系统设计说明书郭.doc

第一章 概述1.1 引言江苏省苏北地区水资源配置监控调度系统工程调度运行系统设计说明书是根据江苏省苏北地区配置监控调度系统工程调度运行系统开发合同书（合同编号：SPJDI-0402）要求编写的，包括调度运行系统的现状分析、需求说明、新系统的逻辑方案、运行环境分析，以及开发实施计划等，该说明书经江苏省苏北地区水资源配置监控调度系统工程建设处（甲方）认定，将作为南京水利科学研究院（乙方）进行系统详细设计和软件开发的基本依据。1.2 项目背景本调度运行系统是苏北地区水资源配置监控调度系统工程的重要组成部分。苏北地区水资源配置监控调度系统工程是水利部确定的全国5个信息化建设试点项目之一，是一项基于现代信息和网络技术的示范性工程。该工程以信息采集传输系统、运行监测监控系统为基础，综合数据库为纽带，水资源管理、优化配置和调度运行系统为核心，为江水北调和苏北供水管理提供信息支持和技术保障。在基本构成上，包括信息采集系统、运行监测监控系统、通信传输系统、计算机网络系统、综合数据库系统、调度运行系统和决策支持系统等7个子系统。工程分布在江苏省苏北地区的扬州、淮安、宿迁、徐州、连云港、盐城等六个市和江都、总渠、三河闸、淮沭河、骆运等五个省属管理处。为了提高系统的技术开发水平，甲方和乙方联合申请了水利部948项目水资源调度运行系统，将引进国外先进的WMS模型、SMS模型、RIBASIM模型和部分配套硬件和设备用于本系统的开发。乙方在完成调度运行系统开发合同的基础上，还将按照引进国际先进水利科学技术合同书水资源调度运行系统（项目编号200214）的有关要求，提交相关成果。本系统运行所需数据均从相关水文、水情和工情等数据库中提取，部分控制运行数据也可以人机对话方式录入。所需上游来水量的有关参数在数据库中提取。洪泽湖、骆马湖（石梁河水库）、微山湖的调节计算、湖库水位过程预报均由调度运行系统完成。苏北地区水资源配置监控调度系统工程调度运行系统由江苏省苏北地区水资源配置监控调度系统工程建设处委托南京水利科学研究院开发。1.3 系统开发目标1.3.1 目标调度运行系统的开发目标：面向决策者需要，针对江水北调工程运行管理和调度决策特点，开发在地理信息系统环境支持下，具有调度形势分析、调度预案生成、调度方案评估、调度方案辅助决策等功能，初步实现江水北调系统调度决策和运行管理自动化的调度运行系统，使江水北调工程的运行管理和调度决策更趋科学、合理。1.3.2 内容调度运行系统的开发内容包括：(1) 建立现状形势分析环境；(2) 建立实时水量调配模拟模型；(3) 建立在线水流仿真模型；（4）建立调度运行系统专用数据库；（5）在GIS支持下将来水预报模型、需水预测模型、实时监测系统、实时水量调配模拟模型、在线水流仿真模型和专用数据库等综合集成。1.3.3 范围本期工程调度运行系统的覆盖范围为：江水北调工程输水干线与洪泽湖、骆马湖、微山湖所组成的江、淮、沂沭泗水系的直接供水区域，其外边界一般为输水干线和调蓄湖泊周边的直接取水口门及干线分水口门。但从苏北供水调度的实际需要出发，对重要支线灌溉总渠、盐河、废黄河、淮沭新河、徐洪河等河道，计算、仿真及调度范围应延伸到本级支线的最末端控制站点。1.4 系统功能在来水预报、需水预测、长江潮位预报以及实时监测供水、用水状态和泵站、河道、湖泊运行状态的基础上，通过系统提供的决策分析环境帮助决策者分析和掌握江水北调系统现状供需水形势；通过系统提供的实时水量调配模拟模型帮助决策者对各种调度方案进行模拟计算，预测各种方案的实施后果，确定不同预见期内各市（县）和重要口门的水资源分配和供水水源组成，并可对下一时段系统计划需水量作出预估分析；通过系统提供的在线水流仿真模型帮助决策者对各种调度预案实施后，江水北调输水干线和湖泊的实时水流过程进行仿真计算，预演水流在输水干线和湖泊中的输运与演变过程，生成可行调度方案集，并根据需要，将结果反馈给实时水量调配模型，及时对系统运行进行调整。可行方案的仿真过程与系统监测相结合，将检验系统内发生的异常分水情况。1.5 系统运行环境系统的运行环境将在用户需求分析的基础上，与现有系统环境及资源分析、正在建设的相关系统和即将建设的部分系统相衔接，其中网络环境为100M快速以太网到桌面；系统硬件环境包括省防办室二台正在运行和将要购置的一台服务器，以及省水文局、省供水局相关服务器，客户端微机采用基于Intel PIII或PIV处理器的微机；系统软件环境基于现有的服务器操作系统和数据库管理系统，采用可视化为主体的软件开发工具、目前流行的GIS开发工具和平台，实现模型分析结果表达的图形化、可视化和多媒体演示。1.6 参考资料（1）江苏省苏北地区配置监控调度系统工程调度运行系统开发合同书（合同编号：SPJDI-0402）；（2）苏北地区水资源配置监控调度系统工程调度运行系统招标文件（合同编号：SPJDI-0402）；（3）引进国际先进水利科学技术合同书水资源调度运行系统（项目编号：200214）；（4）苏北地区水资源配置监控调度系统工程可行性研究报告，2001；（5）苏北地区水资源配置监控调度系统工程第一阶段工程实施方案（初步设计）的综合数据库系统、调度运行系统、决策支持系统，2001。