時(shí)間：2023-01-14 12:17:15
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)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(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
由于我國獨(dú)特的自然地理?xiàng)l件和復(fù)雜的水文水資源特點(diǎn)，決定了我國的水資源問題比較復(fù)雜，雖然各流域經(jīng)過四、五十年大規(guī)模的水利工程建設(shè)，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(yán)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(xiàn)狀下墊面條件下的流域水循環(huán)規(guī)律和地表水與地下水之間的相互轉(zhuǎn)化關(guān)系，通過研究流域水資源實(shí)時(shí)監(jiān)控管理的基礎(chǔ)理論和技術(shù)方法，開發(fā)和建設(shè)流域水資源實(shí)時(shí)監(jiān)控管理系統(tǒng)，以充分利用和挖掘現(xiàn)有水利工程的內(nèi)部潛力與整體綜合優(yōu)勢，確保流域水資源的合理開發(fā)和高效利用，有力地支持社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。
2系統(tǒng)的構(gòu)成與技術(shù)關(guān)鍵
研制流域水資源實(shí)時(shí)監(jiān)控管理系統(tǒng)的主要目的是，以水利信息化促進(jìn)水利現(xiàn)代化，以水利現(xiàn)代化保障水資源的可持續(xù)利用，并以水資源的可持續(xù)利用來支撐社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。該系統(tǒng)是以水資源實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)為基礎(chǔ)，以現(xiàn)代通信和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)為手段，以水資源優(yōu)化調(diào)度和地表水、地下水、污水處理回用、海水（微咸水）及外調(diào)水的聯(lián)合高效利用為核心，追求節(jié)水、防污、提高水資源利用效率和最終實(shí)現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用為目標(biāo)，通過水資源信息的實(shí)時(shí)采集、傳輸、模型分析，及時(shí)提供水資源決策方案，并快速給出方案實(shí)施情況的后評(píng)估結(jié)果等，以確保實(shí)現(xiàn)水資源的統(tǒng)一、動(dòng)態(tài)和科學(xué)管理，做到防洪與興利、地表水與地下水、當(dāng)?shù)厮c外調(diào)水、水質(zhì)與水量、優(yōu)質(zhì)水與劣質(zhì)水之間聯(lián)合調(diào)度與管理，確保水資源與社會(huì)經(jīng)濟(jì)、生態(tài)環(huán)境之間的協(xié)調(diào)發(fā)展，以支撐社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。
流域水資源實(shí)時(shí)監(jiān)控管理系統(tǒng)是一種動(dòng)態(tài)的交互式計(jì)算機(jī)輔助決策系統(tǒng)，由水資源實(shí)時(shí)監(jiān)測、實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)、實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)、實(shí)時(shí)管理、實(shí)時(shí)調(diào)度、決策會(huì)商、控制和后評(píng)估子系統(tǒng)所組成，是基于可持續(xù)發(fā)展的思想，根據(jù)現(xiàn)代水文水資源科學(xué)的有關(guān)理論，利用當(dāng)代先進(jìn)的系統(tǒng)分析、人工智能、計(jì)算機(jī)、多媒體及網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，通過有關(guān)專業(yè)模型計(jì)算、分析和知識(shí)推理、判斷等，為決策者提供流域水資源實(shí)時(shí)管理、調(diào)度方案，并允許決策者或?qū)＜腋鶕?jù)自己的智慧、知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)、偏好和決策風(fēng)格等進(jìn)行定性分析與判斷，直接干預(yù)方案生成及評(píng)價(jià)整個(gè)決策過程。
根據(jù)流域水文水資源特點(diǎn)和供用水特征，基于目前流域所面臨的水資源短缺和水環(huán)境惡化問題，研究和開發(fā)流域水資源實(shí)時(shí)監(jiān)控管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)的技術(shù)關(guān)鍵主要包括：
（1）水資源監(jiān)測網(wǎng)的調(diào)整和完善，河流納污能力及其環(huán)境容量，水庫或水庫群運(yùn)行規(guī)則、技術(shù)參數(shù)的校核與調(diào)整，洪水資源調(diào)控、污水處理回用與地下水人工回灌，污水總量控制與生態(tài)環(huán)境需水量，防洪與興利統(tǒng)一調(diào)度，地表水與地下水資源聯(lián)合運(yùn)用管理等研究，以及水資源實(shí)時(shí)調(diào)度管理方案付諸實(shí)施后效益與風(fēng)險(xiǎn)分析、系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化等。
（2）該系統(tǒng)由龐大而復(fù)雜的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫、模型數(shù)據(jù)庫、結(jié)果數(shù)據(jù)庫、專業(yè)模型庫和知識(shí)庫等組成。其特點(diǎn)是系統(tǒng)規(guī)模龐大、處理的數(shù)據(jù)信息量大，模型運(yùn)算復(fù)雜以及數(shù)據(jù)傳輸接口多，如何實(shí)現(xiàn)信息存儲(chǔ)、加工、傳輸?shù)膶I(yè)化管理，是一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)。流域的水價(jià)政策及水權(quán)分配問題，也是影響流域水資源合理開發(fā)和高效利用以及實(shí)時(shí)、統(tǒng)一管理的關(guān)鍵。
