黃河數(shù)學(xué)模擬系統(tǒng)建設(shè)問題的思考（翟家瑞）

第22頁共22頁黃河數(shù)學(xué)模擬系統(tǒng)建設(shè)問題的思考（翟家瑞）數(shù)學(xué)模擬系統(tǒng)是“數(shù)字黃河”工程的核心，是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代治黃工作的一種有效工具。只有通過數(shù)學(xué)模型對黃河治理開發(fā)與管理的各種方案進(jìn)行模擬、分析^p和研究，預(yù)先提出各種方案的可能風(fēng)險與結(jié)果，才能使治黃的決策更具有科學(xué)性和預(yù)見性。黃委數(shù)學(xué)模擬系統(tǒng)建設(shè)回顧幾十年來，隨著中國改革開放的進(jìn)程和計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，黃委在使用計(jì)算機(jī)軟件處理治黃問題方面，尤其是對數(shù)學(xué)模型的研究、開發(fā)與引進(jìn)方面做了大量而卓有成效的工作，取得了令人欣喜的成績。20世紀(jì)80年代初，黃委就利用聯(lián)合國開發(fā)計(jì)劃署援款建設(shè)“黃河三花間實(shí)時遙測洪水預(yù)報系統(tǒng)”，研制伊河陸渾示范區(qū)產(chǎn)匯流預(yù)報模型，并引進(jìn)美國國家天氣局河流預(yù)報系統(tǒng)（NWSRFS）。后來，先后與國際合作或通過國家科技攻關(guān)等課題，先后研發(fā)了黃河下游防洪減災(zāi)系統(tǒng)、三花間暴雨洪水預(yù)警預(yù)報系統(tǒng)、黃河中下游洪水聯(lián)合調(diào)度模型、黃河下游河道水沙運(yùn)動仿真模型、黃河下游冰凌數(shù)學(xué)模型、黃河中游的支流降雨產(chǎn)流產(chǎn)沙模型等。20__年7月25日黃委黨組正式提出建設(shè)“數(shù)字黃河”工程。而后，針對黃河上實(shí)際情況，總結(jié)了黃河上多年應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)建設(shè)特點(diǎn)，通過深入的調(diào)研和需求分析^p，明確了“數(shù)字黃河”工程建設(shè)的目標(biāo)、任務(wù)和原則，編制了“數(shù)字黃河”工程規(guī)劃，頒布了一大批“數(shù)字黃河”工程建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)、辦法與規(guī)章制度，規(guī)范了“數(shù)字黃河”工程的建設(shè)與管理。幾年來，黃委的信息化建設(shè)取得了長足發(fā)展。自主研發(fā)了“基于GIS的黃河下游二維水沙數(shù)學(xué)模型”，完成了基于分布式水文模型的“小花間暴雨洪水預(yù)警預(yù)報系統(tǒng)”建設(shè)，先后完善和開發(fā)了大量的氣象預(yù)報、流域產(chǎn)流產(chǎn)沙、洪水預(yù)報、冰情預(yù)報、河道水沙演進(jìn)、水庫調(diào)度等模型，形成了一個基本覆蓋了黃河各個應(yīng)用領(lǐng)域的數(shù)學(xué)模擬系統(tǒng)。當(dāng)前，黃河上模型存在的主要問題有：系統(tǒng)多而雜、標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，平臺不一致、通用性能差，前后處理功能差，實(shí)時預(yù)報精度和校正能力較差。