（6）苏北地区水资源配置监控调度系统工程调度运行系统系统分析说明书，2002.7第二章 工程现状2.1 研究区概况2.1.1自然地理江苏省苏北地区南襟长江，东临黄海，地处淮、沂、沭、泗下游。京杭大运河、通榆河纵横南北，苏北灌溉总渠、通扬运河等灌排河道横穿东西，地理位置十分优越，整个区域内地势平缓、水网密布、气候温和、日照充足、雨量南丰北枯，光、热、水三者配合协调，广袤的苏北平原极有利于农业的发展。（1）水文江水北调工程系统，跨淮河、沂沭泗两大水系，以京杭大运河为依托，南起江都抽水站，北至微山湖，连绵400余公里，穿越扬州、淮安、宿迁、徐州四个市，范围分属江都、高邮、宝应、楚州区、清浦区、淮阴区、泗阳、宿豫、宿城区、邳州、新沂、铜山、贾汪十四个县（市、区），苏北灌溉总渠、淮河入海水道、徐洪河、分淮入沂（二河、淮沭河）、废黄河纵横其间，洪泽湖、骆马湖与其相连。洪泽湖是淮河下游的大型平原水库，集水面积15.8万km2，湖底高程约10m，现状防洪设计水位16.0m，死水位11.3m，正常蓄水位13.0m，兴利库容31.51亿m3。淮水分别通过三河闸由入江水道经高邮湖、邵伯湖入长江，通过高良涧闸经苏北灌溉总渠入黄海，通过二河闸经二河进淮河入海水道和废黄河，或相机经分淮入沂从新沂河入黄海，设计总排洪能力已达到15300 m3/s。骆马湖是沂沭泗下游的大型水库，汇南四湖、邳苍区间和沂河来水，集水面积5.2万km2 。1959年建成常年蓄水水库，现防洪设计水位25.0m，死水位20.5m，正常蓄水位23.0m，相应兴利库容6.89 亿m3 ，通过嶂山闸、皂河闸两泄水口，分别泄入新沂河和骆马湖以南中运河。苏北地区以洪泽湖、骆马湖为主要灌溉水源，同时凭借京杭大运河，以江都站为起点，抽引长江水源由南向北输水直至微山湖，解决沿线用水。根据地形和水系，沿线共设置江都、淮安、淮阴、泗阳、刘老涧、皂河、刘山、解台、沿湖等9个梯级枢纽工程。除沿湖梯级外，每个梯级枢纽均设有拦河节制闸、抽水站以及通航船闸。大运河系统是一个综合利用的水利枢纽系统。其主要功能有：灌溉、城市供水、防洪、排涝、航运、江水北调和水力发电。（2）气候苏北地区位于我国从亚热带向暖温带过度的气候区，大致以淮河苏北灌溉总渠为分界，南部属湿润的亚热带气候区，北部属半湿润的暖温带气候区，具有明显的季风环流特征，冬干冷，夏湿热，四季分明。年平均气温在14左右。夏季最高气温北端为43、中部41、南端38.7，历年极端最低温度北端为-22.6、中部为-20、南端-17.7。常年主导风向，冬季多西北风，夏季多东南风。年内降雨多集中在夏秋两季，在六、七月间，冷暖气团在淮河以南遭遇，常产生锋面低压和静止锋，形成阴雨连绵的梅雨期，七、八月份受台风影响，常伴有来势凶猛的特大暴雨，历年平均降雨量北端为851mm，中部为987mm，南端为1030mm。该区的自然水体的多年平均蒸发量在950-1100mm，陆地蒸发量的多年平均值在660-800mm，因此平均年降雨量的70%以上消耗于蒸发。全年无霜期由北端的216天渐变到南部的224天，无霜期较长。全年日照时数达2100-2350小时。（3）水资源苏北地区水资源主要由降雨产生的地表径流、地下水及江、淮、沂沭泗的过境水组成。本区雨量充沛，多年平均降雨量在850-1100mm，年际年内变化较大，由于汛期雨量集中，调蓄库容有限，短期内形成了大量的废泄水，雨量的有效利用率低；地下水开采量较少，主要集中在骆马湖以北片。江水北调工程系统地跨亚热带和暖温带，由于区内水资源时空分布不均和水环境的差异，导致南部里运河片水资源相对较丰富，骆马湖以北中运河片比较短缺。而且由于淮沂沭泗上、中游近年来水量减少，洪泽湖、骆马湖、微山湖适当扩大兴利库容的规划尚未落实，以及江水北调梯级翻水能力有限，水资源南丰北枯的状况，还将继续存在。根据江苏省水中长期供求计划报告的分析，苏北淮河流域的水资源具有如下特点：1）产水率低，本地径流少。淮河流域多年平均降水总量608亿m3，折合为年降雨量964mm，年降水总量中的75%，被植物蒸腾、土壤和地表水体蒸发所消耗，25%形成地表径流，折合年径流深237mm。2）由于季风气候的影响，本地径流量季节变化大。年径流量在年程分配上呈铃形分布，70%以上集中在汛期，最大月径流量一般出现在6、7月份，约占年径流量的35-50%，而最小月径流量一般出现在1、2月份，占年径流量的1-2%。地表径流的地区分布不均匀，南部大于北部，多年平均径流深的变化幅度在100-300mm之间，东北部的赣榆山丘区河流源短流急，是径流高值区，年径流深约300mm，西北部丰沛地区为低值区，年径流深不足150mm。其他平原水网区年径流深均在250mm以下。3）蓄水能力差，过境水利用受限制。