（3）如何建立和完善與現(xiàn)代水資源管理要求相適應(yīng)的組織機(jī)構(gòu)和高效、精干的執(zhí)法隊(duì)伍，以及如何制定科學(xué)的流域水資源管理規(guī)章制度、有關(guān)政策和法規(guī)條例等，以保障流域水資源實(shí)時(shí)管理、調(diào)度方案的付諸實(shí)施，指導(dǎo)流域水資源開發(fā)利用和保護(hù)。
3系統(tǒng)的主要功能
流域水資源實(shí)時(shí)監(jiān)控管理系統(tǒng)的主要功能包括：水資源（及水質(zhì)）的實(shí)時(shí)監(jiān)測、評(píng)價(jià)、預(yù)報(bào)和決策支持（實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)、管理及調(diào)度）以及控制、后評(píng)估等（如圖1）。
圖1流域水資源實(shí)時(shí)監(jiān)控管理系統(tǒng)的功能框圖
3.1水資源實(shí)時(shí)監(jiān)測
水資源實(shí)時(shí)監(jiān)測內(nèi)容主要包括水情、水質(zhì)、旱情以及其他信息等。在現(xiàn)有監(jiān)測站網(wǎng)的基礎(chǔ)上，建立和完善統(tǒng)一的水資源（包括大氣降水、地表水、土壤水與地下水）動(dòng)態(tài)監(jiān)測（站點(diǎn)）網(wǎng)或監(jiān)測系統(tǒng)（包括雨量、蒸發(fā)、徑流、水位、水質(zhì)、水溫、墑情等監(jiān)測站點(diǎn)），以及各取水口取水量、開采機(jī)井抽水量等監(jiān)測網(wǎng)，各監(jiān)測網(wǎng)或系統(tǒng)之間互通有無、資料共享，為水資源的合理開發(fā)、高效利用和有效保護(hù)及時(shí)快速、準(zhǔn)確地提供完備的實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)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(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)測的目的，需要適時(shí)更新現(xiàn)有的觀測設(shè)備，裝配翻斗式雨量計(jì)并配備固態(tài)存儲(chǔ)器等，使雨量觀測工作方式更新為無人值守，有人看護(hù)的觀測方式，實(shí)現(xiàn)雨量信息的自動(dòng)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(duì)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(zhì)超聲波水位計(jì)，再采用有線或無線方式將水位信息傳輸?shù)秸痉俊?/p>
②對(duì)于山區(qū)性河流，或斷面穩(wěn)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(jì)，通過有線或無線方式將水位信息傳輸?shù)秸痉俊?/p>
③水庫站一般有自記井，只對(duì)其重新裝配浮子式或壓力式水位計(jì)，通過有線或無線方式將水位信息傳輸?shù)秸痉?/p>
④地下水位監(jiān)測目前主要分為手工測繩和自動(dòng)監(jiān)測儀兩種。自動(dòng)監(jiān)測儀主要通過固態(tài)存儲(chǔ)、電話網(wǎng)傳輸、手機(jī)網(wǎng)傳輸和電臺(tái)傳輸?shù)确绞綄?shí)時(shí)監(jiān)測到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)街行恼尽?/p>
總之，水位監(jiān)測，建議均裝配與雨量結(jié)合的水位雨量固態(tài)存儲(chǔ)器，裝配具有記錄、傳輸、存儲(chǔ)、分析等功能的自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)，最終實(shí)現(xiàn)水位遙測自記，自動(dòng)測報(bào)等功能。
（3）流量測驗(yàn)：在各中心站配備不同形式的橋測車及先進(jìn)的儀器設(shè)備，開展橋測及周圍地區(qū)的巡測；纜道及船測站，對(duì)現(xiàn)有設(shè)施設(shè)備進(jìn)行更新改造，實(shí)現(xiàn)水文纜道程控自動(dòng)化，配備機(jī)船，配備先進(jìn)的測驗(yàn)儀器設(shè)備，全面提高流量測驗(yàn)的精度，充分滿足防汛、抗旱和水資源統(tǒng)一調(diào)配的需要。對(duì)水庫站現(xiàn)有的水文纜道進(jìn)行維修、改造，實(shí)現(xiàn)水文纜道的程控自動(dòng)化，保證流量測驗(yàn)的精度要求。
（4）取水口及灌區(qū)流量觀測：對(duì)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(jì)，流量測驗(yàn)分不同情況，選擇適用的測流設(shè)備。而灌區(qū)的水位觀測主要采用超聲波自記水位計(jì)等，流量采取不定期電波流速儀率定方式，用水位～流量關(guān)系線推求徑流量。
（5）機(jī)井開采量實(shí)時(shí)觀測：地下水開采機(jī)井抽水量的觀測，目前一般只有一些機(jī)井安裝了水表，大部分機(jī)井均未安裝水表。為了能準(zhǔn)確取得地下水實(shí)際開采量的數(shù)據(jù)，掌握準(zhǔn)確的地下水開采量，需要逐步或有重點(diǎn)地在地下水開采機(jī)井上安裝水表。
（6）水質(zhì)實(shí)時(shí)監(jiān)測：水質(zhì)污染具有理化成分復(fù)雜、多樣和點(diǎn)多面廣的特點(diǎn)，不僅受污染源的大小和數(shù)量影響，而且還受汛期洪水、降雨的影響。由于多種因素導(dǎo)致的綜合結(jié)果，水質(zhì)參數(shù)在成分和時(shí)空上的變化非常復(fù)雜。傳統(tǒng)的人工現(xiàn)場水樣采集、化驗(yàn)方式周期太長，難以及時(shí)、準(zhǔn)確地反映水質(zhì)變化的性質(zhì)和過程，所以水資源的開發(fā)利用和保護(hù)等工作得不到有效監(jiān)控與科學(xué)的管理。水質(zhì)實(shí)時(shí)監(jiān)測就是采用水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測儀器、遠(yuǎn)程傳輸設(shè)備、在線監(jiān)控和數(shù)據(jù)處理軟件，實(shí)現(xiàn)對(duì)水質(zhì)參數(shù)的連續(xù)采集、分析、存儲(chǔ)，并在監(jiān)測指標(biāo)超過污染標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，發(fā)出警報(bào)，做出污染類型分析等。
