数字黄河工程建设纪实Word格式.docx

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“数字黄河”，字里行间散发出现代气息。

用专家的语言讲，“数字黄河”就是现实黄河的虚拟对照体，它通过全球定位系统、地理信息系统、卫星遥感等现代化手段采集信息，通过光纤、微波、卫星等先进传输手段实现信息的快速传递，通过数学模型和计算机应用软件系统对各种可能的方案进行数学模拟，并以可视化的表现结果，提供黄河治理的决策方向。

简单地说，“数字黄河”就是把黄河装进计算机，用数字化手段统一处理黄河问题，同时，最大限度地利用信息资源。

建设如此复杂而庞大的系统工程，在黄河治理史上可借鉴的经验不多。

黄委高层思路清晰，制定了一个科学的起点：

首先编制一个既反映黄河治理开发需要，又符合信息化发展趋势的科学规划，是“数字黄河”工程顺利开展的基础。

２００１年１２月１５日，黄委在黄河网上发布了《关于征询“数字黄河”工程规划框架（大纲）》的公告，在全社会广泛征集规划编写框架。

这种“需求牵引，应用至上”的编制原则和“以我为主，博采众长”开放的工作方式，立即引起了世人的广泛关注，共有２０家国内外知名院校、科研单位和公司机构提交了“数字黄河”工程规划框架（大纲）。

经过反复遴选，黄委最终选定清华大学、河海大学、武汉大学、解放军信息工程大学等作为编写合作单位。

可以说，规划本身就是广泛吸纳黄委内外、社会各界创造性思维的综合产物。

《“数字黄河”工程规划》是全国第一个通过水利部审查的数字流域规划。

该规划明确了“数字黄河”工程的建设目标和建设任务，勾画出“数字黄河”工程建设的宏伟蓝图，为“数字黄河”工程建设奠定了制高点。

二、多措并举夯实工程建设根基

（一）强大的通信网络铺就信息高速路

对一个国家来说，交通运输是国民经济的基础产业和先导产业，而黄河通信和计算机网络系统的建设与完善，则铺就了“数字黄河”工程的信息高速公路。

“数字黄河”工程启动后，黄委在原有的防汛通信专网和计算机网络的基础上，加快通信网络建设步伐。

目前，黄河下游郑州—河口ＳＤＨ微波干线改造工程已完成，实现了郑州—济南间１５５兆带宽、沿线市级河务局１０兆带宽、县河务局２兆以上带宽的联网,大大提高网络传输能力，从根本上解决了通信干线带宽不足的问题。

根据《黄河下游县局以下宽带无线接入通信工程》规划，依托涵闸远程监控系统建设,采用宽带无线接入技术，黄委在黄河下游的局部地区建设了宽带无线接入网，为黄河下游引黄涵闸远程监控系统提供了通信传输保障。

配套安装调试完毕的抢险应急卫星通信车，确保在任意区域发生险情时，能火速抵达现场，实现图像、数据和话音的应急传输，给决策者提供及时的信息支持。

经过几年的建设完善，目前，黄委计算机网络实现了黄委网管中心与驻郑各大单位的千兆光纤高速互联，并在此基础上实现了国际互联网的宽带接入。

黄委机关计算机全部实现了百兆到桌面。

２００４年１２月，远在兰州的黑河流域管理局计算机网络与黄委实现互连，标志着黄委实现所有委属单位广域计算机网络的连接，形成了从网管中心、各大局、地市局、县局及延伸到涵闸的多级广域网络，全河计算机局域网从十几个发展到近百个。

四通八达的计算机信息高速路网，是黄委信息化建设一个划时代的成果。

（二）新理念构建黄河数据存储和管理新体系

黄河数据中心是个大的“信息储备库”，是“数字黄河”工程数据存储与管理系统的核心组成部分，是实现黄委信息资源整合、共享的关键环节。

２００４年６月，黄河数据中心一期工程完工，成为我国水利行业首家建成并成功投入运行的数据中心，并被评为２００４年我国水利通信信息化行业十件大事之一。

黄河数据中心一期建设的完成，建成了黄河数据中心的基本框架，初步实现了黄委机关防汛、水调、水保、工程管理、电子政务等数据资源的集中存储和管理，有效降低了各业务系统的数据存储与管理成本，保障了数据的安全，让运行机制更加协调、管理模式更加科学，网络间数据交换和共享访问也更加方便，从而实现了黄委信息资源的共享和优化配置，使多层次、多目标的综合信息服务需求，都能在这里得到满足。

