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国家防总办公室在认真分析总结我国水库地理位置、气候条件、调节周期、调度原则、水库功能、开发水平、人员素质等综合因素的基础上，针对我国水库数量多、系统开发建设条件差、研究起点低、应用水平低的开发建设现状，于1998年利用水利建设基金，组织7个高等院校和科研院所开始实施“全国水库防洪调度决策支持系统工程”项目。2002年10月，项目研究工作全部完成。2002年11月4日，项目通过了水利部组织的鉴定，专家一致认为“该项目研制的系统在整体上达到了国际先进水平，在多系统集成、多目标决策、水库洪水资源安全利用方面达到国际领先水平”。2004年2月，项目获2003年度国家科学技术进步二等奖。 一、立项背景 新中国成立以来，全国共建大中型水库3000多座，直接保护3.1亿人口、700多座县以上城市和2400万hm2农田的防洪安全，全国水库年供水能力达5000多亿m3，灌溉耕地1600万hm2，提供城市供水100亿m3。随着国民经济的发展和人口的增加，水库的防洪减灾与综合兴利任务越来越重，而我国水库防洪调度现状却与此高要求不相适应，主要表现在：①工程险患多；②大多数水库信息采集及传输速度慢，信息共享性差、洪水预报时效性差以及洪水调度手段落后，全国水库调度决策水平整体偏低；③利用现代工具与预报信息水平较差，洪水资源浪费较大；④现有水库洪水调度系统的开发建设低水平重复多，无标准可依，信息难于共享，而从国外引进软件又不适合我国国情，难以全面推广；⑤上下级防汛部门间信息交流决策手段落后，难于把握最佳决策时机，无法满足工作需要。 因此，迫切需要设计和开发全国水库防洪调度决策支持系统。 二、重大创新点与成果创新点 1.重大创新点 一是“多系统无缝集成”，首次实现了多种信息源、多种信息采集与传输技术、多种预报调度模型、多种人机交互技术、多决策目标以及各功能子系统应用软件间的无缝集成。二是“洪水资源安全利用调度决策方法”，利用水库预报调度和汛期水位动态控制等先进技术，在防洪安全前提下达到充分利用洪水资源的目的。这两项重大创新，达到国际领先水平。 2.成果创新点 (1)制定了《水库洪水调度系统的设计与开发规则》，提出了水利行业水库信息化建设的标准。 (2)研究洪水预报综合修正与抗差技术。首次建立了误差动态监控系统和误差智能化分析系统，采用联想记忆技术，构造综合性误差修正模型。 (3)研究智能化洪水调度决策。提出了洪水调度方案的智能化生成技术，以及可考虑决策者经验的洪水调度多阶段多目标人机交互会商决策技术。 (4)研究系统可扩展和可移植技术。通用化的数据库设计、多种实用预报模型的嵌入、各种洪水调度模型的应用，使系统具有可扩展性和可移植性。 (5)研究信息采集传输可靠性保障技术。研制了水雨情报讯站的遥测数据传输终端，实现了无线与有线的自动切换，并可与遥测中继站、系统集合转发站及系统中心站一道实现系统的主备信道自动切换。 这些创新点使系统在整体上达到了国际先进水平。 三、技术路线 1.以水库为突破口 针对我国水库非工程措施基础薄弱的现状，先开发水库及水库群洪水调度系统应用软件，开发建设调度决策支持分中心，然后按照与“国家防汛指挥系统工程”基本同步、适当超前的原则，建设国家防总和省防指的水库防洪调度决策支持中心。 2.制定可行的开发规则 在全面、系统地调查分析我国水库防洪的特点和洪水调度系统现状的基础上，吸取了国内外成熟的开发经验，充分考虑了开发和使用单位生产上的需求，制定了“开发规则”。 3.先试点、后推广 1998年选择了20座水库进行试点建设。汛后对“开发规则”进行了修正，并初步提出了《总体设计报告》和标准化“开发模板”初级版本。1999年又选择了24座水库进行试点运行检验。1999年底重新修正了“规则”，并正式提出了系统的《总体设计报告》《标准化开发模块》，通过了项目鉴定。2000-2002年先后选择139座水库进行了应用推广。 4.坚持实践论的指导方针 “实践论”是项目坚持研究与开发的方针。