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1、小流域山洪灾害“四预”能力建设项目需求说明一、项目概况根据水利部水旱灾害防御司关于印发2023年度小流域山洪灾害“四预”能力建设工作要求的通知防御函（2023）5号要求，XX省小流域山洪灾害“四预”能力建设要在21个小流域补充夯实算据、算法、算力基础，用以支撑省市县三级平台实现小流域山洪灾害“四预”功能，实现科学识别研判风险隐患、提高预警精准度、延长预见期、快速准确指导人员避险。1.1建设范围依托现有省级监测预报预警平台，巩固省市县多级部署架构，在21个流域面积50-200平方公里的小流域开展算据、算法和算力建设。1.2建设内容1、算据建设（1）危险区核定与房屋人口调查。对每个小流域内3-5个
2、重要防治村落或城集镇进行危险区复核、房屋人口调查、历史洪痕调查工作。（2）新增防治对象调查评价。对2013-2015年调查评价未覆盖的新增山洪灾害防治村、重要经济活动区和旅游景区开展调查评价。（3）风险隐患调查与影响分析。以每个小流域治理单元内的重点城（集）镇、行政村、沿河村落（自然村）、重要经济活动区、旅游景区等为对象，在山洪灾害调查评价成果基础上，考虑经济社会活动影响等因素，调查排查跨沟路基或桥涵阻水、主支流和外洪顶托、沟道内工程建设等风险隐患，并对主要风险隐患进行影响分析。（4）构建小流域数据底板。集成梳理已有基础数据、新增防治对象调查评价成果、风险隐患调查与影响分析成果、雨水情监测预报
3、数据，针对龙门溪、龙溪、沙溪上游国宝溪、富泉溪、晒口溪等5个小流域内具有山洪灾害防治任务的城集镇开展L2级地理空间数据测量与处理，支持构建三维数字化场景，对经危险区核定与房屋人口调查的重要防治村落，开展河道断面测量；针对其它16个小流域开展危险区核定与房屋人口调查的重要防治村落，开展河道断面测量，构建小流域数据底板。2、算法建设评估现有未来24小时风险预报模型、临近预报预警模型的适用性、准确性、合理性，进一步优化模型结构和模型参数，提升预报预警精准度。建设覆盖全省山丘区的降雨异常识别与融合模型、覆盖21个小流域的精细分布式水文模型，在龙门溪、龙溪、沙溪上游国宝溪、富泉溪、晒口溪等5个小流域开展
4、L2级地理空间数据测量的重点区域建设水动力学模型和山洪过程三维仿真模型，经危险区核定与房屋人口调查的重要防治村落构建基于水力学的淹没范围与水深分析模型，对其它16个小流域开展危险区核定与房屋人口调查的重要防治村落，构建基于水力学的淹没范围与水深分析模型。3、算力建设充分利用既有计算资源，完善高可靠存储、高性能计算和高速网络环境，支撑分钟级完成山洪过程、灾害影响分析和场景预演。综合考虑网络安全、软硬件环境安全可靠、数据与应用软件安全，完善安全保障体系。二、技术和服务要求2.1 己有算据的收集与复核1 .1.1已有成果资料收集针对21个小流域进行已有成果资料收集，主要包括：沿河村落、重要集镇和重要
5、城基本信息，历史山洪灾害资料，小流域基础信息及其坡面特性信息，流域内影响居民区安全的塘（堰）坝、桥梁、路涵等涉水工程信息，山洪灾害危险区动态管理清单等已有成果。2 .1.2危险区核定与房屋人口调查开展21个小流域危险区核定、房屋人口调查和历史洪痕调查，对每个小流域内3-5个重要防治村落或城集镇进行危险区复核、房屋人口调查、历史洪痕调查工作，具体要求如下：根据区域地形地貌、沟河分布、居民居住情况，核查洪水痕迹，走访农户，调查历史最高洪水位或最高可能淹没水位，综合分析山洪灾害可能发生的类型、程度及影响范围，调查并标注成灾水位，合理确定村落、城镇中受山洪威胁的区域，在工作底图上实地标绘危险区范围。调
