中国水资源调度系统建设展望——雷晓辉

十三五“水资源高效开发利用”重点专项国家水资源监控能力建设项目雷晓辉中国水利水电科学研究院流域水循环模拟与调控国家重点实验室2016年11月水利遥感与GIS高端论坛大数据时代的水利遥感与GIS一、水资源调度概述二、中国水量分配现状及进展三、中国水资源调度系统四、示范应用及实施计划一、水资源调度概述1.1 水资源调度的定义1.2 水资源调度管理机构及职能1.3 水资源调度的内容1.1 水资源调度的定义水资源系统是在一定区域内可为人类利用的各种形态的水所构成的统一体，它由在水文、水力和水利上互有联系的各水体（如河流、湖泊、水库、地下水等）、有关工程建筑、用水单元等所构成。

水资源调度指在保证系统内水利工程安全的前提下，依据水利工程的运用规划，以尽可能满足用水需求为目标，制定水利工程对各用户的供水策略的一种控制运用技术。

河流水量分配河流水资源调度水资源调度资源分配部门水利部流域委省地县工程调度运行部门总调中心分调中心现地站例如：汉江、南水北调、雅砻江公司工程调度运行部门丹江口安康石泉水源公司水资源分配部门水利部长委水资源局沿河各省水资源处工程调度运行部门总调中心4个分调中心47个管理处水资源分配部门水利部水利部调水局中线沿线各省水资源处工程调度运行部门梯调中心各个电站水资源分配部门水利部长委水资源局1.2 调度管理机构及职能预测调度控制监测模拟评价水利工程流域尺度1.3 水资源调度的内容二、中国水量分配现状及进展1.1 全国水量分配历程1.2 全国水量分配进展1.3 我们已开展过水资源调度的河流黄河干流(1987)塔里木河(2001)黑河干流(1992)石羊河(2007)霍林河(2006)大凌河(2006)江西抚河(2005)福建晋江(1996)广东东江(2007)永定河(2007)水量分配工作实践历程早期针对跨省河流的水量分配实践工作：1987年，黄河干流水量分配——“87分水”。

缺乏统一的理论指导水量分配工作实践1•开设数个水量分配试点2•《水量分配暂行办法》自2008年2月1日起执行3•《全国水资源综合规划》于2010年12月7日国务院正式批复全国范围内开展水量分配方案编制、咨询、审查工作嫩江、拉林河、第二松花江、东辽河蓟运河、拒马河清漳河（*）、浊漳河淮河、沂河、沭河汉江、嘉陵江、沱江、赤水河、岷江北盘江、北江、东江、韩江、黄泥河大通河、无定河、渭河、泾河太湖◆2013年1月起，各流域陆续开展水量分配方案咨询工作。

◆2013年11月，各流域陆续开展水量分配方案审查工作。

第一批：25+1条江河流域名录2.2 全国水量分配进展松花江、洮儿河、诺敏河、雅鲁河、绰尔河、牡丹江、辽河、西辽河、柳河滦河、潮白河、北运河、滹沱河、卫河洪汝河、沙颍河、涡河、史灌河金沙江、牛栏江、乌江西江、柳江洮河、伊洛河、沁河、北洛河新安江◆目前，19条河流水量分配方案通过审批（国务院/水利部）。