（7）墑情實(shí)時(shí)監(jiān)測：主要針對(duì)大中型灌區(qū)的土壤墑情進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，為適時(shí)、適量的節(jié)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(shù)實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)土壤墑情（中小尺度上）的可能性，即利用實(shí)時(shí)遙感信息，根據(jù)大中型灌區(qū)土壤墑情的實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過與遙感解譯模型進(jìn)行聯(lián)接和耦合計(jì)算，實(shí)時(shí)提供整個(gè)流域不同灌區(qū)的土壤墑情，為流域節(jié)水高效農(nóng)業(yè)的健康發(fā)展提供可靠的依據(jù)。
3.2水資源實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)
水資源實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)主要是指在時(shí)段初對(duì)上一時(shí)段的水資源數(shù)量、質(zhì)量及其時(shí)空分布特征，以及水資源開發(fā)利用狀況等進(jìn)行實(shí)時(shí)分析和評(píng)價(jià)，確定水資源及其開發(fā)利用形勢和存在的問題等。
（1）水資源數(shù)量實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)：根據(jù)雨量、河川徑流、地下水位等實(shí)時(shí)監(jiān)測資料等，通過與歷史同期的對(duì)比分析，確定和評(píng)價(jià)水資源數(shù)量及豐枯形勢等。
（2）水資源質(zhì)量實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)：根據(jù)實(shí)測的河流、水庫、引水渠的水質(zhì)實(shí)時(shí)觀測和地下水質(zhì)實(shí)時(shí)監(jiān)測資料等，通過與歷史同期的對(duì)比分析，確定地表水和地下水的水質(zhì)狀況及污染態(tài)勢。其主要評(píng)價(jià)內(nèi)容包括：污染程度、范圍及主要污染物，水資源質(zhì)量，重要河流污染負(fù)荷及削減量等。
（3）水資源開發(fā)利用實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)：通過對(duì)各取水口取水量、開采機(jī)井抽水量和地下水位等實(shí)時(shí)監(jiān)測資料，對(duì)供用水量進(jìn)行實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)，通過與歷史同期的對(duì)比分析，實(shí)時(shí)分析和評(píng)價(jià)各種水利工程的供水量、不同行業(yè)的實(shí)際用水量，供用水結(jié)構(gòu)、節(jié)水水平，水資源開發(fā)利用程度以及當(dāng)?shù)厮Y源進(jìn)一步開發(fā)潛力，并實(shí)時(shí)圈定地下水的開采潛力區(qū)、采補(bǔ)平衡區(qū)和超采區(qū)等。
3.3水資源實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)
水資源實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)主要包括來水預(yù)報(bào)和需水預(yù)報(bào)兩部分，來水預(yù)報(bào)又分為水量預(yù)報(bào)和水質(zhì)預(yù)報(bào)。水量預(yù)報(bào)包括地表水資源量預(yù)報(bào)和地下水資源量預(yù)報(bào)，地表水資源量預(yù)報(bào)既可細(xì)分為當(dāng)?shù)厮屯鈦硭òㄒ{(diào)水）預(yù)報(bào)，又可分為汛期徑流預(yù)報(bào)和枯季（非汛期）徑流預(yù)報(bào)。需水預(yù)報(bào)分為工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生活和生態(tài)環(huán)境需水量預(yù)報(bào)。
（1）河川徑流量實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)。根據(jù)河川徑流的形成機(jī)理和產(chǎn)流規(guī)律，將河川徑流量實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)分為汛期徑流實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)和枯季徑流實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)兩種。汛期產(chǎn)匯流機(jī)制主要是超滲產(chǎn)流和蓄滿產(chǎn)流、超滲與蓄滿綜合產(chǎn)流模式：而枯季徑流主要是遵循流域的退水規(guī)律。因此，汛期徑流實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)模型與枯季徑流實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)模型是不同的，需要分別建立預(yù)報(bào)模型對(duì)汛期徑流量和枯季徑流量進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)。
（2）地下水資源量實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)。首先分析地下水的形成規(guī)律和補(bǔ)給、徑流、排泄條件，以及地下水的賦存規(guī)律；然后根據(jù)抽水試驗(yàn)等確定含水層的參數(shù)分區(qū)，并利用試驗(yàn)資料和長觀資料確定有關(guān)水文地質(zhì)參數(shù)；最后利用均衡法或數(shù)學(xué)模擬模型法，分析和預(yù)報(bào)地下水資源量、可開采量及地下水動(dòng)態(tài)分布。
（3）水質(zhì)實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)。利用獲得的實(shí)時(shí)水質(zhì)監(jiān)測和污染物排放量等信息，通過所建立的水質(zhì)實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)模型，實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)地下水與地表水水質(zhì)狀況、污染物類型、污染范圍及污染程度，及時(shí)提供水資源污染態(tài)勢等信息。
（4）需水量實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)。根據(jù)需水量預(yù)報(bào)要求，本次將需水門類分為生活、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生態(tài)環(huán)境等四個(gè)一級(jí)類，每個(gè)一級(jí)類可以再分成若干個(gè)二級(jí)類和三級(jí)類。根據(jù)具體情況和需要，還可以再細(xì)分為四級(jí)類。根據(jù)上述分類方法，可比較容易地合并有關(guān)各需水項(xiàng)，獲得需水量過程。