針對黃河數(shù)學(xué)模擬系統(tǒng)的現(xiàn)狀與未來發(fā)展，黃委為了加快“三條黃河”建設(shè)，使黃河數(shù)學(xué)模擬系統(tǒng)建設(shè)盡快適應(yīng)黃河治理開發(fā)與管理的需要，增強(qiáng)決策的科學(xué)性和預(yù)見性，要求數(shù)學(xué)模擬系統(tǒng)建設(shè)突出黃河特色，技術(shù)上具有世界先進(jìn)水平，優(yōu)化整合人力物力資。成立由李國英主任為組長的黃委“數(shù)字黃河”工程數(shù)學(xué)模擬系統(tǒng)研發(fā)工作領(lǐng)導(dǎo)小組，加強(qiáng)了對“數(shù)字黃河”工程數(shù)學(xué)模擬系統(tǒng)研發(fā)工作的領(lǐng)導(dǎo)和協(xié)調(diào)。并明確提出近期數(shù)學(xué)模擬系統(tǒng)開發(fā)建設(shè)的重點(diǎn)是：建設(shè)與完善黃土高原水土流失和水沙預(yù)報模型、中游水庫群水沙聯(lián)合調(diào)度模型、黃河下游河道水沙演進(jìn)模型、河口模型、水質(zhì)預(yù)警預(yù)報模型和寧蒙河段冰凌預(yù)報模型等六大模型系統(tǒng)。六大數(shù)學(xué)模擬系統(tǒng)建設(shè)的意見2.1黃河下游河道水沙演進(jìn)模型2.1.1河道情況黃河自河南省孟津縣白鶴鎮(zhèn)至山東省墾利縣入?？?，河長878km，河道總面積為4647km2（含封丘倒灌區(qū)407km2），其中灘區(qū)面積為3956km2，占河道總面積的85%，灘區(qū)居住180萬人，具有375萬畝耕地。河道一般為復(fù)式河槽，多數(shù)河段存在著不同程度的“二級懸河”。河道上寬下窄，艾山以上河段堤距一般寬5～15km，最寬達(dá)20多km；艾山以下河段堤距一般寬為0.5～5km，最窄處艾山斷面為275m。2.1.2模擬需求（1）防汛調(diào)度：需要預(yù)報沿程斷面的洪峰流量、峰現(xiàn)時間、最高水位、洪水歷時、洪水總量；漫灘范圍、社經(jīng)損失、河勢表現(xiàn)、工程險情；泥沙含量、沙峰時間、泥沙總量、沿程沖淤及橫向分布等。（2）水量調(diào)度：需要預(yù)報不同流量情況下的水流演進(jìn)時間、各河段河道內(nèi)的流量衰減、水位表現(xiàn)、最大泥沙含量等。（3）調(diào)水調(diào)沙：需要預(yù)報沿程斷面的洪峰流量、峰現(xiàn)時間、最高水位、洪水歷時、洪水總量、流量是否增值；河勢表現(xiàn)、工程險情；泥沙含量、沙峰時間、泥沙總量、沿程沖淤等。2.1.3模擬方法（1）水文學(xué)法：自然界水文現(xiàn)象的發(fā)生和發(fā)展過程，由于受水沙過程內(nèi)部和外部邊界條件的影響，水文特性既有規(guī)律又有變異，情況十分復(fù)雜，水文學(xué)按照水文循環(huán)和水量平衡的基礎(chǔ)理論，采用成因分析^p和統(tǒng)計(jì)分析^p方法，通過對歷史資料研究，尋找它們的演變規(guī)律和變化。水文學(xué)法進(jìn)行河道水流演進(jìn)通常提供的主要結(jié)果有沿程斷面的洪峰流量、峰現(xiàn)時間、最高水位、洪水歷時、洪水總量，預(yù)估災(zāi)情。利用回歸分析^p和經(jīng)驗(yàn)方法，可以預(yù)報最大泥沙含量、沙峰時間、泥沙總量、河段沖淤等。水文學(xué)法的特點(diǎn)是需要資料少，速度快，比較宏觀。（2）水力學(xué)法：根據(jù)水流的質(zhì)量守恒和動量守恒原理（即圣維南方程組），可以計(jì)算沿程的流量、流速、水位，統(tǒng)計(jì)出洪水歷時、洪水總量；利用類似的泥沙守恒方程，計(jì)算沿程泥沙含量及淤積。二維水沙模型還可以計(jì)算流向、預(yù)估工程險情及災(zāi)情，泥沙淤積橫向分布。水力學(xué)法的特點(diǎn)是，計(jì)算輸出內(nèi)容多，但輸入資料要求高，計(jì)算時間長。2.1.4存在問題與難點(diǎn)（1）河道邊界條件復(fù)雜，難模擬。