的特殊性。在研究气候变化、人类活动对径流形成过
9、程影响机理的基础上，选择并验证适合于 XX 水库流域的洪水预报模型。2实时校正模型预报模型预报值与实测值（流量或水位）之间往往存在一定的误差，造成两者间误差的因素很多，若针对某一个单一的因素，它们是难于描述和预见的。实时校正是指在联机的水情自动测报系统中，每次预报做出之前，根据当时的实时信息，对预报模型的结构、参数、状态变量、输入向量或预报值进行某种修正，使其更符合客观实际，以提高预报精度。实时校正是实时洪水预报的核心。没有实时校正能力的模型，随着时间的推移，预报模型的误差会累积。实时校正方法有许多种，主要与所选用的预报模型有关。更确切地说，主要与预报模型的“数学表达形式”及“算法”有关。在分
10、析卡尔曼滤波、递推最小二乘法、误差自回归模型各自实用条件的基础上，选择并验证适合的实时校正模型。3河道洪水演进模型目前国内外河道洪水演进基本上有两种途径：以圣维南方程组为基础的水力学途径；以水量平衡方程和蓄泄方程为基础的水文学途径。在分析水力学方法的特点和水文学方法的特点的基础上，根据上述分析及四个水库流域河道变化的实际情况，选择并验证河道洪水演进模型。4水库防洪调度模型以 XX 水库实时入库洪水预报结果为基础，在保证水库自身安全的同时，在考虑下游河道主要控制站防洪安全泄量（水库下游直接影响范围内的居民区、企业等防洪标准）和水库上游由于库区社会经济的发展、库区水产养殖给水库洪水调度带来限制，从
11、全局综合防灾的角度出发，研究统一防洪调度机制，制定合理的削峰、错峰调度方案，确定水库溢洪道泄流过程和库水位相应变化过程，为防洪调度决策提供科学依据与技术支撑。以水库调度规划方案为基础，通过人机交互方式来确定未来调度时间范围内各个时段内下泄流量、兴利流量，以这些信息为基础，生成调度方案。通过交互式水库调度，可以产生多种的调度方案。采用多阶段多目标水库防洪调度决策的模糊优化模型或工作人员根据经验进行判断，对调度方案进行模糊评价，解决多种调度方案决策问题，通过调度方案评价，技术人员可选择一种调度方案以供决策。4系统集成在广东省和云浮市三防指挥系统的框架下，以 XXXXX 已建的三防决策会商系统为平台
12、，构建 XXXXX 水库实时洪水预报调度系统；系统能实现信息资源共享，灵活地以图文并茂、声像结合的方式显示防洪调度决策所需的水雨灾情信息和防洪形势；对比分析不同防洪调度预案，为管理者或决策者制定应对防洪情势变化的对策提供科学依据。（二）关键技术1不同天气系统、地域特征和下垫面条件下的产汇流规律分析；洪水预报模型的选择与验证；人类活动与气候变化情景下流域产汇流特征参数变化规律；2实时校正和河道洪水演进模型的选择与验证；3交互式水库调度模型和多阶段多目标水库防洪调度决策的模糊优化模型的研制；4在广东省和云浮市三防指挥系统的框架下，以 XXXXX 已建的三防决策会商系统为平台的 XXXXX 水库实时
13、洪水预报调度系统研制与集成。（三）创新点1变化环境下水文水资源演变规律及区域防洪问题；2人类活动与气候变化情景下流域产汇流机制的参数化方案；3交互式水库调度模型和多阶段多目标水库防洪调度决策的模糊优化模型；4、系统既可融入广东省和云浮市三防指挥系统的框架之下，又可以独立应用，信息资源共享。四、四、项项目前期基目前期基础础（一）已有的技术基础近年来，在水利水电工程建设、三防指挥系统工程建设和防洪减灾、水库除险加固、水资源、水环境评价等方面，XXXXX 水务局与有关科研机构和高等院校联合进行科技攻关，解决了一些理论和生产实际问题，为社会经济和水利事业的发展发挥重要作用的同时，培养了一批技术骨干。先
14、后有三位同志获得河海大学工程硕士学位。他们既有扎实的基础理论和专业知识，又有丰富的实践经验，他们将为项目的顺利开展提供科研力量保障。协作单位河海大学在流域产汇流规律、污染物迁移转化规律、流域水文模型、流域水环境系统模拟、评价及规划、气候变化对水文循环影响、土地利用复杂地区的径流变化规律、水利工程的生态环境效应、水环境保护及修复技术、水信息获取与处理技术、3S 技术应用、数字流域等相关研究领域取得重要突破，处于全国领先地位，总体上达到国际先进水平。近五年在相关研究领域负责承担重要科研项目有：国家“973”计划课题 4 项，如“我国生存环境演变和北方干旱化趋势预测研究北方干旱半干旱地区生存环境变化
15、趋势的综合影响评估（G1999043406）”、 “北方干旱化与人类适应半干旱地表生态水文过程及相互作用研究（2006CB400502）”等，国家“863”计划课题 3 项，如“改善太湖流域区域性水环境的引水调控技术（2002AA6010-02）”、 “河流流域水资源综合管理技术（2004AA649411-01）”等，国家自然科学基金项目 34项，如重大课题“淮河流域能量与水分循环试验研究区域气候水文模式的研制及数值模拟研究（49794030）”、重点项目“太湖流域富营养化控制机理研究（50239030）”、面上项目“基于数字平台的分布式流域水文模型研究（50309002）”、 “流域水文过程
16、与农业非点源污染物迁移转化相互作用机理研究（50679018）”、 “基于参数外延的样本监测方法及分布式面源模型应用研究（50609006）”等，获国家科技进步二等奖 4 项、省部级科技奖 10 项，发表论文 250 余篇，其中三大检索 30 多篇位。河海大学将为项目的顺利开展提供科研力量保障。（二）已有的工作基础2004 年 7 月完成了XXXXX 三防指挥系统系统工程可行性研究；2005年 7 月完成了XXXXX 三防指挥系统系统工程初步设计，并于 2005 年 10月通过了上级主管部门主持的审查。2006 年 10 月建成了 XXXXX 三防会商系统。在四个中型水库流域内已布设部分雨量和水位站点。依托广东省和云浮市三防指挥系统、XXXXX 三防会商系统三个平台，发挥 XXXXX 水务局和协作单位河海大学鲜明的水利特色，在人水和谐科学发展观指引下，应用现代高新技术进行 XXXXX 中型水库洪水预报调度的研究，将极大提升 XXXXX 三防指挥的科技水平和实际应用效能，为 XXXXX社会经济的发展提供卓有成效的水安全保证。五