3.4水資源實(shí)時(shí)決策支持
水資源實(shí)時(shí)決策包括水資源實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)、水資源實(shí)時(shí)管理和調(diào)度，以及決策會(huì)商等。
（1）水資源實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)。對(duì)于水資源實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)，尤其是汛期徑流預(yù)報(bào)和需水預(yù)報(bào)，由于受到諸多非確定性因素的影響比較大，很難準(zhǔn)確預(yù)報(bào)，因此需要專家的會(huì)商支持、吸收和借鑒領(lǐng)域?qū)＜业闹R(shí)和經(jīng)驗(yàn)，以便較準(zhǔn)確地預(yù)報(bào)和確定未來的來水與需水過程等。
（2）水資源實(shí)時(shí)管理。利用水資源實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)和實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)結(jié)果等，通過水資源實(shí)時(shí)管理模型計(jì)算，結(jié)合領(lǐng)域?qū)＜一驔Q策者等積累的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)和偏好，分水協(xié)議、水價(jià)政策的經(jīng)濟(jì)調(diào)節(jié)作用等進(jìn)行綜合分析，最后提出水資源的實(shí)時(shí)管理方案，為水資源的合理開發(fā)利用和保護(hù)等提供決策依據(jù)，為水行政主管部門科學(xué)地行使其監(jiān)督和管理職能提供支持，以確保水資源的可持續(xù)利用。
（3）水資源實(shí)時(shí)優(yōu)化調(diào)度。通過前面制定的年度內(nèi)水資源管理方案，確定水資源優(yōu)化調(diào)度的規(guī)則和依據(jù)；根據(jù)各時(shí)段水資源的豐枯情況和污染態(tài)勢，通過建立水資源優(yōu)化調(diào)度模型，確定水資源實(shí)時(shí)調(diào)度方案。
（4）水資源決策會(huì)商。決策會(huì)商是指通過對(duì)實(shí)時(shí)、歷史和預(yù)報(bào)、管理與調(diào)度的各類信息進(jìn)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(tài)勢，以及最終確定水資源實(shí)時(shí)管理和調(diào)度方案提供全面的支持。根據(jù)利用水資源實(shí)時(shí)管理模型和調(diào)度模型確定的若干管理、調(diào)度方案，以及提供的每一種方案的綜合效益分析結(jié)果，領(lǐng)導(dǎo)決策層和領(lǐng)域?qū)＜遥ㄟ^全面分析對(duì)比和協(xié)商、討論，如認(rèn)為其中一個(gè)方案合適則選擇之，并付諸實(shí)施。如認(rèn)為必須進(jìn)一步做新的方案，則通過水資源實(shí)時(shí)管理、調(diào)度系統(tǒng)，計(jì)算和提出新的管理、調(diào)度預(yù)案，供決策者對(duì)新老方案進(jìn)行對(duì)比和選擇。
總之，在面臨重大的水資源決策時(shí)，決策會(huì)商機(jī)制顯得非常重要，有關(guān)利益沖突的各方，可以根據(jù)所提供的各種預(yù)案，包括水資源實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)方案、實(shí)時(shí)管理預(yù)案和實(shí)時(shí)調(diào)度預(yù)案，分析其優(yōu)劣，進(jìn)行協(xié)商，確定能為有關(guān)各方所接受的方案。
3.5遠(yuǎn)程自動(dòng)控制
控制可分為手工控制和自動(dòng)控制、半自動(dòng)控制等，主要是對(duì)重要的取水口和開采機(jī)井、引水閘門等的控制。根據(jù)需要和可能，有重點(diǎn)和有選擇地建立一些遠(yuǎn)程自動(dòng)控制系統(tǒng)是必要的，也是將來的一種發(fā)展方向。
3.6監(jiān)控管理后評(píng)估
為了不斷改進(jìn)和完善系統(tǒng)的各項(xiàng)功能，需要對(duì)系統(tǒng)的重點(diǎn)功能進(jìn)行后評(píng)估。主要內(nèi)容包括：針對(duì)水資源實(shí)時(shí)調(diào)度、管理方案的合理性、實(shí)施效果以及預(yù)報(bào)方案的準(zhǔn)確性、控制情況等進(jìn)行評(píng)估，重點(diǎn)分析導(dǎo)致調(diào)度、管理方案不合理和效益不好、預(yù)報(bào)不準(zhǔn)確的原因等。
最后，將研制的有關(guān)部分內(nèi)容和功能模塊進(jìn)行集成，最終建立一套較完整的基于GIS的水資源實(shí)時(shí)監(jiān)控管理系統(tǒng)，并進(jìn)行試運(yùn)行；通過系統(tǒng)的試運(yùn)行不斷進(jìn)行修改和完善，最后正式交付使用，并保證系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運(yùn)行。
國內(nèi)外組件化流域集成技術(shù)的發(fā)展及存在問題
流域模型的組件根據(jù)模型的求解方式分為3類,分別是前處理組件、計(jì)算引擎組件、后處理組件。其中,前處理組件為模型的計(jì)算準(zhǔn)備提供功能支持,后處理組件為模型的計(jì)算結(jié)果分析提供功能支持,計(jì)算引擎組件是集成模型系統(tǒng)的核心。目前,國內(nèi)外很多流域集成模型或者模型集成系統(tǒng)均采用了組件化方法,下面對(duì)國內(nèi)外的典型流域集成模型/系統(tǒng)加以評(píng)述。
1國外組件化流域集成技術(shù)的發(fā)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(fā)的MIKESHE和MIKEBASIN等系列軟件、美國農(nóng)業(yè)部開發(fā)的SWAT模型以及在此基礎(chǔ)上發(fā)展出的多種集成模型、美國環(huán)保署開發(fā)的平臺(tái)式系統(tǒng)BASINS、美國地質(zhì)調(diào)查局在MODFLOW基礎(chǔ)上發(fā)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(xué)環(huán)境模型研究實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的專業(yè)水文模擬處理軟件WMS模型系統(tǒng)、英國Wallingford公司所研發(fā)的InfoWorksRS以及近年來發(fā)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(gè)基于ArcGIS®的流域水資源規(guī)劃管理工具,在流域(區(qū)域)尺度基礎(chǔ)上,解決水量的優(yōu)化配置、用水戶連接、水庫調(diào)度規(guī)則及水質(zhì)模擬等問題的綜合性水資源數(shù)學(xué)模型軟件,分NAM(降雨徑流)和MIKEBA2SIN(水資源配置)兩個(gè)模塊[11212]。MIKEBASIN采用COM/.NET編程功能,提供二次開發(fā)及擴(kuò)展空間,具有綜合性與可移植性的特點(diǎn),通用性強(qiáng),適于大、小流域和行政區(qū)域各種復(fù)雜條件水資源問題研究。該軟件基于GIS平臺(tái),建模快速,數(shù)據(jù)前處理靈活,后處理以多種形式直觀表達(dá),易于分析、統(tǒng)計(jì)等。