黃河下游河道寬淺散亂，河勢游蕩多變，復(fù)式河道，二級懸河嚴(yán)重，生產(chǎn)堤分布雜亂，村莊村臺多，片林多，磚瓦窯場遍地，橋梁（包括浮橋）多，等等。這些復(fù)雜的邊界條件一是沒有很好的模擬方法；二是動態(tài)變化快，資料代表性差；三是人為因素多，突發(fā)突變性強(qiáng)。（2）黃河水沙性質(zhì)異常，未知因素多。由于黃河泥沙含量大小不同、粗細(xì)不同和河床為地上河、沖淤變化快等原因，黃河上有許多其他江河沒有，還需要進(jìn)一步作理論研究的問題。一是流量沿程增值。黃河多次出現(xiàn)無區(qū)間來水的情況下，下斷面流量大于上斷面流量情況；二是“假潮”現(xiàn)象。也就是在整個河道水流比較穩(wěn)定的情況下，艾山等水文斷面經(jīng)常出現(xiàn)定時短時段高水位、大流量；三是“漿河”現(xiàn)象。當(dāng)黃河下游出現(xiàn)高含沙洪水時，有時河道水流不流動；四是在黃河其他河段還有“揭河底”現(xiàn)象。當(dāng)流量和含沙量達(dá)到某一量級時，河道不僅不淤積，反而發(fā)生嚴(yán)重的沖刷。這些現(xiàn)象目前還沒有很好的理論解釋，更沒有理想的模擬方法，需要進(jìn)一步研究。2.1.5建議（1）加強(qiáng)基礎(chǔ)信息資料獲取。由于黃河下游河道斷面寬、河道長、情況復(fù)雜多變，必須采取多種方法和措施，獲取盡量多和較準(zhǔn)確的實(shí)時河道信息，及時分析^p掌握河道邊界條件變化，做好模型參數(shù)的實(shí)時修訂，滿足數(shù)學(xué)模擬的要求。（2）加強(qiáng)基礎(chǔ)性研究。黃河水少沙多，關(guān)系復(fù)雜，洪水演進(jìn)和泥沙輸移規(guī)律異常。很多通用的方法在黃河上不適用，其他江河上使用效果很好的方法黃河上不能用。并且，很多現(xiàn)象是黃河上獨(dú)有的，別人不了解，也不需要研究。因此，我們必須加大科研力度，從機(jī)理研究入手，在理論上取得突破。（3）多種模型并舉。水文學(xué)與水力學(xué)法在黃河下游水沙演進(jìn)模擬中各有特點(diǎn)，應(yīng)多種模型并用。下一步應(yīng)優(yōu)化出一套較好的黃河下游水沙演進(jìn)模擬模型，它包括水文學(xué)方法的水沙預(yù)報模型、一維非恒定流水沙動力學(xué)模型、基于GIS的二維水沙數(shù)學(xué)模型各一個。然后，花大力氣進(jìn)行模型參數(shù)率定，使其能夠適應(yīng)黃河大水、中水、小水，高含沙水流、低含沙水流、漫灘和不漫灘等各種情況下的水沙過程的模擬，滿足防洪減淤、水量調(diào)度、調(diào)水調(diào)沙的應(yīng)用需要。2.2水庫水沙聯(lián)合調(diào)度模型2.2.1水庫水沙調(diào)度現(xiàn)狀當(dāng)前，黃委或黃河防總直接負(fù)責(zé)調(diào)度，并且具有較大調(diào)節(jié)作用的水庫主要有龍羊峽、劉家峽、萬家寨、三門峽、小浪底、故縣、陸渾、西霞院等。調(diào)度分為防洪調(diào)度、防凌調(diào)度、減淤調(diào)度和水量調(diào)度。水庫調(diào)度存在的主要技術(shù)問題是泥沙控制不準(zhǔn)，對于給定的入庫水沙過程，如何通過閘門開啟組合和庫水位控制，實(shí)現(xiàn)出庫水沙的合理搭配和庫區(qū)淤積的理想分布?，F(xiàn)在的水庫調(diào)度計(jì)算是先按清水調(diào)洪，然后通過經(jīng)驗(yàn)公式分析^p排沙和淤積比，再作庫區(qū)鋪沙。計(jì)算時水庫淤積及泥沙出庫與開啟閘門組合無關(guān)，明顯不合理。2.2.2存在問題與難點(diǎn)（1）渾水調(diào)洪計(jì)算理論不成熟，調(diào)水容易調(diào)沙難。