自建成并投入运行两年来，黄河数据中心运行状况安全稳定，初步实现了数据存储资源的集中存储和管理，为黄委各业务应用系统的安全可靠运行提供了保障，取得了较好的经济效益和社会效益。

同时，它对即将开始的河南河务局、黄河水资源保护局、黄河设计公司、山东河务局等各数据分中心的设计和建设具有重要的借鉴及指导作用。

黄河数据中心的成功运行标志着黄河数据存储管理体系已现雏形。

（三）基础地理信息系统——架起黄河专业信息的空间载体

黄河基础地理数据是“数字黄河”工程建设的重要基础。

离开了基础信息，“数字黄河”工程建设就成了无源之水，无本之木。

近年来，随着“数字黄河”工程建设的进展，黄委完成了大量黄河基础地理空间数据采集建设，包括流域控制测量数据、数字线划地图（ＤＬＧ）、数字栅格地图（ＤＲＧ）、数字高程模型（ＤＥＭ）、数字正射影像地图（ＤＯＭ）、卫星遥感（ＲＳ）等。

在数据采集方面，全流域范围１１００万、１２５万基础地理数据，黄河下游河道１５万、１１万基础地理数据（小浪底大坝以下），小北干流基础地理数据，南水北调西线工程调水区１２５万、引水线路１２．５万、坝址区１１万地理数据，１１０万黄河干流河道基础地理数据、黄土高原多沙粗沙区基础地理数据、治黄专题空间数据、遥感数据等成果相继完成。

在提供基础地理数据服务的同时，黄委还编制发布了“数字黄河”工程标准《数字地图图式》、《黄河基础地理要素分层与单元划分标准》、《黄河基础地理要素分类与代码标准》、《黄河基础地理信息数据共享实施细则》，保证了地理信息系统建设与服务的标准化。

作为一种能够及时快速获取各种地表现势信息的现代技术，遥感具有常规手段不可替代的优势和发展潜力。

黄河的遥感事业是２０世纪７０年代末逐步发展起来的，是国内水利系统最早研究和利用遥感技术的部门之一。

２００４年６月，黄委成立黄河遥感中心，并积极与国外有关科研单位开展卫星遥感数据采集方面的国际合作。

２００４年１０月，“数字黄河”工程遥感中心一期建设——《黄河下游洪水准实时遥感监测系统技施设计》，顺利通过黄委组织的专家技术论证和审查。

一期建设将在构建黄河洪水遥感监测系统的基础上，使遥感中心的基础设施、全河遥感数据共享平台——遥感影像数据库建设等得到进一步加强和完善，为全面提升黄河遥感技术应用水平和综合服务能力奠定坚实的基础。

除了在防汛方面的洪水演进、河势变化和漫滩情况等进行遥感监测外，在防凌上，遥感技术还充分地发挥了它的先进性，可以对防凌重要河段的封冻情况以及凌情发展进行动态监测。

在监测模式上采取了多源数据相结合的洪水遥感监测模式，使这些数据源在空间分辨率和时间分辨率上优势互补，有效地提高了汛情、凌情监测精度和时效性，增强了防凌工作科技含量。

在２００３年黄河秋汛洪水以及２００４年调水调沙试验期间，遥感监测技术发挥了较大作用。

“随着遥感技术在黄河上的应用服务领域进一步扩大，遥感数据采集的及时性和解译处理的技术水平进一步提高，遥感技术在黄河防汛、调水调沙、水量调度、水土保持等重要治黄工作中将会提供更有力地支撑。

”谈起遥感在黄河上的发展前景，黄委信息中心遥感处处长刘学工信心满怀。

（四）三维视景系统——揽千里黄河于咫尺间

把黄河装进计算机，在计算机中建立现实黄河的虚拟对照体；

利用这条虚拟的河流模拟、分析、研究黄河的自然现象，探索其内在规律，为黄河的治理、开发和管理提供更方便、更准确、更快捷的决策支持，这就是黄委开发交互式三维视景系统的目的，也正是“数字黄河”工程这一高瞻远瞩的治河理念的具体体现。