MIKESHE模型。作為一個(gè)綜合性的水文模擬系統(tǒng)和進(jìn)行大范圍陸地水循環(huán)研究的有力工具,MIKESHE側(cè)重地下水資源和地下水環(huán)境問題分析、規(guī)劃和管理。該模型軟件包含了模擬坡面漫流、非飽和流、溶質(zhì)輸移、農(nóng)業(yè)設(shè)施、總蒸發(fā)等數(shù)值模塊。MIKESHE將水文循環(huán)的各物理過程分別獨(dú)立模型模擬,通過多模型之間的數(shù)據(jù)交換來模擬各水文循環(huán)過程。模型軟件采用組件式結(jié)構(gòu),將每一個(gè)子過程分別設(shè)計(jì)成一個(gè)軟件模塊,每一模塊僅執(zhí)行一個(gè)子過程的計(jì)算。子模塊可單獨(dú)使用,也可以根據(jù)需要進(jìn)行耦合或者疊加。同時(shí),MIKESHE模型軟件具有標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(fù)雜,不易掌握和運(yùn)用,尤其是整個(gè)安裝過程較為復(fù)雜,良好使用對(duì)計(jì)算機(jī)性能的要求較高[14215]。
SWAT(SoilandWaterAssessmentTool)模型。SWAT模型是一個(gè)具有物理機(jī)制的分布式流域水文模型。該模型在Windows操作系統(tǒng)上利用VisualBasic并結(jié)合GRASS和ArcView進(jìn)行開發(fā),整合了ARS(AgriculturalResearchService)和SWRRB模型(SimulatorforWaterRe2sourcesinRuralBasins)的特征,采用了先進(jìn)的模塊化設(shè)計(jì)思路[16217]。該模型模擬的各環(huán)節(jié)都有對(duì)應(yīng)的子功能模塊,模型運(yùn)行采用命令行代碼結(jié)構(gòu)來控制相關(guān)模塊的調(diào)用,命令行的控制由一個(gè)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(rèn)可,但是在集成調(diào)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(shù)化)、運(yùn)行及調(diào)試均以擴(kuò)展模塊方式在GIS環(huán)境下實(shí)現(xiàn),因此如果需要將其作為定量評(píng)價(jià)工具集成到特定的流域管理系統(tǒng)中,那么就意味著同時(shí)需要集成整個(gè)GIS軟件系統(tǒng),所以集成效率低且浪費(fèi)資源。(2)由于SWAT模型的空間運(yùn)行單元采用多層次組織,模型運(yùn)行需要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,類型多樣,所以要想單獨(dú)開發(fā)模型運(yùn)行的前處理模塊,實(shí)現(xiàn)的難度較大。
InfoWorksRS模型。InfoWorksRS(河流系統(tǒng)軟件)主要用于河網(wǎng)及明渠等的水動(dòng)力學(xué)模型計(jì)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(jié)構(gòu),既支持單用戶應(yīng)用,也可支持工作組多用戶應(yīng)用[20221]。該軟件在應(yīng)用中對(duì)數(shù)據(jù)的數(shù)量和質(zhì)量要求較高,相對(duì)于國內(nèi)現(xiàn)在較為滯后和不太規(guī)范的水文基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫而言,軟件在應(yīng)用和推廣方面會(huì)受到一定的影響。
WMS(WatershedModelingSystem)模型。WMS(專業(yè)水文模擬處理軟件系統(tǒng)),以通用的數(shù)據(jù)接口集成了HEC、NFF、TR220、TR255、RationalMethod和HSPF大量的傳統(tǒng)集總式水文模型和基于物理基礎(chǔ)的分布式水文模型Gssha,能夠提供流域內(nèi)水文所有過程的模擬。WMS并內(nèi)嵌了完整的GIS工具,可以實(shí)現(xiàn)流域描繪和各種GIS功能分析[22]。目前該軟件已被引入國內(nèi),并在部分研究中得到了應(yīng)用。
HEC2HMS模型。HEC2HMS(水文模型系統(tǒng)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(jié)構(gòu),研究者可以依據(jù)所研究流域的情況,采用不同的產(chǎn)流和匯流方案進(jìn)行分布式、半分布式或集總式模擬。組件化技術(shù)在國外研究的流域集成模型中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用,促進(jìn)了國外的流域集成模型的發(fā)展。我國也引進(jìn)了其中一些模型并在流域管理方面應(yīng)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(yīng)我國的流域管理,在應(yīng)用時(shí),也需要對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)以適應(yīng)應(yīng)用的環(huán)境。
2國內(nèi)組件化流域集成技術(shù)的發(fā)展