對于水庫清水調(diào)度，根據(jù)水量平衡和閘門泄流曲線推求出來的水庫推流計(jì)算公式，進(jìn)行水庫調(diào)洪計(jì)算相當(dāng)簡單。而對于渾水，尤其是對于高含沙水流，泥沙在水庫中不同水沙邊界條件下的沖淤和輸移規(guī)律還不清楚，在近壩段的泥沙含量的空間分布沒有實(shí)時數(shù)據(jù)。（2）三維數(shù)學(xué)模擬實(shí)測資料少，計(jì)算量大。要進(jìn)行水庫水沙的三維模擬計(jì)算，除了理論不成熟之外，還有實(shí)測資料少，分析^p率定參數(shù)困難，三維空間疊代計(jì)算工作量特別大，難以滿足實(shí)時調(diào)度要求。2.2.3建議（1）加大資料的分析^p研究力度。自20__年以來，黃河已連續(xù)開展了7年8次調(diào)水調(diào)沙，多次在小浪底水庫內(nèi)實(shí)現(xiàn)了人工塑造異重流，特別是20__調(diào)水調(diào)沙成功地實(shí)現(xiàn)了庫尾泥沙淤積形態(tài)調(diào)整，水文人員冒著生命危險獲取海量的實(shí)測數(shù)據(jù)，要結(jié)合三門峽水庫的實(shí)測資料，對這些數(shù)據(jù)加大分析^p研究力度，力爭在泥沙輸移機(jī)理、異重流演變規(guī)律方面有所突破。（2）加強(qiáng)水庫泥沙測驗(yàn)。黃河的水庫泥沙資料雖然不少，但對于研究水庫在不同的庫區(qū)水沙邊界、不同來水來沙、不同閘門啟閉條件下的泥沙輸移規(guī)律明顯資料不足，今后應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)庫區(qū)水沙測驗(yàn)，尤其是近壩段的水沙測驗(yàn)。必要時，可利用實(shí)體模型試驗(yàn)觀測，適當(dāng)補(bǔ)充原形資料不足問題。（3）水文學(xué)模型和一維水動力學(xué)模型為主，配合局部三維水動力學(xué)模擬，開展水庫立面二維水沙動力學(xué)模型的研究。水文學(xué)法水庫調(diào)洪計(jì)算，結(jié)合經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行泥沙與出庫含沙量分析^p，方法簡單，具有一定精度，尤其對于多庫水沙聯(lián)合調(diào)度，目前是比較實(shí)用的方法，必須繼續(xù)使用與完善。一維水動力學(xué)模型可以進(jìn)行水沙聯(lián)合調(diào)度，提供通常水庫泄流方式下的水庫淤積量、縱向淤積形態(tài)和水面線，出庫流量和含沙量過程等。對于水庫調(diào)度預(yù)案研究、單庫水沙調(diào)度分析^p計(jì)算比較適應(yīng)，要做好參數(shù)率定和模型完善。三維水動力學(xué)模擬，能夠模擬水沙的時空變化，是個四維仿真模擬，輸出信息多。但輸入要求高，計(jì)算工作量大，應(yīng)逐步研究，并試用于局部重點(diǎn)庫區(qū)段。同時，應(yīng)開展水庫立面二維水沙動力學(xué)模型的研究，模擬庫區(qū)不同水流輸沙流態(tài)，庫區(qū)干支流淤積形態(tài)，以及不同閘門開啟情況下的水庫出庫流量、含沙量和泥沙級配。2.3黃土高原水土流失和水沙預(yù)報模型2.3.1黃土高原水土流失及水沙研究情況黃河難治，結(jié)癥泥沙，泥沙來自黃土高原。黃河侵蝕模數(shù)大于1000t/km2.a的區(qū)域稱水土流失區(qū)，面積45.4萬km2；侵蝕全沙模數(shù)≥5000t/km2.a，并且d≥0.05mm的粗沙模數(shù)≥1300t/km2.a的區(qū)域稱多沙粗沙區(qū)，面積7.86萬km2，該區(qū)平均輸沙模數(shù)為15000t/km2.a，粗沙模數(shù)4000t/km2.a；侵蝕全沙模數(shù)≥5000t/km2.a，并且d≥0.10mm的特粗沙模數(shù)≥1400t/km2.a稱粗泥沙集中來區(qū)，面積1.88萬km2，該區(qū)平均輸沙模數(shù)約為21700t/km2.a，粗沙模數(shù)8100t/km2.a；局部區(qū)域輸沙模數(shù)高達(dá)10萬t/km2.a左右?？