江苏地处江、淮、沂、沭、泗河下游，过境水量约为本地径流量的40倍，为水资源开发利用提供了有利条件，但过境水量的年际、年内变化巨大，除长江干流以外，淮沂沭泗过境水总量不少，多年平均径流量400多亿m3，淮河最大年径流量达到800亿m3，最小年份仅30亿m3，相差26倍，年际来水量变化幅度较大，又由于苏北属平原地区，兴利调蓄库容小，正常年景仅能利用来量的20-30%，约100-130亿m3，形成了洪水期间，上游来水量太大，无处蓄存，被迫弃水，也加重了防洪负担，抗旱期间，上游来水量太少，无水可用。而长江源远流长，水量丰沛且稳定，多年平均年径流量达9730亿m3，相当于年平均流量30900m3/s，最枯年份也有6320m3/s，是苏北地区较稳定可靠的水源。地下水资源包括深层地下水和浅层地下水，与降水、地表水有直接水力联系的是浅层地下水。苏北地区可开发利用的主要是浅层地下水，浅层地下水的补给来源较多，其中降雨入渗补给量所占比重最大。苏北灌溉总渠以南，地下水资源模数为10-15万m3/ km2，苏北灌溉总渠以北一般为20-30万m3/ km2。主要消耗于潜水蒸发和河沟侧排，两者占总排泄量的90%以上，实际开采量仅占7%上下，总渠以南地下水埋深在0-1m之间，总渠以北地下水埋深一般为1-3m。2.1.2 社会经济苏北地区除西南部南京市部分面积外，主要涉及扬州、泰州、南通、盐城、淮安、宿迁、徐州、连云港八市，总面积约为73314平方千米，占全省的71.5%，详见表2.1，耕地面积3834.80千公顷，占76.3%，1998年末总人口4836.83万人，占67.3%，建设中的沿江经济带、徐连经济带及海上苏东使苏北地区社会经济得到全面发展，1998年全区GDP（当年价，下同）3037.90亿元，占全省的42.2%，人均GDP6280.8元，工农业总产值6523.64亿元，占43.4%，粮食总产量2616.94万吨，占76.6%。可见苏北地区是我省面积较大、人口较多、地位重要、经济已有一定的基础但又相对落后、发展潜力较大的区域，加速发展苏北是江苏省委省政府既定战略，苏北经济发展是江苏经济腾飞的重要前提。表2-1 苏北地区1998年社会经济情况表区域土地面积(平方公里)耕地面积(千公顷)年末总人口(万人)非农业人口(万人)GDP(亿元）人均GDP(元)工农业总产值(亿元)粮食产量(万吨)扬州市6638317.70446.59107.85401.598992.36853.68231.51泰州市5790319.51498.5689.02342.086861.36704.43273.35南通市8001483.33787.49247.21624.497930.131259.31326.3614983780.42791.64156.06464.685869.841121.49485.41淮安市10645494.68498.9888.28219.784404.59469.46345.96宿迁市8555450.28494.2653.14165.463347.63348.23316.42徐州市11258614.74875.78188.42555.156338.921095.53386.00连云港市7444374.14443.5384.37264.675967.35671.51251.93苏北合计733143834.804836.831014.353037.906280.776523.642616.94全 省1026005024.207182.461930.657199.9510024.415034.93415.12占全省比例(%)71.5%76.3%67.3%52.5%42.2%62.7%43.4%76.6%2.1.3 工程现状（1） 蓄水工程江水北调系统的主要蓄水工程包括洪泽湖、骆马湖、微山湖。其特征值见表1。其中洪泽湖和骆马湖是系统中两个最为重要的调蓄水库。洪泽湖 洪泽湖承接着淮河上游15.8万km2面积的来水，是全系统用水的重要水源。洪泽湖是系统内蓄水量最大的湖泊，在供水调节中起着决定性的作用。洪泽湖供水线路有两条：一条从二河闸放水，主要满足沂南、沂北地区用水。为了供连云港港口、电厂及生活用水，一般输送4050 m3/s，大旱时在任何情况下输送流量不得小于3040 m3/s，在可能的条件下输送少量水补充石梁河水库，另外还可经过泗阳站抽淮水入中运河，并向骆马湖补水；另一条从高良涧闸泄放洪泽湖水，经过总渠以及泄入里运河供给里下河地区西、北片及渠北自流灌区用水。洪泽湖的灌溉范围包括：湖区周边子系统；二河子系统；苏北灌溉总渠子系统；里运河子系统。骆马湖 骆马湖是系统内的第二个调节湖泊，主要接纳沂河、运河的来水。骆马湖的蓄水原则上主要供给徐州市使用。当骆马湖水位低于21.7 m时，中运河与骆马湖开始河湖分开。骆马湖调节湖容较小，因此在用水集中的季节，湖水位迅速下降至接近或低于死水位，有时甚至湖干。