系统建设与应用软件开发过程中项目组与各级防汛指挥部门、水库管理部门经常交流、研讨，充分征求用户意见，深入了解不同用户的业务内容、特点、需求，然后再归纳总结并上升到理论高度，之后再应用到实践中去，不断提高成果水平。 5.组织多学科、优势院所集中攻关 由于我国地域辽阔，全国各地水库所处的流域自然地理、水文气象、工程规模状况等条件各异，致使以往项目研究和开发成果千差万别。为充分利用这些已有的成果，国家防总办公室组织了大连理工大学、河海大学、武汉大学等三个大学共同负责洪水调度系统关键技术研究与应用软件研制开发，水利部南京水文水利自动化研究所、北京市水利自动化所、北京燕禹新技术开发公司负责硬件和相关信息采集、传输，湖南、福建、江苏、河北等省负责需求分析的集体攻关。项目共有100多位教授、博士生、硕士研究生及高级工程师等高级专业技术人员和数百位实际调度人员参与研究与开发工作。 四、项目研究的主要内容 1.工程总体设计 编制了具有行业规范性质的《全国水库防洪调度决策支持系统工程总体设计报告》。根据需求设计了系统的功能、组成及其逻辑结构，规定了水库和上下级通讯组网的技术要求，详细提出了信息采集与传输、水库洪水预报与调度、信息服务及数据库管理等各个高级应用功能要求。 2.“水库洪水调度系统设计与开发规则”研制 为了规范系统建设、达到开发建设周期短和投资少的目的，制定了《水库洪水调度系统设计与开发规则》，作为全国水库洪水调度系统开发建设的依据。在《规则》指导下，开发建设了155个水库防洪调度决策支持分中心。每一个分中心以水雨情信息遥测等为手段，计算机局域网和数据库为纽带，水库信息采集与处理、洪水预报与调度、信息服务、信息远程交互、水库调度业务管理及防洪调度决策支持为最终目标。 3.标准化数据库表结构研究 全国水库防洪调度决策支持系统充分考虑防汛指挥系统决策需求和相互之间的无缝集成要求，参照国家防汛指挥防洪工程数据库和实时水雨情数据库的要求进行数据库结构设计。同时，为了提供防汛决策，围绕工情、水雨情，设计了灾情、险情和抢险情况、人员和单位、防汛值班日志以及灾情基本情况统计、综合服务信息及预报调度参数和成果等信息库表。 4.关键理论和技术研究 项目研究人员在全面总结国内外相关领域前沿理论和技术基础上，针对多个影响大、技术性强、必须解决的关键技术问题进行研究，主要包括：①多系统无缝集成技术；②洪水资源安全利用技术；③多人多目标多阶段决策理论应用技术；④洪水预报综合修正与抗差性技术；⑤洪水预报的自动学习技术、洪水调度方案的智能化生成技术、洪水调度的人机交互决策等智能化洪水调度技术；⑥利用面向对象技术、模块化编程技术及标准化接口技术，实现系统的可扩展性和可移植性；⑦信息采集传输可靠性保障技术。 5.全国水库或水库群洪水调度系统应用软件开发 由于该系统需要开发建设的决策支持分中心众多，为了避免应用软件的重复性开发，以“规则”约束，通过多个子系统的完整设计、模块化编程策略开发出了通用型水库(群)洪水调度系统应用软件。主要包括：①设计一个通用型水库(群)洪水调度系统数据库表结构系统；②开发了多套分别适用于我国南北径流形成规律、实际应用效果较好的水文模型，可供各分中心根据自身的流域特性选择，保障水库(群)洪水调度系统的通用性；③研究了多种适用于各种水库的自动或人机交互洪水调度模型；④设计了系统名称、水库名称、报表名称与列属性、报表统计项等多种定义环境，从而保证了应用软件系统报表生成和图形制作的通用性；⑤设计了自动识别信息的来源与处理方法；⑥通过配置文件的设置、系统定义设置等措施，保证了应用软件人机交互界面的通用性。 6.水库防洪调度信息采集传输系统建设 水雨情遥测系统接收流域各雨量站的实时降雨量、各水位站的实时水位，卫星云图接收系统接收实时气象云图信息，闸门监控系统接收水库泄洪闸门的启闭信息，视频摄像接收水库重要枢纽和泄洪闸门状态信息。在全国范围内建成了2000多个实时信息采集点。 水库分中心的信息上传采用两种方式：一是水库(群)分中心自动上传，另一种是中心根据需要可随时从分中心采集防洪调度信息。因此，信息采集子系统主要完成综合信息的采集和传输，并存人中心数据库等任务。目前采用公网传输、拨号上网等方式传输所采集的信息。 7.