咭昂訙丶掖ㄕ?958年7月10日實(shí)測最大含沙量1700kg/m3，三門峽站1933年輸沙量39.1億t,其中汛期35.8億t。因此，大力開展黃河水土保持，特別是粗泥沙集中來區(qū)的研究和治理尤為重要。黃河多沙粗沙區(qū)屬典型的超滲產(chǎn)流區(qū)，即土壤缺水多，難蓄滿達(dá)到飽和。只有當(dāng)降雨強(qiáng)度大于土壤下滲強(qiáng)度時，才產(chǎn)流；否則，不產(chǎn)流。陜北駝耳巷溝（流域面積5.74km2）觀測資料，1963年8月26日，前期土壤含水量Pa=1mm，1h降雨57.4mm，產(chǎn)流37.8mm，洪峰流量為239m3/s；而1964年9月27日，Pa=26.1mm，19h降雨86.2mm，產(chǎn)流僅2.0mm，洪峰流量為1.1m3/s?？梢姡a(chǎn)流與土壤水含量和雨量關(guān)系較差，與降雨強(qiáng)度關(guān)系密切。受水力、重力和風(fēng)力等作用，形成水土流失，出現(xiàn)土壤侵蝕和泥沙輸移。關(guān)于黃土高原地區(qū)的產(chǎn)流匯流與產(chǎn)沙輸沙研究很多，有不少科研成果，成就了一大批科技人才。2.3.2存在問題和難點(diǎn)（1）現(xiàn)有模型多用于小流域。產(chǎn)流形成產(chǎn)沙，產(chǎn)流是降雨強(qiáng)度與土壤下滲強(qiáng)度對比計(jì)算的結(jié)果，土壤下滲強(qiáng)度又隨土壤含水量變化而變化。降雨強(qiáng)度時空分布不一，土壤下滲強(qiáng)度時空分布也不一。所以，超滲產(chǎn)流機(jī)理雖然清晰，但計(jì)算條件要求苛刻。而產(chǎn)沙不僅與產(chǎn)流有關(guān)，與土壤特性、地形地貌也關(guān)系密切，現(xiàn)有的水土流失機(jī)理模型還不十分成熟，難以直接用于黃土高原水土流失預(yù)測。所以，基于機(jī)理的黃土高原水土流失模型多用于小流域研究。（2）站網(wǎng)稀，難控制。黃河中游測區(qū)內(nèi)的水文站網(wǎng)密度為2630km2/站，雨量站網(wǎng)密度380km2/站。河曲～龍門區(qū)間水文站未控區(qū)面積2.5萬多km2，占區(qū)間總集水面積的25%以上，現(xiàn)有測站有時難以控制住暴雨和洪水。（3）水沙過程變化快，難模擬。由于黃土高原地區(qū)洪水多為暴雨形成，陡漲陡落，歷時短。1989年7月21日，窟野河新廟站（集水面積1527km2）8:36起漲，9:42出現(xiàn)最高洪水位，水位漲幅11.81m，洪峰流量8150m3/s，其中8:36至9:00水位上漲11.30m。沙圪堵站（集水面積1350km2）21日7:18起漲，7:50出現(xiàn)最高洪水位，水位漲幅7.56m，洪峰流量8610m3/s，其中7:18至7:21(僅3分鐘)水位上漲5.62m。這樣的洪水過程目前還難以模擬。2.3.3建議對于水土流失和水沙預(yù)報模型的需求主要有產(chǎn)流產(chǎn)沙過程預(yù)報，水土保持效益評價、水土保持工程的規(guī)劃與設(shè)計(jì)。（1）繼續(xù)加強(qiáng)黃土高原產(chǎn)流產(chǎn)沙機(jī)制的規(guī)律研究，試行開展小流域的徑流輸沙過程預(yù)報，做好典型區(qū)域的水土保持效益分析^p，為小流域水土保持工程規(guī)劃和綜合治理提供技術(shù)支撐。（2）建立完善黃河干流水沙預(yù)報模型。