表2-2 洪泽湖、骆马湖、微山湖、石梁湖水库现状特征值水位（m）（废黄河基面）库容（亿m3）死水位蓄水位死库容调节库容汛期 (69月)非汛期汛期非汛期洪泽湖11.312.513.010.4520.831.5骆马湖20.522.523.02.125.386.9微山湖31.532.532.53.14.74.7石梁河水库18.523.524.50.321.762.34（2） 提水工程江水北调系统的各级抽水站现有工程规模见表2-3。表2-3 江水北调现有工程规模级 别站 名装机台数（台）装机容量（kw）设计流量（m3/s）备 注1级江都站3351400400调水、排涝2级淮安站1219800250调水、排涝3级淮阴站48000120调水淮阴二站38400100调水4级泗阳站2215600160调水、发电5级刘老涧站48800150调水、发电6级皂河站214000195调水、发电7级刘山站82616050调水8级解台站22616050调水9级沿湖站20210032调水西支线沙集站5800050调水（3） 水闸工程江水北调系统的主要水闸工程规模见表2-4。表2-4 江水北调系统的主要水闸工程规模河系工程名称所在地设计流量（m3/s）主要作用京杭大运河江都西闸江都市江都镇940引水南运西闸宝应县汜水镇489排涝淮安引江闸淮安市楚州区208引江、灌溉泗阳闸泗阳县众兴1000排洪刘老涧闸宿豫县仰化900排洪皂河闸宿豫县皂河1000排洪刘山闸邳州市宿羊828航运、灌溉、排涝解台闸铜山县大吴500航运、灌溉、排涝沙庄引河沙庄引江闸楚州区三堡180引水、灌溉新河新河北闸楚州区三堡150排涝新沂河嶂山闸宿豫县嶂山8000排洪总六塘河洋河滩闸宿豫县井头199+39灌溉灌溉总渠运西电站节制闸楚州区300排洪、灌溉运东闸楚州区700灌溉、排洪洪泽湖二河闸洪泽县顺河9000防洪、灌溉三河闸洪泽县蒋坝12000排洪高良涧闸洪泽县高良涧800灌溉、排洪废黄河杨庄闸淮安市清河500排涝、灌溉盐河盐河闸淮阴区杨庄276灌溉、排涝淮沭新河淮阴闸淮阴区杨庄3000防洪、灌溉淮涟干渠淮涟闸淮阴区杨庄乡110灌溉2.2 调度运行系统现状2.2.1 系统环境及资源分析目前省水利厅100M快速以太网已建成，可到达桌面。与调度运行系统有关计算机：省防办数据库服务器、省水文局数据库服务器、省防办调度运行用微机、新购置的调度运行系统专用服务器等均可联上此网。因此，100M快速以太网的网络环境可供调度运行系统使用。省水文局水雨情数据库已建成，并正常运行。服务器为Sun公司的Unix类计算机，数据库管理系统为Sybase for Unix。此数据库可供调度运行系统调用。省防办工情数据库正在建设，主要存放工情、社经和其它数据。硬件为IBM公司的NT类计算机，数据库管理系统为Oracle for NT。此数据库建成后可供调度运行系统调用。苏北供水局将建设调水工程实时监控工情数据库，数据库服务器放在省防办，选用NT类服务器和Oracle for NT数据库管理系统。此数据库建成后，根据工作需要调度运行系统也可调用其数据。客户端微机，现有若干台P III和P IV 微机，可供系统使用。2.2.2 现有供水调度分析软件工具目前供水调度分析主要使用洪水预报及调度软件和省防汛指挥决策支持系统一期工程的成果。（1）洪泽湖来水预报模型该模型实现淮河（重点洪泽湖以上）的洪水预报及调度。采用VB在Windows环境下开发。（2）沂沭泗水系洪水预报模型该模型实现骆马湖的洪水预报及调度，目前正在开发，采用VB在Windows环境下开发。（3）省防汛指挥决策支持系统一期工程成果省防汛指挥系统一期工程开发了雨水情信息查询系统，分别采用C/S和B/S方式开发。C/S方式下采用VBMapX工具开发，B/S方式下为Web页面方式。2.3 调度运行中存在的主要问题尽管苏北地区已初步建成具有相当规模的联接长江、淮河、沂沭泗河，统筹调度地表水、地下水等多种水源的跨流域调水工程系统，但是目前的运行管理水平仍比较落后，与水利现代化的要求有一定差距，主要表现在以下几个方面：(1) 调度所需信息提供不及时、不全面，无法动态掌握江水北调沿线的水雨情、工情信息，难以根据当时情况变化来对输水工程的调度运行做出及时调整，给科学调度带来一定困难；(2) 缺乏方便、快捷、实用的决策支持手段来辅助决策者进行调度决策；(3) 调度方案制定依赖专业人员的经验因素多，定性分析多，定量指标少，科学性还不够，还不能自动生成或交互生成调度方案；(4) 在日常运行管理中，缺乏科学有效的用水监控手段，造成水量浪费严重；(5) 缺乏处理洪水与蓄水合理调度的有效手段，尚未建立防洪与兴利调度之间相互协调的供水调度模型；(6) 由于缺乏统一规划和设计，已建成的应用系统彼此独立，运行环境和用户界面也风格各异，数据环境自成封闭系统，难以实现综合利用，影响整体效益的发挥。综上所述，目前系统用户单位尚未建立完整的供水调度运行系统，常规调度运行仍主要依靠调度人员的经验；决策人员在进行重大调度决策时缺乏方便、快捷、实用的决策支持手段。