在我國,一些集成模型/集成系統(tǒng)也應(yīng)用了組件技術(shù)進(jìn)行模型集成。雷曉輝等[26]開發(fā)了基于開源GIS軟件MapWindow的模型軟件系統(tǒng)MWEasyDHM。該系統(tǒng)集成前處理、模型計(jì)算、參數(shù)識(shí)別、統(tǒng)計(jì)分析、結(jié)果展示等功能,是一個(gè)低成本的分布式水文模型軟件系統(tǒng),整個(gè)平臺(tái)的開發(fā)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(chǎn)匯流計(jì)算方式,具有較強(qiáng)的可擴(kuò)展性。陳秀萬等[27]采用面向?qū)ο蟮姆椒?基于UML、ATLCOM、ArcEngine、OpenGL等技術(shù)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)基于動(dòng)態(tài)響應(yīng)單元的組件化分布式水文模型系統(tǒng))DRUMS(ADynamicalResponseUnitsbasedDistributedHydrologicalModelSys2tem)。DRUMS為多尺度下水文模型庫系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)提供了一個(gè)開放的、可擴(kuò)展的實(shí)現(xiàn)框架。該系統(tǒng)具有開放的接口,靈活的擴(kuò)展性,在此基礎(chǔ)上可以構(gòu)建不同的專業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用。禹雪中等[28]根據(jù)淮河流域洪水特征和水系構(gòu)成,分析了水文學(xué)與水力學(xué)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(shù)據(jù)-模型-應(yīng)用3層結(jié)構(gòu)的總體集成框架,通過模型應(yīng)用過程的模塊化處理和數(shù)據(jù)有效交換,建立了集模擬、率定和預(yù)報(bào)功能于一體的綜合計(jì)算平臺(tái)。
黃河數(shù)學(xué)模擬系統(tǒng)V1.0采用基于.NET的3層架構(gòu)進(jìn)行組織,同時(shí)考慮通過企業(yè)服務(wù)總線(ESB)等產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)與J2EE等架構(gòu)的有效集成,同時(shí)利用COM組件和設(shè)置公共接口,有效地耦合各類數(shù)學(xué)模型,實(shí)現(xiàn)數(shù)學(xué)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(tǒng)屬于單機(jī)軟件,對(duì)使用人員的專業(yè)技術(shù)水平要求較高[29]。夏潤亮[30]等在黃河數(shù)學(xué)模擬系統(tǒng)V1.0基礎(chǔ)上,基于ArcGISServer開發(fā)了分布式數(shù)學(xué)模型公共后處理平臺(tái),以Web服務(wù)方式耦合各類圖層數(shù)據(jù),可便捷地在線展示數(shù)學(xué)模型計(jì)算成果。同時(shí)利用VTK組件實(shí)現(xiàn)了數(shù)學(xué)模型計(jì)算結(jié)果的動(dòng)態(tài)渲染,把復(fù)雜的數(shù)字表現(xiàn)形式轉(zhuǎn)化成為便于領(lǐng)導(dǎo)決策的可視化動(dòng)態(tài)表現(xiàn)形式,將傳統(tǒng)面向科研人員的單機(jī)數(shù)學(xué)模型后處理系統(tǒng),轉(zhuǎn)向?yàn)轭I(lǐng)導(dǎo)決策服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。周振紅等[31]將Fortran計(jì)算程序做成動(dòng)態(tài)鏈接庫,采用組件化編程的方式解決數(shù)據(jù)傳輸與控制的問題,建立了基于組件的水力數(shù)值模擬可視化系統(tǒng)。水利部珠江水利科學(xué)研究院[32]研制了水資源實(shí)時(shí)監(jiān)控管理系統(tǒng)基礎(chǔ)平臺(tái)(WaterWM),該平臺(tái)對(duì)水文產(chǎn)匯流模型、水量水質(zhì)模擬模型等采用COM組件技術(shù)進(jìn)行了模塊封裝,可快速完成各種一維水量水質(zhì)模擬分析計(jì)算。魏鋒等[33]采用C/S結(jié)構(gòu)開發(fā)黃河小花間分布式模型洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng),并使用COM組件技術(shù)進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)以及用戶界面和業(yè)務(wù)邏輯分離的開發(fā)策略,有效解決了不同語言混合編程的問題。文獻(xiàn)[34237]應(yīng)用組件和WebService技術(shù)及面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)(SOA)對(duì)模塊進(jìn)行封裝并服務(wù),形成洪水預(yù)報(bào)模型組件庫,其組件化過程見圖1。
首先,根據(jù)洪水預(yù)報(bào)模型的計(jì)算過程進(jìn)行組件化拆分;然后,運(yùn)用組件技術(shù)、WebService技術(shù)、面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)等組件封裝技術(shù)將劃分好的模塊封裝洪水預(yù)報(bào)模型組件;第三,對(duì)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(yù)報(bào)模型;最后對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行構(gòu)建。
從上述文獻(xiàn)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(tǒng)提出了開放式模型接口(OpenModelInterface)和模型組件(ModelComponent)的概念。在這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)框架下的各種軟件之間有共同的接口協(xié)議。因此在這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的平臺(tái)上,各種模型可以以組件形式相互耦合組成一個(gè)模型系統(tǒng),可以多方位考察整個(gè)流域的模擬問題[38]。目前,全球數(shù)十家水環(huán)境系統(tǒng)模型軟件供應(yīng)商都把自己軟件計(jì)算引擎不同程度地接入了OpenMI標(biāo)準(zhǔn)接口,成為OpenMI兼容軟件[39242]。但是,OpenMI標(biāo)準(zhǔn)需要徹底改變數(shù)學(xué)模型的計(jì)算和邏輯過程,對(duì)原模型改動(dòng)很大,而且需要模型開發(fā)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(shù)據(jù)形成一種/鏈?zhǔn)?計(jì)算過程,在某一時(shí)刻只有一個(gè)模型組件在計(jì)算,不符合計(jì)算機(jī)發(fā)展要求模型計(jì)算并行化的趨勢。郭延祥[43244]等針對(duì)OpenMI存在的問題,設(shè)計(jì)了一套將普通模型變?yōu)槟Ｐ徒M件方法,該方法不受模型的網(wǎng)格劃分方法、模擬對(duì)象、模型開發(fā)語言和操作系統(tǒng)的限制;僅在原模型的時(shí)間循環(huán)中插入過程函數(shù)即可,對(duì)原模型改動(dòng)很小;便于實(shí)現(xiàn)分布式計(jì)算和并行計(jì)算。該模型方法為通過組合簡單模型來模擬復(fù)雜問題提供了一條有效途徑。