6、查危险区内的社会经济基本情况，包括：行政区代码、行政区名称、危险区名称、危险区代码、危险区内人口、危险区内住房情况。对于小于10户的散户居民区，单独做为一个危险区调查。通过现场查勘，综合确定转移路线和临时安置点，在工作底图上标绘各危险区的转移路线和临时安置点。开展房屋人口调查，包括房屋高程和位置、房屋类型、每户人口数及其性别年龄与联系方式等信息。对历史上发生过的洪水留下的洪痕，进行调查、记录、测量、标记。2.2新增算据的调查与分析2.2.1新增防治对象调查评价对21个小流域内，2013-2015年调查评价未覆盖的新增山洪灾害防治村、重要经济活动区和旅游景区，按照山洪灾害调查与评价技术规范（SL
7、767-2018）要求开展调查评价。2.2.2风险隐患调查与影响分析按照山洪灾害补充调查评价技术要求（风险隐患调查与影响分析）（试行）要求，以21个小流域治理单元内的重点城（集）镇、行政村、沿河村落（自然村）、重要经济活动区、旅游景区等为对象，在山洪灾害调查评价成果基础上，考虑经济社会活动影响等因素，调查排查跨沟路基或桥涵阻水、主支流和外洪顶托、沟道内工程建设等风险隐患，并对主要风险隐患进行影响分析。2.3算据集成与应用2.3.1小流域数据底板（1）针对21个小流域，集成梳理已有基础数据、新增防治对象调查评价成果、风险隐患调查与影响分析成果、雨水情监测预报数据等，构建Ll级数据底板，开展危险区
8、核定与房屋人口调查的重要防治村落，开展河道断面测量。（2）针对龙门溪、龙溪、济溪上游国宝溪、富泉溪、晒口溪等5个小流域内具有山洪灾害防治任务的城集镇开展L2级地理空间数据测量与处理，获取DSM/DEM数据、DOM数据，并构建精细三维数字化场景，对经危险区核定与房屋人口调查的重要防治村落，开展河道断面测量。具体要求如下：关于精细地形测量。完成全流域高分辨率影像图采集及全流域高精度数字高程模型数据采集。平面坐标系统采用2000国家大地坐标系，高程系统采用1985国家高程基准；平面控制测量采用四等GNSS平面控制网，高程控制测量采用五等卫星定位高程测量。DOM.DSM/DEM应测绘至河流两侧防灾对象
9、的外侧。对于山丘区小流域内重要城镇和集镇、重要基础设施等，采用无人机获取DOM、DSM/DEM和倾斜摄影影像。其中，DOM地面分辨率优于0.2m,平面位置中误差低于0.8m,DSM/DEM网格尺寸1m,高程中误差低于0.5m；倾斜摄影实景三维模型地面分辨率优于5cm,建模格网尺寸优于0.5m,绝对定位精度优于1m,相对精度优于1m。对于山丘区小流域内其它区域，采用卫星手段，获取D0M、DSM/DEM,并补充开展外业控制测量。其中，DOM地面分辨率优于0.5m,平面位置中误差低于L5m,DSM/DEM网格尺寸2m,高程中误差低于Lon1；卫星白模实景三维模型格网尺寸1m,绝对定位精度优于1m,相
10、对精度优于Im0不同来源、不同分辨率的L2级DEM和Ll级DEM要进行有效融合。结合卫星遥感影像、山洪灾害防治村及危险区分布等，确定小流域的精细地形测绘最小面积关于河道断面测量。对21个小流域的河道断面进行测量，1）每个沿河村落、重要集镇、城镇和重要设施测量1个纵断面和23个横断面（其中标注居民区成灾水位的横断面为控制断面），如有多条支流汇入，每条支流应加测1个纵断面和23个横断面；2）沿河村落、重要集镇和重要城镇的上下游横断面间距一般100200米左右，如无法避免桥梁、堰、陡坎和卡口等控制性建筑物，应增加测量控制性建筑物断面；横断面两侧应测至历史最高洪水位以上或测至防灾对象的外侧；3）纵断面
11、测量一般沿沟（河）道深泓线（山谷线）布置，并向上下游断面外各延伸100m-200m,对于有水面的河道在测量河底高程的同时测量水面高程，对于有历史洪痕的河段需测洪痕点坐标和高程。关于三维场景建设。通过5个小流域重点区域三维场景建设，提供数据加载、渲染能力，支持基础影像、时序影像、矢量地图、数字高程模型、文档对象模型、倾斜摄影、三维模型、多级地名、栅格地图、街景、基础几何基元等地理信息数据以及水利业务数据的可视化，同时通过接口，可将实时数据、统计分析数据、设备设施点位等一系列数据在三维场景中融合，基于统一时空框架将多源数据关联、分析的结果进行多维融合展现，实现小流域全要素信息加载、渲染和呈现。开发