目前虽已研制了一些调度模型，但大多分散和局限于某些湖库或河段，来水预报、需水预测、调度方案预分析等尚不能满足调度决策的要求，亟待建立实时水量调配和模拟分析系统，以提高调度决策的科学性和及时性。第三章 需求分析3.1 系统应用需求分析3.1.1 系统应用需求分析系统的应用需求分析主要指为完成供水调度工作的总任务而对系统提出的需求。围绕着供水调度工作的总任务，供水调度部门开展的主要业务工作有：（1）信息查询及数据深加工包括气象、水情、雨情、工情等信息的查询，数据深加工和综合分析，雨水情、工情、旱情等信息的图形化显示或报表检索等。（2）预报预测分析包括来水预报、需水预测、潮位预报、旱情预测和分析等。（3）供水调度辅助管理统计分析各供水区段、各行政区域、各用水单元的实际用水量和各种水源组成，计算其水费总额，对各工程的运行数据进行统计分析，并进行系统运行的财务核算。（4）供水调度决策供水调度的主要任务是依据雨、水、工情及预测预报信息，应主要考虑水源的相互调济，设计多种可行的供水调度方案，并对之进行综合分析，确定合理调度方案。利用信息采集系统获取的信息，借助通信系统和计算机网络系统实现上述供水调度的业务工作就构成了供水工作的非工程措施体系，它是供水工程体系充分发挥作用的必要保证。其中，信息采集是基础，通信系统和计算机网络系统是技术支持和技术保障，调度运行决策支持则是非工程措施的核心。3.1.2 调度运行决策流程调度运行系统主要是立足于现有江水北调的工程基础，根本目的是为大运河沿线的直接供水区的水量分配服务。调度运行系统的信息处理包括如下几个关键环节：(1)了解掌握与调度运行有关的各种信息，包括天气趋势、水雨情、工情、需水情况等；(2)根据掌握的信息对下一时段系统的来水和需水作出预报和预测；(3)拟定系统水量调配的可行方案集；(4)通过模拟分析工具对可行方案集的各种方案进行模拟计算，模拟出各种方案的实施后果；(5)将模拟计算结果提交给在线水流仿真模型进行水流动态过程的仿真预测；(6)进行实况供用水量统计分析，为绩效评估提供依据等。通过上述过程所得到的综合分析结果，包括水量分配和水流过程的仿真结果提交给决策者进行会商分析和评价。通过分析评价，进行必要的方案调整和补充，最后选出满意的方案付诸实施。在方案实施的过程中，再根据具体实施效果以及天气形势、水雨情、工情、需水情况等的发展变化，及时反馈给调度决策者，以便及时进行方案调整。供水调度的决策流程见图3-1。天气形势水雨情信息工情信息需水情况供需水形势发展趋势可利用工程手段需水预测来水预报拟定调度方案集实时水量调配模拟在线水流仿真方案比较评估决策图3-1 供水调度决策流程图3.2 系统的功能需求分析3.2.1 系统建设任务（1）建立实时水量调配模拟模型。该模型将在来水预报和需水预测的基础上，面向江水北调工程系统实时水量动态平衡的要求进行开发，利用该模型对调度方案集的各种方案进行模拟计算，预测各种方案的实施后果。另外调度决策者还可以利用该模型对下一时段系统计划需水量作出评估分析，即根据系统预测需水量，通过模型计算，确定系统当前蓄水量和可调水量能否满足该预测用水量要求。如果该水量超过了系统可以提供的水量，则表明该计划需水量在下一时段难以满足。在此情况下，可以重新安排计划需水量，或制定抗旱水源的应急分配预案。（2）建立在线水流仿真模型。通过水量平衡关系、河网水动力学关系将整个供水系统的相关水利控制工程有机地联系成一个完整系统网络，经模型运行，直观形象地模拟系统中各种情景下的泵站、水闸、湖泊等水利工程运行过程，实现对水位、水量等动态要素的实时过程的描述。仿真系统包括河网在线水流仿真模型和河网在线水质仿真模型，第一阶段先开发河网在线水流仿真模型。（3）建立调度运行系统专用数据库。根据调度运行系统中实时水量调配模拟模型和在线水流仿真模型的需要，建立专用数据库。专用数据库主要包含调度运行系统专用的实时、历史和预测的雨情、水情、工情信息，地理空间数据和属性数据，各类社经数据，模型的运行参数、运行结果等数据；也包括调度运行系统运行过程中所需查询的各种文档资料，如湖库的调度规则、有关政策法规和历史文档、各种图片和照片等。（4）实现系统综合集成。构筑以电子地图、专用数据库、模型作为基本支撑的苏北地区水资源配置监控调度系统的软件运行环境；通过信息查询、辅助管理和分析功能的开发，形成苏北地区供需水形势分析环境；通过调度方案管理和模型集成功能的开发，实现模型与系统的紧密集成，辅以友好的人机界面和人机对话过程，实现调度方案生成、模型运行、运行结果表达、多种调度方案管理等操作功能，有效地支持苏北地区水资源配置调度决策服务。3.2.2 实时水量调配模型（含需水预测）实时水量调配模拟模型主要是根据江水北调工程系统中各湖泊当前蓄水状况，各抽水站和水闸工况条件，在未来一个时段的预报来水和预测需水基础上，通过系统水量平衡做出下一个时段系统各湖泊放水量，抽水站抽水流量，水闸过水流量的安排，同时提供系统实际可供水量。