２００２年黄河勘测规划设计有限公司开发的“黄河东坝头－高村河段交互式三维视景系统”是黄委大尺度、高精度虚拟三维技术在水利方面的首次应用，它初步搭建了黄河下游的三维基础平台。

随后，黄委又有计划地开发了“黄河下游交互式三维视景系统”。

通过黄河下游交互式三维视景系统，人们可以快速、直观地了解和掌握整个黄河下游防洪工程的整体布局，可快速对工程进行查询定位，查看详细的属性信息。

由于系统采用真实的空间三维地理坐标进行控制，还可以查询任意位置的空间坐标及高程信息，绘制任意河道地形断面，甚至连场景中任意两点距离及任意一块区域的面积都可以准确量算出来。

交互式三维视景系统并不是静止的，它能够提供河道断面动态分析功能，可动态显示某一时段内该断面冲淤过程，对于掌握河道的演变规律、制定防汛预案都有着重要的参考价值。

当你打开“黄河下游交互式三维视景系统”，只需轻点鼠标或触发键盘，就如同乘坐飞机、汽车或步行漫游，可以以不同视角、不同方位、不同的速度，形象、立体、直观、全面地查看黄河下游河道、各类工程、地物和滩地。

如果把鼠标放在其中一个险工的任何一个坝垛上，该坝垛的编号、裹护长度、坝顶高程等数据立刻就能显示出来。

２００６年８月２２日，“数字黄河”建设又传捷报，黄河流域三维江河电子系统通过黄委验收。

这个系统采用实景影像与虚拟现实技术相结合，能立体形象地展示黄河流域的地形地貌、水系分布、行政区划、交通路网及河流形态、水库、堤防、蓄滞洪区、水闸等信息。

几分钟，只需要短短的几分钟时间，利用系统的浏览功能，你就能从天高云淡的黄河源头到浩淼无际的入海口走一遭，而这期间，借助系统的分析功能，还能快捷地进行数据查询、数据管理、系统维护、系统集成、数据抓取，还可实现与二维场景的自由转换。

黄河流域三维江河电子系统采取开放式的平台，在设计时预留了灵活的应用接口，既可以与目前的黄河防汛指挥系统，工情、险情会商系统进行连接，又可以进一步拓展至气象水文、水土保持、水量调度、水资源保护等领域，建立完整的流域综合管理平台。

黄河流域三维江河电子系统的开发完成和投入使用，将是“数字黄河”越飞越高的一个新支点。

（五）超级计算中心——“数字黄河”工程建设的加速器

２００６年９月１４日，黄委及地方的许多重量级人物聚集在黄河科学研究院一号科研楼前，黄委主任李国英激情满怀地宣布：

黄河超级计算中心正式成立。

历时两年多的筹建，在众人的期待中，黄河超级计算中心终于揭开了神秘的面纱，成为并行计算机峰值浮点运算速度达３８４０亿次每秒，存储容量２ＴＢ，郑州市目前仅有的两家超级计算中心之一。

黄河超级计算中心构建的高性能并行计算平台，是一个开放式、基于网络的、可共享的大型科学计算分析环境。

它不但可以服务黄河，而且可为社会各界用户提供计算资源和技术支持。

在揭牌仪式的讲话中，黄委主任李国英阐述了超级计算中心的深远意义：

黄河超级计算中心的成立是“数字黄河”工程建设历史上的一件大事，是“数字黄河”工程建设转向数学模拟系统建设的一个重要载体和重要标志，必将极大地推进“数字黄河”建设的大踏步前进。

三、开拓创新六大系统组建工程“超级航母”

“数字黄河”工程建设是黄河治理工作的一项重大战略举措，是黄河治理现代化、信息化可持续发展的重要保障，也是黄委创新思维、与时俱进的思想在实际工作中的体现。

防洪减灾、水资源管理与调度、水土保持、水资源保护、工程建设管理、电子政务等六大应用系统建设的齐头猛进，给世人打造出“数字黄河”工程这艘“超级航母”。

（一）“数字防汛”——确保黄河安澜的现代化屏障

防汛减灾是“数字黄河”工程建设的首要目标，“数字黄河”首先从“数字防汛”开始。

“数字防汛”就是要建设先进实用、高效可靠的覆盖黄河流域重点防洪地区的暴雨洪水预警预报、防洪防凌调度、防汛组织指挥、洪水水沙演进、抢险减灾等方面的基于３Ｓ的应用系统，以现代化的管理观念和工作方式，实现黄河防汛减灾各个环节的科学化、标准化、智能化管理。