12、三维场景数据的交换接口，实现与省级山洪平台及其他业务系统数据交互；既可以接入外部数据，也可以通过交换接口将数据或者挛生体本身按照接口规范对外共享。2. 3.2数据引擎对原有数据库进行升级，建设数据引擎，主要包括数据汇聚服务、数据治理服务、数据挖掘服务、数据共享服务。将大量的基础数据、监测数据、业务数据、共享数据、地理空间数据需要进行汇聚、治理、融合、共享，为“四预”功能提供数据支撑。2.4传统山洪算法优化建设2. 4.1降雨异常识别与融合模型建设（1）降雨异常识别模型降雨异常识别模型用于实时动态识别出异常的自动监测站、测站异常的数据和异常的时段,应结合XX省雨量站数量和分布实际，考虑以下几个方
13、面的判别。基准站判定基于长序列降雨观测资料，采用适当的方法判定基准站，作为进一步判定异常站的依据。实时降雨异常值识别采用周边测站分析时，优先选用一定半径范围内基准站与待评估测站进行同时段雨量比较，若某站周边范围内无基准站，可选用已确定该时段数据正常的非基准站同时段数据，与待评估测站进行雨量比较。通过比较待评估测站雨量与同时段周边基准站的平均雨量，判断待评估测站是否异常。雷达辅助校验利用雷达反射率的空间分布信息，判断雨量站位置处是否发生降雨，以及相邻雨量站雨量差异较大是否符合实际。（2）降雨融合模型经过异常识别的雨量站数据，方可用于降雨融合。降雨融合应实现地面雨量站监测数据和雷达反演雨量数据的融
14、合，应结合XX省雨量站分布和雷达反演雨量的实际情况，建设适合XX省山洪尺度的降雨融合模型，形成网格化的降雨融合产品，提高面雨量监测精度。降雨融合模型选用最优插值法。2.4.2预警模型优化山洪灾害风险预警模型以气象部门l24h不同时段预报降雨为信息源，以小流域为单元,确定主导时段雨量,综合考虑不同重现期设计暴雨量、洪峰模数、汇流时间、现状防洪能力等风险因子特征,确定不同风险等级临界雨量阈值基准。进而采用小流域分布式水文模型分析小流域土壤含水量动态变化，并结合小流域土壤含水量状态调整确定不同等级的山洪灾害风险预警指标。结合土壤含水量实测数据，对小流域分布式水文模型的土壤含水量模拟精度进行评估。结合
15、收集的小流域场次雨洪资料，进一步进行小流域产汇流模拟，间接评估土壤含水量模拟精度。结合收集的山洪害实际资料，对优化的山洪灾害风险预警模型进行合理性分析，总结山洪灾害事件及预警效果，进一步优化调整风险预警指标值。2.4,3小流域分布式水文模型精细建模以小流域基础属性数据为基础，考虑流域内山洪沟拓扑关系、地貌地形及水利工程的影响，采用小流域、河段、节点、水库、水源、分水、洼地等7类水文要素构建数字化流域，耦合面雨量、蒸散发、产流、汇流、河道洪水演进、水利工程调蓄等6类水文过程，构建21个小流域分布式水文模型。分布式水文模型划分小流域计算单元的精细程度，应能满足与水动力学模型之间耦合的要求，输出河道
16、洪水过程等，为水动力模型提供边界和区间入流条件。对小流域分布式水文模型精度进行评估，评估指标主要包括径流深相对误差、洪峰流量相对误差、峰现时间误差和纳什效率系数等。结合收集的小流域历史雨洪资料，采用参数自动优化和人工优化相结合，对小流域分布式水文模型进行参数优化，确定各小流域分布式水文模型的最优模型参数。结合2023年各山洪灾害防治区县实际发生的暴雨山洪过程，进一步检验分布式水文模型的模拟精度，综合确定分布式水文模型参数。1 .5新增山洪算法建设2 .5.1水动力学模型建设（1）水动力学模型构建与建模范围在龙门溪、龙溪、沙溪上游国宝溪、富泉溪、晒口溪等5个小流域开展L2级地理空间数据测量的重点