用户对模型开发的需求是：（1）功能要求编制湖泊年调度图。年调度图是指导湖泊调度运行的基本依据。湖泊年调度图是根据历史水雨情资料，现状用水水平或规划用水水平，经长系列调节计算编制的。第一阶段工程主要依靠多年调度经验和实际运行总结，建立系统的模拟模型来进行。在模拟计算的过程中，各年的用水过程应根据来水的丰枯情况不同而应有所不同。年调度图中确定不同时段控制水位的调度线及供水目标。建立一个现状供需水形势分析环境。该分析环境将根据现有水文站网、大运河调水监测系统和防汛指挥系统，以及本项工程建设的信息采集系统提供的实时水、雨、工情监测信息和专用数据库提供的相关数据，运用水文水资源、数理统计、计算机模拟等多学科方法，辅助调度决策者分析和掌握系统的现状形势及未来变化趋势。在此基础上，经过分析归纳，能初拟若干江水北调工程系统水量实时调度方案，包括湖泊、抽水站、水闸的调度运行方式，以及各供水区的分配水量，即调度方案集。建立一个实时水量调配模拟模型。该模型将在来水预报和需水预测的基础上，面向江水北调工程系统实时水量动态平衡分配的调度要求来进行开发，使得调度决策者能利用该模型对上述调度方案集的各种方案进行模拟计算，预测各种方案的实施后果。另外也可以利用该模型对下一时段系统预测需水量做出评估分析，即根据系统预测需水量，通过模拟计算确定系统当前蓄水量和可调水量是否能满足该预测用水量的需求。如果该水量超过了系统可以提供的水量，则表明该预测需水量在下一时段难以满足。在此情况下，可以重新安排预测需水量，或制定抗旱水源的应急分配预案。（2）性能要求系统MTBF20000小时。单个方案模拟时，系统运行时间应小于3分钟。系统设备及软件工作环境要求：符合业主目前所能提供的工作环境。软件应基于Windows操作系统。满足实时模拟需要，能随时进行方案分析计算，所分析计算的数据及时写入数据库。最终推荐的方案应具有显著的合理性和可行性。具有与专用数据库进行输入、输出的相应接口：即能直接从数据库读取模型所需资料。系统运行边界条件参数由用户确立，并以人机对话方式输入或预先置入数据文件。3.2.3 在线水流仿真模型在线水流仿真模型开发要求方法上成熟，理论上先进，达到国际同类模型的先进水平；并具有较高的计算精度和计算速度，以满足实时调度的需要。模型软件开发应满足以下具体要求：（1）功能要求能对抽水方案进行预合理性分析。当实时水量调配模拟模型给出了各闸站的水量（流量）分配及各抽水、来水条件已知时，一维河网模型能据此分析计算各市界交水断面的水位（流量），断面控制工程的水位（流量）过程，各主要闸门和取水口门的水位（流量）过程，以及洪泽湖、骆马湖的水位过程，以确定是否满足预期要求，包括不同瞬时的状况和平均状况（详细的位置及名称见附表）。能为各种水量调配提供比较方案。一维河网模型能根据不同调水方案及相应的抽水、来水和用水情况模拟大运河沿线各断面的水位、流量分布情况，分析其对来水状况的适应程度和供水状况的满足程度，供决策者比选方案。能对沿程分段实况用水及非计划用水作在线与事后评估。根据实测的始端抽水量，市界交水断面水位（流量），各断面控制工程水位（流量），末端的水位（流量），以及各主要闸门和取水口门水位（流量），一维河网模型应对实况用水、计划用水及非计划用水（偷、漏水）进行在线和事后分析估计，并对计划用水进行优化、调整。（2）性能要求在线水流仿真模型提供的水位、流量等要素仿真精度应通过与实测值进行对比，其模拟精度参照招标文件有关要求。每个提交仿真方案，计算时间不得超过5分钟。满足使用简便、易于修改、适应性广的要求。具有与专用数据库进行输入、输出的相应接口：即能直接从数据库读取模型所需资料；系统运行边界条件参数由用户确立，并以人机对话方式输入或预先置入数据文件。具有自调整能力。实时调度过程中，模型能根据实测资料自动调整计算。本水力模拟模型要考虑在此基础上开发水质模拟模型。本输水干线一维水力模型能与今后开发湖泊二维水力模型相衔接。3.2.4 专用数据库（1）开发原则专用数据库的开发应充分利用江苏省防汛指挥系统综合数据库建设的成果，密切结合江苏省水利信息化建设，按照充分继承、适当改进的原则，直接利用已建成的水文数据库、防汛数据库、江苏省防汛指挥决策支持系统数据库等已有成果，并根据调度运行系统的实际需要，进行补充和完善。满足：一致性原则专用数据库的开发要与国家防汛指挥系统保持一致；与江苏省水利信息化建设保持一致；标准化原则专用数据库设计时要按照数据库设计规范，尽量遵循国际标准、国家标准以及行业标准：在有国际标准、国家标准或行业标准的情况下采用标准代码；没有标准代码，但有通用习惯符的情况下采用通用习惯符；既没有标准代码，又没有通用习惯符的情况下自编代码，自编代码应满足稳定性、可扩充性、通用性和易读性原则进行编码。开放性原则为了对系统进行修改、补充和不断完善，应采用开放式的结构设计，使系统在具有可扩充性的软硬件环境下，能在运行过程中不断地添加新的操作功能和加入新的信息。