黃土高原產(chǎn)流產(chǎn)沙影響因素多，關(guān)系復(fù)雜，測站少，水沙過程變化快，直接利用產(chǎn)流產(chǎn)沙模型進(jìn)行黃河干流河道水沙預(yù)報難度大。當(dāng)前應(yīng)根據(jù)干流主要把口水文站實(shí)測水沙資料，研究黃河北干流河段（含小北干流段）的河道匯流輸沙規(guī)律，建立龍門站和潼關(guān)站的水沙過程預(yù)報模型。（3）加強(qiáng)站網(wǎng)和徑流試驗(yàn)區(qū)建設(shè)。黃土高原地區(qū)暴雨不均，產(chǎn)匯流快，含沙量高，洪水歷時短，陡漲陡落，測驗(yàn)難度大，站網(wǎng)稀少，無控制區(qū)面積大。要加強(qiáng)該區(qū)測站能力建設(shè)。另外，黃土高原地區(qū)地質(zhì)地貌特殊，很多理論有待進(jìn)一步分析^p與研究。西峰、綏德、天水三個水保徑流試驗(yàn)站，幾十年來，經(jīng)過艱苦工作，獲取了大量實(shí)測數(shù)據(jù)，為黃土高原的綜合治理和科研工作做出了突出貢獻(xiàn)。下一步應(yīng)繼續(xù)加大投入力度，在做好已有資料分析^p與整理的同時要結(jié)合粗泥沙集中來區(qū)治理增加新的監(jiān)測與研究內(nèi)容，為水土保持工作服務(wù)。2.4寧蒙河段冰凌預(yù)報模型2.4.1基本情況寧夏、內(nèi)蒙古河段地處黃河流域北部，從低緯度流向高緯度，河流封凍時下段早于上段，解凍時下段晚于上段，而且冰蓋厚度下厚上薄，封開河時容易形成冰凌卡塞和冰壩壅水引起堤防決口等凌汛災(zāi)害。寧蒙河段長約1200km，其中凌情最嚴(yán)重的三盛公～萬家寨庫尾河段長約600km。該河段由于河道淤積抬高，主河槽萎縮，排洪行凌能力下降；堤防工程標(biāo)準(zhǔn)低，隱患多，質(zhì)量差；河道整治工程標(biāo)準(zhǔn)低，不配套，不完善；可以調(diào)節(jié)調(diào)度的水庫距離遠(yuǎn)，臨時應(yīng)急分滯洪工程不完善等。每年春節(jié)前后，正直全國“兩會”召開之際，黃河寧蒙河段常出現(xiàn)凌汛災(zāi)害或防凌緊張局面，造成較大的政治、經(jīng)濟(jì)和社會影響。2.4.2問題與難點(diǎn)（1）資料少。目前，寧蒙河段共有6個基本水文站，凌汛期間測流困難，其中防凌最為嚴(yán)重的河段三湖河口～頭道拐兩站相距300余km。水位站不足，自動水位觀測站共33處，平均36km一處水位站。近40年來，只進(jìn)行過3次較為系統(tǒng)的大斷面測量，積累資料少。如此的測站控制和資料系列，不但掌握不住實(shí)時的凌情動態(tài)，也難以進(jìn)行凌情的系統(tǒng)分析^p和模擬。（2）凌汛發(fā)展隨機(jī)性大，難預(yù)測。內(nèi)蒙古河段河道寬淺散亂，受橋梁等因素影響，容易形成冰塞或冰壩。但影響冰塞冰壩的因素多，其發(fā)生與發(fā)展的隨機(jī)性很大，目前還沒有成熟的預(yù)測預(yù)報方法。（3）氣溫預(yù)報不滿足防凌需要。影響凌汛的因素有河道邊界條件、水動力因素、熱力因素。當(dāng)前要做出某一局部地區(qū)較長時間的準(zhǔn)確的氣溫預(yù)報還比較困難。特別是在封開河的發(fā)展期，氣溫對凌情的影響特別大，迫切需要加強(qiáng)寧蒙河段氣溫預(yù)報的研究，增長預(yù)見期，提高預(yù)報精度。2.4.3建議（1）增測大斷面資料。寧蒙河段河道大斷面稀，多年不測一次，資料少，滿足不了該河段建立冰凌預(yù)測預(yù)報數(shù)學(xué)模型的需要。應(yīng)該按3～4km一個大斷面進(jìn)行布設(shè)，每年凌汛前測驗(yàn)一次。（2）建立冰凌數(shù)學(xué)模型。以建立一維的水沙動力學(xué)模型為主，結(jié)合水文學(xué)模型及經(jīng)驗(yàn)預(yù)報方法，盡快研發(fā)寧蒙河段冰凌預(yù)測預(yù)報模型。