17、区域建设水动力学模型，采用水动力学模型进行洪水演进计算和分析，包括一维沟道洪水动态演进模型和二维洪水淹没过程动态计算模型构建和耦合，能够支持考虑桥梁淤堵和下游水位顶托等多工况组合下的洪水淹没计算和分析。（2）水动力学模型并行计算引擎构建水动力学模型并行计算引擎，基本要求如下：基于多服务器的体系架构实现并行计算；基于GPU架构实现并行计算；对于某一小流域，水动力学模型计算12小时的洪水过程用时不超过2分钟。2.5.2基于水力学的淹没范围与水深分析模型建设（1）模型构建与建模范围对21个小流域中，经危险区核定与房屋人口调查的重要防治村落所在区域,构建基于水力学的淹没范围与水深分析模型。（2）建模要
18、求基于水力学的淹没范围与水深分析模型是在河道断面测量基础上，采用曼宁公式等方法推求河道断面水位-流量关系，结合分布式水文模型计算的河道流量,推求不同断面的水位，并勾绘形成区域淹没范围。2.5.3三维仿真模型建设在龙门溪、龙溪、济溪上游国宝溪、富泉溪、晒口溪等5个小流域开展L2级地理空间数据测量的区域，建设三维仿真模型。三维可视化模型要能实现水利专业模型模拟计算结果的三维展示，并与实景三维融为一体,逼真展现山洪过程,应支持GPU加速进行实时渲染。搭建GlS底座，构建坐标转换系统和投影转换系统，为其他三维模型的接入提供GIS定位功能。基于三维挛生平台，通过流场数据组织、动态数据插值、流场三维可视化
19、技术，实现流场不同层次的动态可视化，构建可视化引擎中的动态水体。三维可视化场景构建成可共享利用的服务，可由“四预”功能平台进行调用，最终实现在小流域三维场景中应用。2.6算力建设（1）硬件补充根据小流域山洪灾害“四预”功能建设需要,本项目拟在已有硬件的基础上，补充增加用于水动力学模型计算的GPU服务器、DCU服务器和用于图形三维渲染的图形服务器。各类服务器的软件和硬件环境如下：算力资源配置要求类别配置信息数量GPU服务器（水动力计算服务器）Hygon739032C2.7GHz*2/DDR4320032G*16/16TB3.57.2K6GbSATA硬盘*4/960G2.5SATA6GbRSSD*
20、2/4GBSAS8口RAID卡/双口IGRJ45网卡/双口IoGSFP+无模块光纤网卡10GSFP+多模光模块*2/NV800-E4xl680GB300W双宽GPU卡/标准右箱耳/2200W电1源模块*2/滑轨150cm国标电源线*2/DCU服务器（水动力计算服务器）Hygon739032C2.7GHz*2DDR4320032G*16/16TB3.5时7.2K6GbSATA硬盘*4/960G2.5SATA6GbRSSD*24GBSAS8口RAID卡/双口IGRJ45网卡/双口IOGSFP+无模块光纤网卡10GSFP+多模光模块*2/HGDCUZlOOL-E4xl632GB280W双宽GPU卡*
21、2/标准右箱耳/2200W电源模块*2/滑轨150cm国标电源线*2/1图形服务器（三维渲染）Hygon739032C2.7GHz*2/DDR4320032G*16/16TB3.57.2K6GbSATA硬盘*4/960G2.5SATA6GbRSSD*24GBSAS8口RAID卡/双口IGRJ45网卡/双口IOGSFP+无模块光纤网卡10GSFP+多模光模块*2/NVRTX600048GBE4xl6300W双宽显卡*2/标准右箱耳/2200W电源模块*2/滑轨150cm国标电源线*2/1工作站CPU：21颗（12核3.2GHZ）,内存：232G；标准接口：通用插孔；3个USB3.0端口；硬盘：1TBSSD；彩色显示器：223.0”（分辨率：1920x1080）；显卡：3080,满足信创要求。2（2）政务云购买根据数字挛生小流域山洪“四预”能力建设需求，进行政务云资源数据托管服务，需购买一年的政务云资源服务。