实用性与先进性并重原则根据系统的实际情况和应用特点，遵循数据库设计的一般原则，采用的技术方案既要考虑技术的先进性，又必须按照实用性原则考虑技术的成熟性，做到先进性与实用性并重。继承与改进原则在充分集成现有数据库建设成果的基础上，进行补充、完善、改进、提高，以满足系统实际应用的需要。表结构设计的原则是：充分利用江苏省防汛指挥系统综合数据库的成果，直接利用相同内容的库表结构；对没有包含在江苏防汛指挥系统中的数据库表，尽可能遵循国家防总及水利部制定的规范和指南，根据本系统的实际需要，进行库表结构设计。（2）开发内容专用数据库是苏北地区水资源配置监控调度系统工程调度运行系统的信息支撑模块，主要是为调度运行系统的两个核心模型实时水量调配模型和在线水流仿真模型提供数据支撑。建立专用数据库主要是由于调度运行系统中有大量专用的数据，例如模型所需基本资料、参数、率定和检验数据集、中间结果、最终计算成果、模型本身的管理数据等，需要专用数据库对此实施行之有效的管理；同时避免频繁从网络服务器中读取模型所需的大量实时数据和其他数据，以避免长时间占用网络通道和影响数据提取速度。专用数据库主要包含调度运行系统专用的实时、历史和预测的雨情、水情、工情信息，地理空间数据和属性数据，各类社经数据，模型的运行参数、运行结果等数据；也包括调度运行系统运行过程中所需查询的各种文档资料，如湖库的调度规则、有关政策法规和历史文档、各种图片和照片等。实时雨水情数据从省水文局实时雨水情报汛数据库或遥测数据库中提取，工情数据库的设计必须满足国家防洪工程数据库和江苏省水利基础数据库的要求，并考虑与江苏省水利基础数据库进行数据交换的要求。专用数据库要实现对上述各类信息的有效管理和数据更新，建立与综合数据库的有机联系，并定时和随时从综合数据库系统提取调度运行系统运行所需的数据，实现专用数据库的动态和实时更新。专用数据库预期成果包括建成：雨水情站点考证资料库；雨水情预报信息库；工程信息库：河流、湖库、泵站、水闸、口门、实时工程信息（泵站、水闸）；水质信息库；社会经济信息库；用水量信息库；工程经济运行数据库；旱情旱灾信息库；超文本库；图形库；计算成果库。3.2.5 系统综合集成（1）开发原则为了更好地支持苏北地区水资源调度运行决策，充分发挥模型的作用，采用或开发先进而适用的软硬件技术，遵循系统开发在方便实用前提下力求先进的总原则，并且要求系统操作方便快捷，信息表达形象直观。操作的方便性和灵活性系统将实现在友好人机界面下的模型集成。将支持鼠标操作和键盘操作，调度方案生成、模型选择、模型参数设置、模型运行等大部分操作功能只需利用鼠标的左右键操作即可完成，必要的数据输入等功能，用鼠标与键盘相结合的方法实现，并提供常用功能的快速反应键。同时要求系统整体结构清晰，系统界面简明直观，系统使用手册等文档详尽明了。信息表达形象直观信息表达的直观和形象化，向来是信息系统建设所追求的目标。系统将采用图形用户界面(GUI，Graphics User Interface)技术进行人机交互界面的开发。图形用户界面技术的核心是以菜单、图形、图标等形象化的界面元素来表示相应的信息，操作可以通过鼠标点取来完成。传统的模型运行一般是采用字符屏幕人机对话形式，而图形用户界面技术与字符屏幕最大的区别在于信息表达更为直观形象，便于用户理解与比较，操作更为方便快捷。系统开发采用Windows软件环境，能很好地进行图形用户界面技术的开发，反映在以下几个方面：采用分层、分级的苏北地区的电子地图和江水北调系统概化图作为系统的基本工作界面。采用多窗口技术，实现多种信息的复合表达。面向图形操作，即实现基于地理空间位置的分布式信息查询与指令操作。以图形方式表达各种数据。基于图形的分布式的数据及图形显示。基于图形的浮动式菜单。系统的可扩充性在开发工具、软硬件环境选择、程序设计方法等方面，切实做到系统的可扩充性。即在第一阶段第一步工作的基础上，系统可以不断地进行扩充和完善。能增加新的信息，完善、改进和增加各项操作功能。将采用面向对象的程序设计方法。在目前情况下这种方法是最适合于系统不断扩充的。良好的集成性通过模型的集成、数据的集成、各种处理功能的集成，使系统具有良好的集成性，数据调用处理和各种功能实现平滑过渡，二个模型和系统界面控制程序之间的接口平滑过渡。系统的高效率运行在系统的软硬件环境选择及开发设计过程中，将选择运行及开发效率高的开发工具，采用能决速运行的程序设计方法，使信息查询、检索、图形缩放、分层显示等功能操作尽可能在接近实时的方式下完成。技术上的先进性针对系统的具体需要，选择先进而适用的软硬件技术，采用符合主流技术发展方向的技术方案，来设计和开发系统的各类软件。保密性（2）开发内容系统开发成果包括二部分内容：基于C/S方式的人机交互式调度平台及信息查询功能开发，将采用控件类GIS软件和可视化开发工具进行系统的开发；基于WebGIS技术的B/S方式信息查询功能开发，将采用WebGIS工具软件进行系统开发。