◆黄河、海河、太湖流域的相关河流还没通过审批。

第二批：28条江河流域名录三、中国水资源调度系统3.1 中国水资源调度软件体系3.2 中央水资源调度平台3.3 通用水资源调度软件3.4 典型工程运行控制软件3.1 调度软件体系软件体系✓1个中央平台✓1个通用软件水资源调度中央节点流域节点省节点通用水资源调度软件通用水资源调度软件预报方案/结果调度结果地市、县、工程水利工程中央水资源调度平台模型引擎1、全国水文水资源立体监测体系3、全国水文水资源统计分析4、全国水资源实时评价5、全国河流水资源调度管理2、全国水文水资源模拟预报1个）流域级节点（7个）省级节点（32个）气象站气象卫星天气雷达水情报汛站水文遥测系统气象信息水文信息中国气象局水利部水文局水资源监控气象监测气温湿度风速气压辐射降水水文监测水资源监测中国分布式水文模型中国地下水数值模拟模型中国数字流域中国智慧流域融合同化T639集合预报系统监测模拟评价预报水资源实时评价水资源一级流域分区省级行政区水资源二级流域分区水资源三级流域分区（1）中国分布式水文模型水文模型一二维水动力水质模型2003-2012年中国地下水储量变化态势流域全国（2）中国地下水数值模拟模型•结合十三五项目拟利用超算作为全国模型的计算平台（3）高性能计算平台指标降雨量水资源量地表水资源量地下水资源量水资源总量蓄水动态大中型水库蓄水动态北方平原区浅层地下水动态水资源开发利用供水量用水量用水消耗量污水排放量用水指标水质河流水质湖泊水质水库水质水功能区水质达标状况省界水体水质地下水水质统计方法频率分析极值均值对比对象水情站点水资源区域／流域监测模拟CMADS v1.3CMADSv1.1CMADSv1.0例如：CMADS 数据集CMADSv1.2全国水文水资源数据集统计发布数量评价质量评价开发利用评价水资源评价•数量：降水，蒸发，地表水资源，地下水资源，总资源量•质量：河流泥沙，天然化学特性，水污染状况•开发利用影响：供用水量，耗水量，供需分析全国立体监测全国数字流域水资源实时评价•接入已建的河流水资源调度系统实时数据、调度成果（黄河、东江等）；•同步新建的河流水资源调度系统实时数据、模型参数、调度成果（50多条河流）；水量分配方案可分配水量多年平均及不同频率的水量分配调度准则控制断面及要求水资源监测水资源评价可分配水量预报年度水量分配工程调度计划断面下泄计划常规水量调度水量调度计划编制应急水量调度应急监测实时评价预警预报取水口调度计划水库/电站调度计划断面下泄计划应急水量调度计划编制常规应急水资源评价点：水文站还原/还现计算水资源预报点：水文站/水库天然径流、区间径流短期水文预报模型中长期预报模型（统计模型）水量计划调度（年、月）点：水库水库调度模型线：河道河道水量平衡模型水量实时调度（旬/周）点：水库水库调度模型线：河道河道马斯京根法一维水动力模型应急水资源调度线：河道一维水动力水质模型点：湖泊、水库二维水动力水质模型水资源调度模型体系水资源系统分析模型水资源调度建模工具水系拓扑水利工程•水库电站•取退水口区域耗水河道断面水资源调度概化图DEM 提取水资源评价•年、月、周、日水资源预报•年、月、周常规水量调度•年、月、周应急水量调度•适当概化•其他图层叠加•人工编辑还原计算公式：W 天然=W 实测+W 农灌+W 工业+W 城镇生活±W 引水±W 分洪±W 库蓄=W 实测+ W 耗水±W 引水±W 分洪±W 库蓄W 引水±W 分洪±W 库蓄W 耗水=W 实测+W 农灌+W 工业+W 城镇生活数据与模型标准组织框架建模工具与模型管理工具（构建调度对象、率定模型参数）基础库监测库业务库空间库多媒体库国家水资源监控能力建设项目数据库水雨情数据库气象数据库空间信息数据库水质泥沙数据库水利部、各流域、省、地市水利信息数据库统一数据交换平台（将外部数据交换到专题数据库）专题数据库通用水资源调度系统专题数据库数据交换水资源调度模型云服务平台（提供模型计算服务）数据中间件（组织模型输入数据）常规/应急调度专题组件（数据交互与可视化展示）DEM 等外部文件调度对象、模型参数及水文站网数据模型计算输入数据调度对象、模型和方案信息调度对象及相关时序数据模型参数模型输出信息系统整体数据流图数据支撑业务支撑数据读取接口作业管理水动力模型计算节点控制数据控制水利工程运行数据实时监测数据评价数据基础数据预报数据预警数据OracleRAC数据访问接口水质模型计算地下水模型计算水文模型计算调度模型计算模型平台Oracle软件功能动态监视实时评价实时预测常规调度应急调度通用水资源调度软件——系统架构气象数据库遥感数据库雨水工情数据库水质数据库泥沙数据库地下水数据库水资源监控数据库大气水循环地表水循环地下水循环自然水循环社会水循环1 动态监视水文数据库实时历史综合信息服务实时评价水资源监控数据库水资源数量评价水资源质量评价水资源开发利用评价用水统计数据库统计分析特征值时间序列分析（周期、趋势、突变等）数据库水质数据库地下水数据库泥沙数据库月报/年报水资源公报水量调度月报（增加）地下水动态月报水质月报河流泥沙公报水情情况年报（增加月报）地表水资源评价地下水资源评价水功能分区评价水循环通量示意图2 水资源评价水动力水质模型统计模型水文模型水库水文断面地下水含水层水功能区行政分区流域分区来水预测需水预测水质预测地下水预测地下水模型水位预测气象预测预报成果接入/气象模型长中短3 水资源预测水资源预报水资源评价点：水文站还原计算水量计划调度点：水库水库水量平衡模型线：河道河道水量平衡模型水量实时调度点：水库水库水量平衡模型线：河道河道马斯京干法一维水动力模型4 水资源常规调度应急水量调度5 水资源应急调度应急事件全过程管理突发水污染事件应急调度特殊干旱事件应急调度河道水量水质调度一二维模拟平台应急事件实时监测报警应急调度方案编制应急调度实时监测报警水质水量一二维耦合模拟平台小水头控制条件苛刻工况复杂事故因素多冰期输水多目标多水源多主体风险决策双向调控调度难点控制难点实时调度日常运行数据管理人工上报数据管理闸站监控数据管理统计分析闸门过闸流量计算渠段蓄量计算水体损失计算报表管理日报月报年报水量调度年计划管理月方案管理预测控制常规调控现状模拟实时预测控制指令生成应急调控现状模拟评价诊断实时预测追踪溯源应急控制指令生成模拟演练正常工况应急工况系统设置系统首页南水北调中线智能调度与运行控制平台南水北调中线智能调度与运行控制平台已经在中线局安装试运行，实时指导常规水量调度与突发水污染事件的应急调控。

四、示范应用及实施计划4.1 拟开展调度示范的河流和工程4.2 拟推广应用的河流和工程4.3 实施计划4.1拟开展调度示范的河流黄河淮河长江“六横两纵”的全国水量调度整体架构珠江海河流域•黄河•长江•珠江•淮河•松花江•辽河•南水北调（中东线）•汉江•黑河•渭河•赣江（南昌段）•石羊河•雅砻江•大渡河•… …松花江辽河拟开展10-20个左右调度示范4.2 拟推广应用的河流拟推广应用到全国50-100条河流和调水工程中央级节点（1个）流域级节点4.3 实施计划2016-2020年开展水资源调度的基础理论、模型及关键技术研发2016-2017年开展通用调度软件开发及示范2018-2019年开展中央平台建设及通用调度软件推广应用2020年进行成果总结凝练，提出下一步研究计划。