黄河下游洪水风险图管理信息平台建设与研究2008

黄河下游洪水风险图管理信息平台建设与研究

李 燕,李永文,史学建

1,2

3

4

(11南京大学地理与海洋科学学院,江苏南京 210093;21水利部黄河水利委员会信息中心,河南郑州 450004;31河南大学环境与规划学院,河南开封 475001;41水利部黄河水利科学研究院,河南郑州 450003)摘 要:黄河下游洪水风险图管理信息平台的开发以模型库、知识库和数据仓库为基础,采用了J2EE三层框架结构和中间件技术,结合MVC设计模式及各种中间件服务并基于网络共享的分布式数

据服务体系,对黄河下游滩区、东平湖蓄滞洪区、黄河堤防济南段、济南市城市洪水风险图4个应用系统的各项功能进行了集成。该平台可以方便地对水文气象、工情信息、洪水灾害、防汛管理等进行查询,同时应用洪水仿真、损失评估等模型模拟出不同洪水频率下最大可能淹没范围、淹没水深、流速并实现洪灾损失评估、迁安救护决策支持等功能。

关键词:洪水;风险图;管理信息平台;风险分析;黄河下游

中图分类号:TV877 文献标识码:

B 文章编号:

1000-0860(2009)02-0050-04

ResearchanddevelopmentofFloodRiskMappingManagementInformationPlatformoflowerYellowRiver

LIYan,LIYong-wen,SHIXue-jian

1,2

3

4

(11SchoolofGeographicandOceanographicSciences,NanjingUniversity,Nanjing 210093,Jiangsu,China;

21InformationCenterofYellowRiverConservancyCommissionofMinistryofWaterResources,Zhengzhou 450004,Henan,China;31CollegeofEnvironment&Planning,HenanUniversity,Kaifeng 475001,Henan,China;41YellowRiverInstituteofHydraulic

Research,YellowRiverConservancyCommissionofMinistryofWaterResources,Zhengzhou 450003,Henan,China)Abstract:Basedonmodelbase,knowledgebaseanddatawarehouse,theFloodRiskMappingManagementInformationPlatformofthelowerYellowRiverisdevelopedwithapplicationof3-tierarchitectureofJ2EEandmid-waretechniqueincombinationwithMVCdesignpatternandallthemid-wareservicesconcernedonthebasisofthenetsharebaseddistributeddataservicesystem1ThesystemisintegratedwithallthefunctionsofthefourappliedsystemsofthefloodriskmappinginformationoffloodplainofthelowerYellowRiver,thefloodstorageanddetentionareaofDongpinghuLake,JinansectionoftheYellowRiverDikeandJinanCity1Withthisplatform,thedataofthehydrologyandmeteorology,informationfromrelevantfloodcontrolprojects,floodhazardandfloodcontrolmanagementcanbeconvenientlyenquired,meanwhile,alltheprobablemaximuminundatedarea,loss,safetyandrescuedecision-makingsupportingetc1canberealizedaswell1

Keywords:flood;riskmap;managementinformationplatform;riskanalysis;lowerYellowRiver

inundated

depth,flowvelocityundervariousfloodfrequenciescanbesimulatedwithfloodsimulationandlossassessment,andtheflood

1 引 言

洪水风险图是洪水风险区各处洪水灾害的危险程

[1]

度平面标示图,它是进行洪水灾害分析与风险管理的重要工具和手段。自20世纪80年代以来,我国在一些流域的蓄滞洪区和某些城市先后绘制了洪水风险图。同时,防洪减灾的策略也从洪水控制向洪水管

50理转变,树立了人与洪水和谐相处的治水新理念。为了减少洪灾损失、增强人们的洪水风险意识,并且为 收稿日期:

2008-05-13

自然科学研究计划项目(2008A170001)资助。

作者简介:李 燕(1973)),男,工程师,博士研究生。

WaterResourcesandHydropowerEngineeringVol140No12

基金项目:国家科技支撑计划项目(2006BAB06B601)和河南省教育厅

李 燕,等M黄河下游洪水风险图管理信息平台建设与研究

图1 管理信息平台功能集成框架

防汛部门实施防洪调度、抢险救灾、迁安救护提供决策支持和制定科学合理的防洪减灾对策,开发建设了以黄河下游滩区、东平湖、黄河堤防济南段、济南市为4个试点区域的黄河下游洪水风险图管理平台。

间件和商业应用服务器等构成的应用服务平台的设计开发,为4个试点区域洪水风险图应用系统提供开发技术支撑平台和运行环境,实现和基础设施平台的有效沟通,开发建设统一的黄河下游洪水风险图管理信息平台。其总体架构如图2所示。

2 总体架构

211 管理信息平台功能

黄河下游洪水风险图管理平台包括黄河下游滩区、东平湖蓄滞洪区、黄河下游堤防济南段、济南市4个区域的洪水风险图系统,具有基础地理信息查询、风险图信息管理和风险专题信息生成等功能。以遥感影像为底图,以行政区划图、系统中涉及到的各种水文信息、工程信息、区域基础资料信息以及历史信息等做成可管理的地理信息图层,制作成洪水特征图,并实现查看全图、放大、缩小、漫游、标注、点图查询、定位等功能。结合遥感影像底图、GPS技术和电子地图,展示计算结果,比较直观生动,并可迅速地采集到最新数据信息,便于决策者和用户尽快获得需要的信息。其集成功能如图1所示。212 总体架构

管理信息平台设计开发采用J2EE/XML框架结构,结合MVC开发模式,依托/数字黄河0工程总体框架

[2]

图2 管理信息平台总体架构

,在数据存储管理平台的基础上建设数据仓

库、模型库和知识库,同时通过建立标准的分布式对象互操作机制和框架,实现信息及服务有序共享。采用系统分析、模型耦合、模拟仿真等技术,通过对洪水风险图应用服务器、公共服务中间件、业务服务中

水利水电技术 第40卷 2009年第2期

(1)展现层。展现层利用用户图形界面提供用户交互界面,用于完成接收用户的输入,利用JSP/Sev-erlet实现展现数据。展现层通过应用生成的接口(包括门户、配置、应用开发3种方式)访问应用服务平台,应用生成是基于应用服务平台的应用系统开发方

51

李 燕,等M黄河下游洪水风险图管理信息平台建设与研究

法集。门户和配置是使用应用服务平台的服务资源进行搭建洪水风险图管理信息平台。

(2)中间层。中间层由应用服务器、中间件、模型库、知识库和数据仓库等组成。通过标准的互操作协议,相互关联,协同工作,共同支撑业务应用的实现。其中公共服务中间件包括数据服务、数据交换服务和地图服务等中间件。数据服务由数据管理服务和数据访问服务组成。数据管理服务实现对数据分类管理、数据标准管理、数据更新与维护管理、用户权限管理、外部数据接口管理等功能。所有的数据交换标准定义信息,均以XML结构记录,并提供数据交换标准定义/维护工具;数据访问服务通过对分布式数据库中存贮的数据进行加工、处理,提供包括气象、水情、工情、险情、基础地理数据等信息的交换、访问和显示等服务,来满足应用层各系统的需要。

数据交换服务通过建立统一的数据传递机制、统一的数据接口标准和统一的数据交换格式,以实现不同应用系统间统一的数据交换与共享。它是建立在WebService构架之上,交换的数据格式和数据本身都采用XML进行描述,对元数据采用XMLDTD或XMLSCHEMA进行描述,实现信息的高度共享,保证了数据交换的透明、简便、可靠、安全。

地图服务中间件具有空间属性的信息查询和分析、信息发布等功能,如各种比例尺度下的电子地图图层管理和地图集自动漫游,电子地图的缩小、放大,基于各种空间地物的查询和简单图表形式的统计分析等。