１．黄河防汛的三大“看家武器”

目前，作为“数字防汛”的结晶，黄河下游工情险情会商系统、黄河防洪预报调度与管理（耦合）系统和正在建设的黄河小花间暴雨洪水预警预报系统已逐步成为黄河防汛日常业务和指挥调度的“看家武器”。

黄河下游工情险情会商系统是基于ＩＮＴＲＡＮＥＴ（企业内部互联网）面向黄委、省、市、县４级防办的地理信息系统。

通过系统，人们可以很直观的观测到黄河下游的所有险情及料物等抢险资源的信息，随时生成抢险方案，有效缩短决策时间，对下游险情的“抢早抢小”和防洪工程管理提供了方便。

２００６年６月底，在国家防总举行的黄河下游防汛演习中，运用此系统，指挥人员迅速掌握出险情况，并在几秒钟内查到以出险工程为中心、半径几十千米内的防汛物料、抢险人员及装备、联系电话等详细信息，以最快的速度调动最近的抢险队到达出险地点，做到运筹帷幄，决胜于千里之外。

而在系统诞生之前，汇报险情、制定方案、下达命令的过程要用相当长的时间。

国务院副总理回良玉观看了演习后，对黄委防汛现代化建设备加称赞

作为”数字防汛”的主要应用系统，“黄河防洪预报调度与管理（耦合）系统”采用先进的耦合思想，把黄河数值降水预报、洪水预报、防洪调度和指挥调度等耦合在一个应用平台上，通过跨平台、异地异构的数据交换和信息交换，以减少黄河防洪各业务环节中信息交换的时间，有效提高防洪决策的预见期，实现黄河在数值降水预报、洪水预报、防洪调度和指挥调度过程中的有机结合，为黄河防洪决策提供技术支持。

运用该系统，可以任意查询各种数值降水预报、洪水预报信息，轻点鼠标很快就能计算出洪峰演进到达的时间，从而大大提高黄河防洪调度决策的时效。

“以前要做出一次防洪调度决策，从收集水文预报信息，经多名高级工程师紧张计算，到文件传递、会商要花去几个小时时间，现在利用该系统这一过程只需４０秒钟，为下游滩区１８０万群众的迁安、大堤的防守赢得了宝贵的时间。

”黄委防办主任张金良在接受记者采访时感慨地说。

黄河小花间（黄河小浪底—花园口区间）暴雨洪水预警预报系统是自“数字黄河”提出后最早进入设计的首项工程，也是黄河水文建设史上规模最大、技术含量最高的工程。

目前，这个系统的信息采集、传输部分和气象、水文预报部分建设已全面铺开，先后完成了预警预报中心ＤＬＰ投影拼接墙系统、水文测报楼计算机网络系统、花园口水文站自动化测流系统、黄河水情查询及会商系统、黄河洪水预报系统、黄河水文气象综合业务系统、水文测验管理系统、小花间水情信息采集传输系统一期工程（包括３１个遥测站和２个中心站）等建设任务。

黄委水文局局长牛玉国介绍说：

“工程完工后，将使小花间的水文测报、预报及水情传输、会商系统等得到彻底的改观，构成小花间暴雨洪水信息的现代化监测采集、传输处理、存储检索、预测预报、会商服务的有机整体，达到缩短测验历时０．５～１小时、３～５分钟内收齐区域水情信息、花园口站洪水警报预报预见期超过３０小时，预报精度明显提高的目的。

数字小花间工程是传统水文向现代水文腾飞的标志。

”