3國內(nèi)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(jìn)行系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)致使模型集成系統(tǒng)的可擴(kuò)展性與開發(fā)效率都較低,同時(shí),我國早期的涉水模型大部分是針對(duì)一個(gè)功能模塊對(duì)應(yīng)一個(gè)或者有限個(gè)用戶,也使得在全國范圍內(nèi)對(duì)同一問題進(jìn)行著低水平的重復(fù)開發(fā),模型有很多,但是普適性有待提高。
(2)不同來源的兼容數(shù)學(xué)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(tái)標(biāo)準(zhǔn)化不足。
(3)大多數(shù)模型采用Fortran語言編寫,采取面向過程的結(jié)構(gòu)化編程,將一個(gè)大的計(jì)算任務(wù)分解成一系列子任務(wù),每個(gè)子任務(wù)又由很多的子程序和函數(shù)組成,這種模型的模型程序缺點(diǎn)較多,如代碼管理不方便、復(fù)用性差、系統(tǒng)圖形化用戶界面(GUI)程度低等。
(4)模型主要面向科學(xué)研究,并非針對(duì)具體的流域管理進(jìn)行設(shè)計(jì),很難直接應(yīng)用于流域管理業(yè)務(wù)中。
(5)開發(fā)出的模擬模型的表達(dá)與求解復(fù)雜性以及模型參數(shù)的設(shè)置和率定的困難性,對(duì)于非專業(yè)人員是難以逾越的障礙,這在一定程度上制約了數(shù)學(xué)模型的發(fā)展與應(yīng)用不適合非專業(yè)人員使用。
(6)流域模擬模型集成系統(tǒng)日益注重與GIS進(jìn)行集成,各類遙感觀測為模型系統(tǒng)提供了高分辨率輸入,但是現(xiàn)有模型大多數(shù)沒有使用遙感數(shù)據(jù)以及進(jìn)一步同化遙感數(shù)據(jù),降低了模型數(shù)據(jù)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(tǒng)的研制比較落后。因此,針對(duì)上述問題,研究使用方便,具有通用性、可擴(kuò)展性、實(shí)用性強(qiáng)的流域模擬模型集成系統(tǒng)是很有必要的。
流域模擬模型集成技術(shù)研究展望
流域模擬模型集成系統(tǒng)是一項(xiàng)高難度的復(fù)雜系統(tǒng)工程,研究內(nèi)容涉及面廣,總體上還不成熟。以云計(jì)算、Web210為標(biāo)志的第三次信息技術(shù)浪潮的到來為研究具有實(shí)用性和通用性的水利數(shù)學(xué)模型平臺(tái)帶了良好的契機(jī)[45246]。根據(jù)目前流域模擬模型集成技術(shù)研究現(xiàn)狀和存在的主要問題,需要深入研究的重點(diǎn)包括以下幾個(gè)方面。
(1)將各種數(shù)學(xué)模型開發(fā)成易于集成的標(biāo)準(zhǔn)組件既是發(fā)展的趨勢,也是當(dāng)今數(shù)學(xué)模型應(yīng)用開發(fā)的一個(gè)重要任務(wù)。研究各類模型的信息交互、傳輸方式、集成結(jié)構(gòu)、參數(shù)管理、協(xié)同調(diào)用、輸出結(jié)果等內(nèi)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(huán)境。通過標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口整合各類異構(gòu)模型組件,以開放式建模接口標(biāo)準(zhǔn)和通用組件架構(gòu)模式,搭建開放、開源的模擬平臺(tái),使預(yù)報(bào)結(jié)果更加豐富。
[關(guān)鍵詞]水庫 汛限水位 優(yōu)化
汛限水位是為預(yù)防可能出現(xiàn)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(tǒng)的汛限水位是以概率和統(tǒng)計(jì)學(xué)為基礎(chǔ)，采用不考慮預(yù)報(bào)信息的情況下設(shè)定的。調(diào)整汛限水位作為實(shí)現(xiàn)洪水資源化的重要手段，與水庫防洪風(fēng)險(xiǎn)緊密相連，將對(duì)經(jīng)濟(jì)、政治、社會(huì)、環(huán)境產(chǎn)生利害雙重性的影響。借鑒國外經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合我國國情對(duì)影響汛限水位調(diào)整的因素進(jìn)行綜合分析，有利于在水資源規(guī)劃方面兼顧當(dāng)前和長遠(yuǎn)利益，使有限的水資源更好地為可持續(xù)發(fā)展服務(wù)。
1、水資源開發(fā)利用現(xiàn)狀
人類水資源開發(fā)共經(jīng)歷了傳統(tǒng)水利、工程水利和資源水利三個(gè)階段。我國自建國后進(jìn)入進(jìn)入工程水利階段以來采用外延性擴(kuò)建水利工程的方式增加供水，盡管經(jīng)濟(jì)得到發(fā)展，卻遇到水資源開發(fā)利用方式粗放、水資源條件難堪重負(fù)的問題。以現(xiàn)行用水方式推算，我國到2030年用水最高峰期將達(dá)8，800億立方米，將超過水資源、水環(huán)境承載力極限。強(qiáng)化節(jié)水措施、推進(jìn)資源水利發(fā)展在我國勢在必行。
我國正處在加速實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化的特殊時(shí)期，快速的經(jīng)濟(jì)發(fā)展不僅給資源水利的發(fā)展帶來了機(jī)遇，也帶來了挑戰(zhàn)。一方面，根據(jù)發(fā)達(dá)國家經(jīng)驗(yàn)，在2030年完成工業(yè)化之前，年需水總量還將逐年遞增；另一方面，節(jié)水技術(shù)的推廣是以資金和技術(shù)為支撐的循序漸進(jìn)發(fā)展的過程，在經(jīng)濟(jì)、技術(shù)相對(duì)薄弱的情況下式的推行節(jié)水，將增加發(fā)展成本、動(dòng)搖經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的基礎(chǔ)。
通過適當(dāng)?shù)墓こ獭⒎枪こ檀胧诰颥F(xiàn)有水庫的蓄洪潛力體現(xiàn)了資源水利的特點(diǎn)，有利于經(jīng)濟(jì)、快捷地緩解當(dāng)前水資源緊缺狀況，有利于為節(jié)水技術(shù)的發(fā)展?fàn)幦「嗟臅r(shí)間和經(jīng)濟(jì)支持。
2 、汛限水位挖掘的潛力點(diǎn)
2.1防洪標(biāo)準(zhǔn)