业务支撑服务为一个和多个具体应用系统直接提供支撑服务,达到软件最大程度复用的目的。主要包括各应用系统业务应用服务、工作流服务。业务应用服务是包括各种业务应用服务的中间件,它是在公共服务中间件的基础上开发的可复用软件体。同时,通过应用服务器将服务平台上的各业务服务中间件组成相关的业务逻辑,通过一定方式(如门户)组合并分布在应用服务器上,以满足洪水风险图管理信息平台需要。工作流服务可以使用户根据不同的业务流程定义相应的服务,它将各类迁安救护和防汛业务应用构建成统一的、集成的一体化系统,以满足全面管理、信息综合、业务协同、流程连贯的防汛决策整体需要,定制实现符合洪水风险图管理业务的工作流程。

(3)数据层。数据层主要是处理各类数据信息从数据采集到数据处理、存储的过程,是应用系统建设

52的基础。形成以黄河数据中心为主中心,以水文局、河南局、山东局、水资源保护局、水科院等为数据分中心的数据存储管理体系。在数据库系统的基础上,一方面,按不同的主题构建数据仓库,在模型和规则的指导下通过数据挖掘,对知识库进行补充;另一方面,通过以数据共享服务为特征的数据存取接口为应用服务提供支持,同时,还为业务模型提供管理服务。

数据层通过JDBC和XML二种方式与中间层连接,JDBC是利用JDBC提供标准接口模型和使用已有的SQL标准及其支持与其他数据库连接标准之间的桥接,访问后台数据库;而XML则是利用公共服务中间件屏蔽访问处于不同空间位置、异构平台上的数据,将异源关系数据库中的数据转换成XML方式,为上层的管理和服务提供透明的访问平台,实现应用上的集成。

3 洪水风险分析技术

管理信息平台利用黄河二维非恒定流泥沙数据模型的水文水力学法来进行洪水风险特性的分析,模型的计算网格采用无结构三角形和四边形网格,计算方法是利用有限体积法,其基本状态变量的布置方式是在网格的中心计算水深与底高的冲淤变化,在网格周边通道上计算垂向平均单宽流量

[3~4]

。

(1)淹没水深分布。通过将洪水水面概化为无数个小的平面连接体,利用各向异性的空间插值技术,得到连续性的水面高程。对其淹没水面高程信息的提取利用遥感解译的水陆边界线与地面高精度地形信息复合来解决,注意提取水陆边界线需要人工干预,同时应尽量避开突变线或人工建筑物的影响。河流的主流线为表面插值控制方向,采用最邻近分析和插值方法来获取水面高程和横断面线,然后根据横断面线所控制的方向和水面高程采样进行插值,再和DEM复合获取淹没水深分布。

(2)洪水演进模拟。把DEM数据、水文数据和土地利用数据等输入到模型的数据前处理模块,在数据前处理模块中对DEM数据进行编码,把根据土地利用数据确定出的糙率系数赋给对应的网格单元,根据水文数据确定初值条件,同时设定模型计算区域入口处的空间位置、进水方向,最后生成洪水演进模型计算的初始文件,在模型计算时直接输入进行洪水演进模拟。

(3)洪灾损失评估。洪灾损失评估时,使用洪水

(下转第56页)

水利水电技术 第40卷 2009年第2期

陈革强,等M提高东苕溪防洪能力及河道治理分析研究

清在瓶窑水位915m时决口分洪,余杭和瓶窑的水位见图3(b)。除永建以外的分蓄洪区全部启用后,方能使得余杭和瓶窑水位控制在安全范围以内。

的中下游圩区将逐步溃决。

与上述的计算结果相对照可以看到,经过扩宽以后流域的防洪能力有了较大提高,原来20年一遇洪水需要4个圩区倒堤进水分洪,现有状况则只需使用南、北湖两个常备蓄滞洪区即可控制,50年一遇洪水下配合个别圩区使用亦可防范,在原有条件下不可防御的100年一遇洪水在拓宽后通过所有圩区配合即可抵御。因此,通济桥的拓宽整治工程起到了明显的效果,极大地减少了阻水作用并提高了过流能力,进而提高了流域的防洪标准。