２．“数字防汛”魅力初现

三门峡水利枢纽是新中国成立后在黄河干流上兴建的第一座以防汛为主，兼顾防凌、灌溉、供水、发电等任务的大型水利枢纽工程，被誉为“万里黄河第一坝”。

三门峡水利枢纽防汛调度信息监测系统的建设给这座巨坝增加了更多的现代化色彩。

该系统使黄河防总能够远程监测泄洪闸门各个闸门的开度、泄洪流量、泄洪闸门开关时间，坝前水位、坝后水位等水情信息以及三门峡水利枢纽机组运行状态、过机含沙量等电站系统信息，远程监视三门峡水利枢纽坝前、坝后、坝上以及电站厂房等重要位置，初步实现黄河防总对三门峡水利枢纽的多方位、全过程远程实时监视、监测，为黄河防汛指挥调度决策提供了更为全面的信息支持。

同时，系统网络建设采用了物理隔离的方式，保证了三门峡电站系统运行安全。

凌汛一直是黄河防汛的一个心腹大患。

黄河宁蒙河段及万家寨水库防洪防凌会商系统通过对黄河宁夏、内蒙古到万家寨段的地图信息进行矢量化处理，形成满足系统要求的地理空间数据库，对防洪、防凌会商的地理信息提供支持。

２００２年，黄委开展了黄河下游凌情信息监视系统（试点）建设，系统通过实时采集、传输黄河下游防凌重要河段——护林工程、一号坝险工、利津水文站、麻湾闸４个凌情监测点实时图像信息，使黄河防总能实时监视黄河下游重要河段封河和开河情况，监测凌情发生、发展的全过程，提高了黄河防凌决策水平，进一步确保防凌安全。

“十五”期间，黄委异地视频会商系统建设完成，系统主要利用广域网环境，集视频会议、投影技术、集成控制技术及音视频应用为一体，在黄河防汛指挥中心、黄河防汛调度中心、黄委水文局、山东河务局、河南河务局、信息中心、三门峡水利枢纽局、小浪底建管局之间以及与山东河务局、河南河务局各地市局之间创造了一个拥有会议、防汛会商、演示等功能的多功能会商环境。

２００５年，根据水利部国家防汛抗旱指挥系统工程项目建设安排，黄委完成防汛抗旱异地会商视频会议系统建设，实现黄河防总与国家防总之间稳定、可靠的异地视频会议和数据会议功能。

２００５年４月１１日，黄河防总成功通过该系统异地参加了国家防总２００５年第一次全体会议。

黄委国家防汛抗旱指挥系统延安、榆林、三门峡、西峰、天水等５个水情分中心建设项目将于近期完成。

项目建成后，黄委中游地区的水情信息采集传输在通信系统和计算机网络系统的支持下，将实现３０分钟内汇集到国家防总。

“数字防汛”为确保黄河安澜树起了一道坚实的现代化技术屏障。

（二）数字水调——流域水资源调配的成功模式

进入２０世纪９０年代以来，随着社会经济的迅速发展，黄河水资源供需矛盾日益突出，黄河下游甚至出现频繁断流的局面严重影响了沿岸工农业生产和人民生活。

１９９８年１２月国家果断授权黄委统一调度黄河水量。

然而，由于黄河水量调度管理关系到城市生活和工业供水、农业灌溉、发电、防洪防凌、下游减淤和生态环境等多方面的问题，情况复杂，技术性、时效性和政策性强，随着水量调度工作的逐步深入，统一调度初期主要依靠行政手段和各级水调人员艰苦奋斗开展工作的工作方式和技术手段显得非常落后，不能适应水资源管理与调度时效性和现代化的要求。

为改善调度手段，提高管理水平，合理配置、优化调度黄河水资源，确保黄河不断流，根据“急用先建，分步实施”的原则，２００２年６月，黄委启动黄河水量调度管理系统应急实施方案项目建设以下简称“一期工程”。

２００３年底，“一期工程”全部建成并投入运用黄河水量调度管理迈上高科技、信息化、现代化之路。

“一期工程”建立了基于广域网络的黄河下游引黄涵闸五级远程监控系统，实现了对引黄涵闸远程监测、控制、监视的全天候、集群式运行管理。

目前，黄河下游已实现远程监控的７７座涵闸控制了黄河下游引水量的９３．５％，基本实现了对黄河下游引黄涵闸的２４小时全面监视、监测和监控，使黄河水量调度管理有了“千里眼”。