水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)是通過設(shè)計(jì)洪水?dāng)?shù)值的大小體現(xiàn)的。我國目前采用的是以高緯度國家蘇聯(lián)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(biāo)準(zhǔn)中的最大者，實(shí)際上以蘇聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)為主，山區(qū)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(biāo)準(zhǔn)設(shè)防。蘇聯(lián)是高緯度國家，年最大洪水多以融雪為主形成，變差系數(shù)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(lián)的偏低，暴雨是形成洪水的主因，變差系數(shù)Cv較大，萬年洪水為多年平均值的6～10倍，北方則高達(dá)14～30倍。對(duì)中國河流近600年來歷次洪水的考證也證實(shí)，其中最大值接近于PMF，而PMF一般比萬年洪水小10%～30%。一些學(xué)者已經(jīng)對(duì)我國在缺水的情況下仍套用蘇聯(lián)經(jīng)驗(yàn)提出了質(zhì)疑。
2.2流域下墊面
由于人類活動(dòng)的影響，流域的下墊面較以前發(fā)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(jù)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(fā)生了改變，匯流成洪條件也相應(yīng)發(fā)生了改變。在上游工程防洪標(biāo)準(zhǔn)高于下游水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)的情況下，洪峰及時(shí)段洪量減少，峰現(xiàn)時(shí)間延后，水庫的防洪風(fēng)險(xiǎn)相應(yīng)降低。
2）間接影響
人類的生產(chǎn)活動(dòng)也間接對(duì)徑流產(chǎn)生影響。一方面，農(nóng)作物增加了水分蒸騰，降低產(chǎn)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(qū)由于采煤，地面河流已經(jīng)連年干涸。海河中西部平原近年該區(qū)發(fā)生量級(jí)200mm的暴雨未發(fā)生大的澇災(zāi)，而相同量級(jí)降雨在20世紀(jì)60～70年代將造成相當(dāng)嚴(yán)重的災(zāi)情出現(xiàn)。目前國內(nèi)有關(guān)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(shè)計(jì)洪水及最大出庫流量有關(guān)。在最大出庫流量不變的情況下，在年際尺度上，根據(jù)P頻率設(shè)計(jì)洪水可確定出一個(gè)固定汛限水位值；在年內(nèi)尺度上，由于設(shè)計(jì)洪水只發(fā)生于汛期，可認(rèn)為汛前P頻率設(shè)計(jì)洪水發(fā)生率為1，汛末為0，其間逐漸遞減，相應(yīng)的汛限水位可形成由低到高的曲線而水文風(fēng)險(xiǎn)不變。汛限水位動(dòng)態(tài)調(diào)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(fēng)險(xiǎn)。此外，國家在水庫加固中重視擴(kuò)大泄流能力也是汛限水位調(diào)整的有利因素。
2.4天氣預(yù)報(bào)
水文專家龐炳東指出，汛限水位是水庫迎接設(shè)計(jì)洪水，而設(shè)計(jì)洪水并非每年都出現(xiàn)。過去由于天氣預(yù)報(bào)技術(shù)落后，無法對(duì)下一步可能發(fā)生的洪水進(jìn)行相對(duì)準(zhǔn)確的預(yù)估，水庫運(yùn)行控制時(shí)較為保守，往往為等待設(shè)計(jì)洪水，失去了蓄水機(jī)會(huì)。隨著天氣預(yù)報(bào)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(tǒng)計(jì)學(xué)為基礎(chǔ)的小概率事件上。
3、汛限水位優(yōu)化的限制因素
對(duì)失事水庫的調(diào)查數(shù)據(jù)表明，漫壩多發(fā)生于沒經(jīng)嚴(yán)格水文規(guī)劃的小型水庫，大型水庫發(fā)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(jì)50～70年代，由于施工質(zhì)量差，工程隱患多，多年來蓄水不足。后來國家對(duì)一些水庫進(jìn)行了除險(xiǎn)加固，但工情變得更為復(fù)雜，工程能否應(yīng)對(duì)汛限水位優(yōu)化后造成的水位超常規(guī)運(yùn)行還存在不確定因素。汛限水位優(yōu)化后的主要風(fēng)險(xiǎn)將在于工程隱患及工程管理方面。
4、結(jié)論
我國大型水庫在汛限水位優(yōu)化方面存在蓄洪潛力挖掘空間，對(duì)汛限水位進(jìn)行優(yōu)化能增加洪水利用率、緩解當(dāng)前及今后一段時(shí)間的水資源緊張狀況，為經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展與節(jié)水技術(shù)的全面推廣爭取時(shí)間。
水庫在創(chuàng)造效益的同時(shí)也兼具風(fēng)險(xiǎn)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(jìn)行。在沒經(jīng)安全論證的情況下，現(xiàn)行水庫運(yùn)行模式不能拋棄。
鑒于影響汛限水位優(yōu)化的因素復(fù)雜，建議從多方面開展工作：
（1）科學(xué)規(guī)劃。根據(jù)對(duì)水文、水資源供需情況的重新調(diào)查，特別是根據(jù)工程的安全狀況的評(píng)估進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃，利用水文遙測系統(tǒng)、天氣預(yù)報(bào)系統(tǒng)和現(xiàn)有成熟水位優(yōu)化理論，制定出兼顧工程安全和地區(qū)用水需求的理論汛限優(yōu)化水位。
（2）主動(dòng)管理。除了要對(duì)工程安全進(jìn)行常規(guī)監(jiān)測外，還要在非汛期嘗試逐步抬高運(yùn)行水位，以發(fā)現(xiàn)并消除隱患，進(jìn)一步從物理角度對(duì)工程蓄水潛力進(jìn)行摸底；對(duì)水庫工程進(jìn)行抗震模擬實(shí)驗(yàn)；建立涵蓋降水、需水、工程安全等因子的計(jì)算機(jī)輔助決策系統(tǒng)，防止出現(xiàn)人為決策失誤。
（3）展開工作。聯(lián)合國土部門利用國家推進(jìn)城市化的政策構(gòu)建蓄滯洪區(qū)并以此形成土地儲(chǔ)備銀行。
參考文獻(xiàn)：
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