图3 100年一遇洪水的水位过程线

参考文献:

[1] 东苕溪流域防洪实时优化决策支持系统研发报告[R]1中国水

利水电科学研究院,

20071

4 结 论

东苕溪流域在通济桥扩宽以前,原有的防洪标准是:5年一遇洪水,北湖需分洪,若是台风型暴雨洪峰流量大,中苕溪上潘板等圩区要决堤。10~20年一遇洪水,中、北苕溪洪水大,控制性工程少,除启用南湖、北湖外,潘板、长乐、张堰等圩区都要决堤。50年一遇洪水,所有分滞洪区都需启用,且东苕溪左岸圩堤将不同程度溃决,西险大塘及德清以下东大堤全线高水位运行。100年一遇洪水,青山、对河口等水库将全部超过各自防洪高水位,东苕溪干流

[2] 提高流域整体防洪标准降低洪水风险的对策及效果评价(全国

防洪规划防洪标准与洪水风险研究课题99-03-04专题)[R]1中国水利水电科学研究院,

20001

[3] 我国防洪减灾战略的再研究(水利部科技创新计划项目)[R]1

中国水利水电科学研究院防洪减灾研究所,20021

[4] 苕溪流域综合规划报告(送审稿)[R]1浙江省水利水电勘测设

计院,19991

[5] 刘树坤,宋玉山,程晓陶,等1黄河滩区及分滞洪区风险分析

和减灾对策[M]1郑州:黄河水利出版社,19991

(责任编辑 聂建平)

(上接第52页)

有重要的实用价值:既保证了洪水灾情快速、准确、连续、动态监测与评估,又能利用网络集成环境下的基于元数据交换技术,提高信息共享效率与信息服务质量;还为迁安救护方案制定提供快速支持,在实时洪水分析中,根据实时水情和预测信息,利用洪水风险图管理平台能够综合多种因素进行洪水风险分析,显示分析洪水的影响范围、水深分布、流速及洪水到达时间等以及可能造成的损失,并可进行的迁安救护预案分析,从而为为迁安救护提供决策支持。参考文献:

[1] 张 旭,程晓陶,等1关于全国推广洪水风险图的认识与设想

[J]1自然灾害学报,1997,人民黄河,

6(4):

61-671

[2] 娄渊清,马 晓,滕 阳1/数字黄河0工程的总体框架[J]1

模拟演进计算网格作为洪水特性网格,利用社会经济

的空间展布方法,来解决社会经济统计数据在空间上分布的合理性问题。对于社会经济数据与空间信息格网的空间匹配问题,可以通过空间位置分析,得出该网格在空间位置上属于哪一个社会经济数据的展布单元以及洪水特性单元,然后通过单元土地类型代码判断所具有的社会经济指标种类,根据行政单元代码与空间展布社会经济数据库关联,来获得社会经济指标的密度信息,再通过单元面积计算得到单元上各社会经济指标的具体数值,最后根据洪水特性信息和洪灾损失率或由数据库获得对应的资产或农业损失率,从而计算出单元的损失值。

4 结论与讨论

黄河下游洪水风险图管理平台是进行防洪减灾非工程措施研究的一个重要组成部分,它是基于风险概念的非工程措施的主要内容之一,也是进行基于管理科学的非工程措施设计的基础依据。它的开发建设具

562003,25(8):5-61

26(9):14-171

18-211

[3] 韦春霞,张永祥,陈景秋1溃坝洪水的二维算子分裂)特征线

模拟[J]1重庆大学学报,2003,(自然科学版),2005,

33(1):

[4] 李光炽1流域洪水模拟通用模型结构研究[J]1河海大学学报

(责任编辑 聂建平)

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