對河段的氣溫變化、封開河時間、封河流量及水位、槽蓄水量、冰塞、冰壩、冰質(zhì)、冰厚、開河時的桃汛洪峰流量及水量等做出預(yù)估或預(yù)報，為防凌決策和桃汛洪水利用提供技術(shù)支持。2.5水質(zhì)預(yù)警預(yù)報模型2.5.1開展水質(zhì)預(yù)警預(yù)報的迫切必要性隨著經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展和人民生活水平的提高，人們對水質(zhì)的要求越來越高。而實(shí)際上，由于工農(nóng)業(yè)的高速發(fā)展，排污量增加，河道中的水質(zhì)越來越差。因此，需要開展黃河水環(huán)境承載能力研究，進(jìn)行黃河的水環(huán)境評價、水質(zhì)評價，特別是需要進(jìn)行水污染事件的預(yù)警預(yù)報。20__年1月伊洛河發(fā)生水污染事件，202_年6月內(nèi)蒙古包頭河段發(fā)生水污染事件。急需作出污染體何時到達(dá)下游某些指定地點(diǎn)，污染物濃度值是多少，污染持續(xù)歷時等指標(biāo)的預(yù)警預(yù)報。因此，研發(fā)黃河水質(zhì)預(yù)警預(yù)報模型十分必要和迫切。2.5.2存在問題與難點(diǎn)（1）資料缺少。根據(jù)黃委黨組的要求，水資保護(hù)的重點(diǎn)轉(zhuǎn)向是提高監(jiān)督管理水平和增強(qiáng)應(yīng)急處理能力。要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，就必須盡快建立一個精度較高、計(jì)算速度快、包括污染物種類多、適應(yīng)河段廣的水質(zhì)預(yù)報模型。但是，對于不同的污染物，如重金屬、氰化物、石油類、苯系物等，它們的擴(kuò)散和輸移特性不同。對于同一種物質(zhì)，對于不同河道邊界條件，其擴(kuò)散和輸移的特性也不一樣。并且這些事故實(shí)測資料不多，又不能進(jìn)行原型試驗(yàn)。（2）黃河泥沙問題。黃河與其它河流不同，有時泥沙含量大，影響污染物的沉降和懸浮、吸附和解吸、揮發(fā)降解等過程。特別是在黃河高含沙洪水期間，萬一發(fā)生大范圍的高濃度水污染事件，對做出準(zhǔn)確的污染預(yù)警預(yù)報要求就更高，難度也更大。2.5.3建議黃河流域管轄區(qū)域大，突發(fā)事件多，不可能建立起各河流、各河段、各種水沙情況下、各類水質(zhì)污染的水質(zhì)預(yù)警預(yù)報模型。所以，黃河水質(zhì)預(yù)警預(yù)報模型應(yīng)以一維水動力學(xué)模型為主，盡快在黃河下游河段、蘭州河段、包頭河段等具有臨黃城市的重點(diǎn)河段，并收集借鑒其他江河上的實(shí)測資料，開展參數(shù)率定和模型調(diào)試。然后，進(jìn)行分析^p總結(jié)，找出規(guī)律，通過經(jīng)驗(yàn)公式或概化處理，建立起黃河流域水質(zhì)應(yīng)急預(yù)警預(yù)報系統(tǒng)，以適應(yīng)黃河可能發(fā)生的各種水污染情況下的應(yīng)急反應(yīng)。2.6河口模型2.6.1基本情況近代黃河口，位于渤海灣與萊州灣之間，是1855年銅瓦廂決口改道奪大清河入渤海后形成的。黃河河口地區(qū)指寧海（上距利津水文站約12km）以下，北至徒駭河口，南至支脈溝口，其面積5460km2，自1855年以來，改道9次，其中解放后3次，1953年7月改為神仙溝入海；1964年1月改為釣口河入海；1976年5月改為清水溝入海，1996年7月在清八上950m處改汊，使河道當(dāng)年縮短16km。1953～1996年，進(jìn)入河口（利津站）泥沙392.9億t，河口三角洲造陸面積為1081.3km2，平均每年造陸面積約25km2，平均每1億t泥沙造陸2.75km2。