黄委还从国家气象局引进了“９２１０”工程气象卫星综合应用系统，实现了常规气象资料的快速接收处理，不仅解决了非汛期气象资料短缺的问题，而且增加了旱情、墒情等信息种类，为水量调度提供了较为准确的气象趋势分析和预报。

“一期工程”建立的第一个适应多泥沙河流的水质移动实验室，可以对突发的水质污染事件快速做出反应，迅速开赴指定地点，在现场完成取样、分析、计算等一系列操作，提出水质评价报告。

在２００５年１１月松花江重大水污染事件和２００６年１月伊洛河油污染事件监测中，水质移动实验室显示出良好的快速反应能力。

“一期工程”首次将枯水径流预报和枯水演进仿真模型与水量调度方案编制与管理模型耦合，并配以多种调度方法，实现了年、月、旬、日调度方案的嵌套运行，实现水量调度方案科学、高效编制。

水量调度模型子系统能自动编制年预案和月旬日调度方案，通过网络及时向沿黄省（区）水调部门发布，提高了工作效率，缩小了误差，大大提高了决策的公信度。

２００４年第９次“引黄济津”时，根据模型计算结果，黄委提前６天将小浪底水库泄流由２００立方米每秒增大到３５０立方米每秒，使水头在放水前两小时到达山东位山闸前，精确保证按时开闸并节约了水资源。

２００２年１１月４日，建成使用的黄河水量总调度中心是监视全河水情、雨情、旱情、引水信息进行水量调度的总控制中心，也是目前功能最完善的流域水量调度中心。

中心的电子模拟屏可以实时显示黄河流域骨干水利枢纽、重要断面的水文、水质信息，干流重要引水口和黄河下游所有引黄涵闸的有关信息；

液晶大屏幕能对主要水文站进行实时图像监视，对引水涵闸的闸前、闸后水情、闸机房及控制室的各种设备运行情况实施全天候、多方位的监控、监视和监测。

总控制中心可以自动启闭闸门，采集涵闸水位数据，进行引水流量计算。

授权用户可以在广域网络的任何一个终端上看到实时图像，并可以实现摄像头的旋转、景物的拉近和推远控制。

当河道出现小流量或发现违规引水时，调度中心工作人员可远程关闭引黄涵闸，结束了原来靠铁锁把门控制私自取水的落后局面。

当主要控制断面水情或水质信息达到预警值时，报警系统还能以红灯闪烁、发出声音等形式在电子模拟屏上自动报警，提示工作人员采取应对措施。

黄河水调系统计算机网络现已覆盖了涉及黄河上游和下游多个省（区）的单位与部门，成为目前覆盖面最广，组网结构规模最大的水调计算机网络。

黄河水量调度管理系统的建成和应用，丰富了水量调度所需信息的种类和数量，提高了信息采集和传输的时效，改善了水量调度管理技术手段，促进了沿黄地区计划用水、节约用水，实现了黄河水资源的优化配置，提高了黄河水资源有效利用率，使得黄河水量调度管理快速反应能力和科学决策与管理水平有了质的飞跃，以水资源的可持续利用促进了黄河流域及相关地区的经济和社会发展。

（三）数字水资源保护——“水质不超标”的科学保障

“民以食为天”，保护好沿黄群众的生产生活水源，对黄委来讲，就是天大的事情。

近几年，“数字水资源保护”在黄河水质自动监测站关键技术开发与研究、黄河水质监测实验室自动化改造关键技术引进、黄河水环境信息管理系统建设、黄河水资源保护监控中心建设等方面进展迅速。

黄河水质自动监测站关键技术开发与研究属于数字水资源保护的基础数据采集处理系统，是依托国家“９４８”引进的国际先进水利科学技术项目。

这种关键技术解决后，实现了多沙河流可移动式采样，在复杂来水来沙条件下，可以进行水质自动监测与实验室水样前处理可比性的研究。

项目研制的具有仿真界面的智能化自动控制系统，故障自动报警与故障原因自动分析判断，以及手动进样、系统内泥沙自动冲洗、自动除藻、断水断电自动保护等多项自动监测技术与设备，提高了自动监测设备的可靠性。

首创的多参数测定仪水下探头自动冲洗装置，有效延长了传感器在多泥沙水体条件下的使用寿命。

目前，黄河花园口和潼关两座现代化的水质自动监测站已建成并投入使用，