張榮國 郭樹芳

摘要黃河治理與開發(fā)進入了科技信息化、數(shù)字化的新時期。以“數(shù)字黃河”概念為指導(dǎo),充分吸收當(dāng)今世界先進成熟的理論和技術(shù),對治黃工作的信息化建設(shè)進行統(tǒng)一規(guī)劃、設(shè)計和開發(fā)部署是治黃通往現(xiàn)代化的必由之路。在此,筆者就“數(shù)字黃河”在治黃工作中的作用談一點認識。

關(guān)鍵詞數(shù)字黃河治黃工作作用

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1 “數(shù)字黃河”的科學(xué)含義

1.1 “數(shù)字黃河”的含義

“數(shù)字黃河”的原理是借助全數(shù)字?jǐn)z影測量、遙測、遙感、地理信息系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)等現(xiàn)代化手段及傳統(tǒng)手段采集基礎(chǔ)數(shù)據(jù),對黃河流域及其相關(guān)地區(qū)的自然、經(jīng)濟、社會等要素構(gòu)建一體化的數(shù)字集成平臺和虛擬環(huán)境,在這一平臺和環(huán)境中,以功能強大的應(yīng)用軟件系統(tǒng)與數(shù)學(xué)模型對黃河治理開發(fā)和管理的各種方案進行模擬、分析和研究,并在可視化的條件下提供決策支持,增強決策的科學(xué)性和預(yù)見性。

簡單地說,“數(shù)字黃河”就是“原型黃河”的虛擬對照體,即通過全數(shù)字化數(shù)據(jù)庫平臺的構(gòu)建,建立黃河流域及其相關(guān)地區(qū)的數(shù)字化(虛擬)研究環(huán)境,通過數(shù)學(xué)模擬系統(tǒng)對黃河治理開發(fā)和管理的各種方案進行模擬、分析和研究。

1.2 “三條黃河”建設(shè)

新時期科技治河體系的核心是“三條黃河”建設(shè),即“原型黃河”、“數(shù)字黃河”和“模型黃河”。

“三條黃河”相互關(guān)聯(lián)、互為作用,共同構(gòu)成了支持黃河治理開發(fā)與管理的科學(xué)決策場。在實際應(yīng)用中,通過對“原型黃河”的研究,提出黃河治理開發(fā)與管理的各種需求;利用“數(shù)字黃河”對黃河治理開發(fā)方案進行計算機模擬,提出若干可能方案或預(yù)案;利用“模型黃河”對“數(shù)字黃河”提出的可能方案或預(yù)案進行試驗,進行修改和完善,提出可行方案或預(yù)案;最后將所選方案或預(yù)案在“原型黃河”布置或?qū)嵤?經(jīng)過“原型黃河”實踐,逐步調(diào)整、優(yōu)化,以保障治理開發(fā)方案的技術(shù)先進、經(jīng)濟合理、安全有效和可持續(xù)發(fā)展。

2 “數(shù)字黃河”在治黃工作中的應(yīng)用

如前所述,“數(shù)字黃河”是原型黃河的虛擬對照體,是計算機和網(wǎng)絡(luò)中的黃河。那么,流域中與黃河相關(guān)的重大自然事件和人類活動都應(yīng)按一定的時空尺度反映在“數(shù)字黃河”之中。同時,“數(shù)字黃河”也必須為預(yù)測管理黃河的重大自然事件、規(guī)范并優(yōu)化人類影響河流的活動、進而建立和諧的社會與河流的關(guān)系提供科技支持。為此,“數(shù)字黃河”應(yīng)當(dāng)解決治黃應(yīng)用與相關(guān)科學(xué)技術(shù)幾方面的問題。

2.1 水文氣象與水情預(yù)報

水文氣象情報預(yù)報已經(jīng)由傳統(tǒng)的僅為防汛減災(zāi)提供服務(wù)擴展為防汛、水資源管理和調(diào)度、水資源保護和監(jiān)測、調(diào)水調(diào)沙等重大治黃實踐提供決策依據(jù),“數(shù)字黃河”其主要任務(wù)是接收處理各類氣象、水情信息,制作和發(fā)布氣象預(yù)報和水文預(yù)報,為指導(dǎo)治黃決策提供依據(jù)。

2.2 防凌防汛與減災(zāi)

防汛減災(zāi)的核心是對洪水資源實施調(diào)度與管理,將其對人類造成的損失減少到最低程度?！皵?shù)字黃河”必須能模擬預(yù)測洪水泥沙演進和洪水致災(zāi)情況、優(yōu)化水庫及相關(guān)工程的聯(lián)合調(diào)度運用方案,為防汛減災(zāi)提供科學(xué)高效的支持。

2.3 水資源管理與調(diào)度

黃河水資源的統(tǒng)一管理與調(diào)度其核心是根據(jù)黃河水資源動態(tài)情況,優(yōu)化確定黃河水資源在不同時空的配水方案,實施水資源的精細調(diào)度?！皵?shù)字黃河”能模擬黃河水資源的狀態(tài)、黃河流域及相關(guān)地區(qū)典型的需水和用水情況,能夠動態(tài)編制、管理和模擬水資源配置與調(diào)度的不同方案,同時能夠監(jiān)視水資源的調(diào)度情況并進行適時控制。

2.4 水資源保護與預(yù)測

黃河水資源保護工作的核心任務(wù)是對水質(zhì)、水環(huán)境進行監(jiān)測、監(jiān)督和分析評價?！皵?shù)字黃河”必須能夠及時采集大量的水質(zhì)、水環(huán)境數(shù)據(jù),在此基礎(chǔ)上對其狀態(tài)進行模擬、評價;能夠計算模擬不同時空黃河水環(huán)境的承載情況以及納污情況,并對水資源的變化進行模擬預(yù)警預(yù)報。

2.5 水土保持生態(tài)環(huán)境監(jiān)測與治理

黃河流域水土保持生態(tài)環(huán)境監(jiān)測旨在通過相對完善的監(jiān)測網(wǎng)絡(luò),為水土保持規(guī)劃提供支持,對各類水土保持措施進行評價分析?！皵?shù)字黃河”必須建立相對完善的水土保持監(jiān)測網(wǎng)絡(luò),采集水土流失的基本數(shù)據(jù),準(zhǔn)確掌握關(guān)于流域內(nèi)特別是黃土高原的水土流失、生態(tài)環(huán)境信息。

2.6 水沙、水環(huán)境變化規(guī)律研究與整治

為使“數(shù)字黃河”能夠模擬仿真“原型黃河”的水沙過程和現(xiàn)象,必須研發(fā)一系列反映機理的數(shù)學(xué)模型,運用“數(shù)字黃河”和“模型黃河”提出的方案或預(yù)案進行黃河治理試驗、修改和完善,提供可行方案或預(yù)案;最后將所選方案或預(yù)案在“原型黃河”布置或?qū)嵤?/p>

綜上所述,加強“三條黃河”建設(shè),促進“數(shù)字黃河”在治黃工作中的應(yīng)用,就必須逐步調(diào)整和優(yōu)化科技治河理念,以保障治理開發(fā)方案的技術(shù)先進、經(jīng)濟合理、安全有效和可持續(xù)發(fā)展。從而使黃河除害興利、造福人民、長治久安,真正使“數(shù)字黃河”在治黃工作的應(yīng)用實踐中發(fā)揮越來越重要的作用,實現(xiàn)科技治河、人水和諧的治黃工作新局面。