综合集成系统由五个模块组成：调度方案管理与模型集成模块。该模块将实现模型与系统的集成、多个调度方案的生成、模型的调用运行、方案的评估等功能。信息查询显示模块。根据苏北地区供需水形势分析的需要，定制信息查询界面，使调度决策者尽快和更好地掌握和分析苏北地区水资源系统的现状形势及未来变化趋势。信息辅助管理功能模块。该模块能统计分析各单元的实际用水量和不同的水源组成，统计其水费总额，并通过工程运行数据的统计分析，对系统运行进行财务核算。本功能的开发将由业主提供统计方法及财务核算方法。基于1：25万电子地图的分布式处理模块。该模块将以苏北地区水资源系统电子地图和调水系统的概化图为背景，实现图形操作（电子地图的缩放、漫游、开窗、分层分级显示、配色设定等）、地理位置空间分布式信息查询、空间分布式信息表达等三方面的功能。模型运行结果后处理显示模块。该模块将对模型的多种运行结果，分别以数据表、过程线、柱状图、圆饼图、水面线等简明、直观、现象的方式进行显示表达。3.3 信息需求与流程苏北地区水资源配置监控调度系统工程调度运行系统所涉及信息包括水雨情信息、水资源信息、工情信息、旱情信息、自然地理信息、社会经济信息、超文本信息和调度运行信息。3.3.1 信息需求（1）水雨情信息包括河道水情信息、闸坝水情信息、泵站水情信息、水库水情信息、河道多日平均值、水库多日平均值、实时雨量、旬月降雨量、蒸发量、水文要素特征等。（2）水资源信息包括工业用水、农业用水、城镇生活用水、水资源开发利用、取水管理以及有关地理信息。取水管理涉及用水户概况、取水工程、取水情况、取水申请管理等。地理信息涉及用水户分布、取水口等的空间位置等。（3）工情信息工情信息包括有：河流、水库、湖泊、水闸、泵站和船闸等的基本属性信息及实时运行工况等相关信息。河流基本情况主要包括长度、水位、设计流量、断面参数、糙率、行水比降等。水库基本情况涉及集水面积、库容曲线、设计标准、水文特征、大坝情况、溢洪方式等。湖泊基本情况涉及范围、面积、人口、耕地、水位特征值、进出湖水系、堤防情况、建筑物口门等。水闸基本情况涉及工程等级、设计情况、水闸指标参数、工程建设情况等。泵站基本情况涉及机组情况、建设情况、加固改造等。（4）旱情信息主要涵盖受旱情况、抗旱行动情况、旱灾及抗旱效益、抗旱服务组织、抗旱能力及效益等。（5）自然地理信息自然地理信息包括流域水系信息、水文气象特征信息（各类等值线图）、地形信息（包括地理空间数据、地理属性数据、数字高程等，如流域区域分级地形图；河道、湖区、库区地形图）等。（6）社会经济信息社会经济信息包括基本信息（面积、人口、GDP、工农业总产值），城镇及重要设施信息、生产信息（农业：耕地面积、灌溉面积、主要作物播种面积；工业生产信息），资产信息等。（7）超文本信息超文本信息包括图形、图像、文本等非结构化信息资料。（8）调度运行信息包括预报类数据、运行数据、成果数据等。预报数据：来水预报、需水预测模型的预报、预测结果。模型数据：调度运行系统模型生成的数据，主要包括各类参数数据、条件数据、率定和检验数据集、中间结果，最终计算结果。成果数据：调度运行系统生成的计算方案和决策方案集。3.3.2 信息流程及信息量估算（1）信息流程调度运行系统从苏北地区水资源配置监控调度系统工程综合数据库获取调度运行系统日常运行所需数据，并将其存入专用数据库。调度运行系统运行时从专用数据库中获取实时的、历史的和预测的雨情、水情、工情信息以及地理空间数据和属性数据、各类社经数据，模型运行参数等数据，同时将调度运行系统生成的计算方案和决策方案集存入专用数据库以供调度决策时使用。外部信息流程外部信息流程是：由信息采集系统、运行监控系统采集数据，通过通信传输系统、计算机网络系统存储于综合数据库, 以供其它系统调用。 内部信息流程调度运行系统内部，各模型和功能模块的数据交换通过专用数据库来实现。根据调度运行系统对水情信息类数据的要求与水情数据库建立有机联系，从中提取所需的数据以供调度运行系统使用。数据流程见图3-2。图3-2 信息流程示意图（2）信息量估算（信息量估算汇总表）调度运行系统信息量的估算考虑年运行的最大可能信息量，主要包括以下几个方面： 水雨情信息量实时水雨情数据包括从苏北地区水资源配置监控调度系统工程范围之内已建采集点和苏北地区水资源配置监控调度系统工程第一阶段规划采集点获取的数据。运河沿线的水情监测已有40个常规水文站，已建大运河调水监测系统在本系统范围内的45个遥测站，徐州示范区属于本系统范围的7个遥测站，总计238个采集点；苏北地区水资源配置监控调度系统工程第一阶段新增122个遥测站226个水雨情采集点，两者合计采集点总数为464个。对水文站，汛期（5月1日至9月30日）按每日24段次，非汛期按4段次，每份报文长度以80 个字节计算，其实时水雨情年信息总量为：80（Byte）40（个）24（次）153（天）80（Byte）40（个）4（次）213（天）14.47（MB）。对遥测站水雨情自