水库防洪调度决策支持分中心开发建设 主要内容有两项：①研究与开发建设以水雨情遥测、气象卫星云图、闸门监控等为信息采集手段，计算机局域网和数据库为纽带，水库信息采集与处理、洪水预报与调度、信息服务、信息远程交互及水调业务管理为最终目标的水库防洪调度决策分中心；②开发水库洪水调度系统决策标准化应用软件。 分中心的功能主要包括：①通过基础设施的建设和软件开发，实现水雨情信息、气象信息及其他外部信息的采集、处理与整编；②通过洪水预报子系统，实现实时洪水预报、未来天气趋势下的洪水情势预测和分析；③通过洪水调度子系统，实现实际洪水和趋势分析洪水多调度方案的制定和方案优选；④通过业务管理系统，实现水库调度业务管理的自动化和规范化；⑤通过多种通讯方式，实现实时水雨情信息、洪水调度备选方案向上级决策支持中心的上传，并接受上级决策支持中心的调度指令；⑥借助于局域网或广域网，实现信息查询与Intemet信息服务。 五、本项成果的特点 1.规范化和标准化程度高 项目通过制定《水库洪水调度系统设计与开发规则》，规范了我国水库洪水调度系统应用软件的开发和设计工作。实现了系统结构、功能与软件开发的规范化和标准化。 2.自动化程度高 通过信息采集、洪水预报、洪水调度、水雨情动态监控等多系统集成、多类型数据库自动链接、人工交互等技术，实现了从信息采集到水库防洪调度决策工作全程自动化，彻底解决了水库遥测信息与预报、调度间数据连接问题。 3.水库洪水资源利用率高 本项目将水库防洪与兴利有机结合为一体，在做好水库防洪调度，确保水库防洪安全的前提下，兼顾城乡供水、农业灌溉、发电等要求，充分利用水库预报调度和水位动态控制技术，及时拦蓄洪水，提高了水库洪水资源利用率，一定程度上解决了地区水资源承载能力不足问题，对解决当前我国特别是北方干旱地区水资源紧缺问题具有重要意义。 4.技术理论水平高 项目研究攻克了多系统集成、实时洪水预报自修正、水库洪水调度智能化决策、多阶段多目标调度方案优选、调度全程自动化、洪水资源利用、水库调度信息采集处理传输等关键理论和技术，代表了我国水库防洪调度决策最高技术理论水平。 5.实用性强 水库洪水调度系统应用软件开发过程中，深入了解不同用户的业务内容、特点、需求，很多防汛指挥人员、水库工作人员自始至终参与了开发工作及实时操作调度系统，并反馈有用的信息，从而使开发的软件系统充分兼顾各水库的特点，具有较强的通用性。 6.建设规模大 项目范围涉及全国28个省(自治区、直辖市)183座水库洪水调度系统应用软件开发、155个水库防洪调度决策支持分中心以及有关防汛指挥部门决策支持中心开发建设，其规模、深度和广度在我国水库防洪调度现代化建设历程中是史无前例的。 7.防洪兴利效益显著 建设项目成果投入运行后，取得直接经济效益1.21亿元。初步分析了1998-2002年间建成的65座水库防洪调度决策支持系统防洪作用，其中有36座发生了较大洪水，水库防洪减灾效益高达181.83亿元，按常规的计算原则，非工程措施的效益为防洪效益的5%-10%，如扣除其他因素，按7%计算，系统的防洪效益达12.73亿元；增加灌溉用水11.4亿m3，增加城镇供水1.8亿m3，增加发电效益6708万元，增加洪水资源利用13.2亿m3。节约开发经费2000余万元。 六、开发建设的意义与应用推广情况 1.开发建设的意义 ①规范了水库信息化建设的标准，推动了整个行业的科技进步。 2.应用推广情况 2003年，该项成果被科技部列为全国重点科技成果推广项目，在湖北等省进行推广应用。 ■
主要成员介绍： 王本德 大连理工大学教授、博士生导师。主要从事水资源系统控制理论及应用研究。主要编著有《水库模糊优化调度》等6部专著，发表论文60余篇。完成国家、省(部)基金11项，其他研究40余项。曾获省(部)级科技进步二等奖9项、三等奖5项。 郭生练 武汉大学水问题研究中心主任、教授、博士生导师。主持完成国家科技攻关、国家自然科学基金等60多项科研任务，有12项成果分别获得国家、省(部)级科技进步奖。发表学术论文165篇，其中被国际三大权威机构收入检索的论文35篇。 责任编辑
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