分析^p認(rèn)為，年入海泥沙2.8億t、入海水量75億m3時，可保持黃河三角洲海岸沖淤平衡。1992年～20__年，黃河現(xiàn)河口（1996年汛后開始行河）附近基本處于年年淤積延伸過程中，11年共造陸41.2km2，年均造陸3.75km2；而除黃河現(xiàn)河口淤伸外，其余均為侵退，整個三角洲___年共侵退62.3km2，年均侵退3.89km2。2.6.2需求分析^p河口模型建設(shè)的目的主要是滿足以下幾個方面的需求，為其提供技術(shù)分析^p手段。一是分析^p河口的淤積延伸變化對黃河河道形成的反饋影響，制定有效措施，謀求黃河長治久安；二是做好河口流路規(guī)劃和保護(hù)，為黃河順暢入海預(yù)留出路；三是分析^p黃河三角洲淤積與侵蝕規(guī)律，更好地保護(hù)和新生國土資；四是研究河口三角洲地區(qū)水沙及生態(tài)的演變規(guī)律，為河口地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展提供技術(shù)支持。3.6.3存在問題黃河河口具有水少、沙多、堆積性強(qiáng)，海洋動力相對較弱、潮差小、感潮段短，擺動改道頻繁等特點(diǎn)。這種特殊的自然地理環(huán)境條件,使得黃河河口沖淤演變與其他江河的河口的規(guī)律性不同。加上黃河河口觀測資料既少又不系統(tǒng),河口數(shù)學(xué)模型還很不成熟。2.6.3建議（1）加強(qiáng)資料觀測與科學(xué)研究黃河河口地區(qū)面積廣，實(shí)測資料太少，象濱海區(qū)的測量，多年不進(jìn)行一次，并且測量的內(nèi)容也較少。同時，對河口的科學(xué)研究也跟不上，滿足不了數(shù)學(xué)模型建設(shè)的需要。應(yīng)增加河口地區(qū)資料觀測的頻次和內(nèi)容，加強(qiáng)黃河河口水沙沖淤與演進(jìn)、河口演變、河口變化對黃河河道溯淤積的影響等方面的研究。（2）模型建設(shè)研究河口淺海地區(qū)的淤積演變、攔門沙的分布、生態(tài)環(huán)境等需要二維數(shù)學(xué)模型模擬。研究河道淤積延伸及對黃河的反饋問題，可用一維數(shù)學(xué)模型。由于當(dāng)前資料制約和計(jì)算工作量的限制，可采取先易后難，先中心后外圍的工作思路，一維與二維相互補(bǔ)充，并結(jié)合實(shí)體模型試驗(yàn)，研究建立河口較完善的數(shù)學(xué)模型。幾點(diǎn)認(rèn)識3.1正確認(rèn)識數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型不是水力學(xué)方法維數(shù)越高越好，水力學(xué)法就優(yōu)于水文學(xué)法。水文學(xué)模型方法簡單、概念清晰、需要輸入資料少，計(jì)算速度快，輸出結(jié)果宏觀。水力學(xué)法模型理論嚴(yán)密、計(jì)算復(fù)雜，輸入信息要求高，輸出信息多。由于水力學(xué)模型要求輸入資料多，經(jīng)常不能滿足而對某些項(xiàng)省略或概化處理；水力學(xué)法的復(fù)雜計(jì)算，一般都是疊代計(jì)算而采用某一誤差精度控制。對于多維水力學(xué)模型，由于資料不能滿足計(jì)算需要，經(jīng)常大范圍內(nèi)采取同一個數(shù)據(jù)（如糙率n），處理結(jié)果與一維區(qū)別不大，雖然輸出了一些一維或水文學(xué)模型沒有的信息，但它并不真實(shí)。因此，應(yīng)該正確對待各類數(shù)學(xué)模型，根據(jù)需要，取長補(bǔ)短。3.2正確使用資料系列模型參數(shù)率定需要大量的實(shí)測資料，當(dāng)然資料越多越好，但是使用的資料系列要具有一致性。隨著時間的推移，黃河干流上