水利：當代大禹的隱形臂膀

治水是人類與自然博弈史中最悠久的形式之一。上古大禹，治水有功，成一代圣主;李冰修都江堰，至今仍效益巨大;孫叔敖、西門豹、范仲淹、王安石……許多功垂千古之士均建有治水功績。

雖然河流數量與歐洲差不多，但復雜的水文情況，決定了中國必然是一個水旱頻發之地。以北方河流為例，一二月 “枯水期”與六七月“豐水期”水量的“豐枯比”能達到幾十比一。直至今日，每年汛期，許多地方仍視防汛為首務。

1981年，馮明琿考入清華大學水利工程系，在課堂上他第一次見到了計算機，隨即就對這個能學BASIC編程的打孔機敬若神明。馮明琿現在已經是中國水利水電科學研究院的教授級高工，在他看來，水利工作中，信息技術已經從輔助走向主導，影響著水利事業的未來方向。

水利建設由于其特殊性，信息技術應用水平一直較高，從對大壩硬度、壩高的簡單計算到現在的復雜水情預測預報，從一級級拍電報、區域性微波站發展到利用寬帶、衛星傳輸水情信息，可以說，中國水利行業利用信息技術用于信息采集傳輸、數據存儲處理等方面，早就走在了其他行業前面。

“知己知彼，百戰不殆。”采訪中一名“老水利”將水利信息化稱為“大禹臂膀”，在他看來，對水利信息化的探索將是永無止境，因為它是做到“知己知彼”的重要途徑。

一場大水拉開信息化大幕

1975年8月上旬，淮河流域發生特大洪水。據統計，僅河南一省，就受淹32個縣、1800多萬畝耕地，受災地區人口約1000萬……

而事實上，淮河是新中國第一條進行全面治理的大河。早在1950年10月，《關于治理淮河的決定》是中央政府就大江大河治理做出的第一個決定。然而造成嚴重損失的淮河“75#8226;8”洪水的主要原因卻是“通信中斷、情況不明、失去指揮，同時氣象、降水和工情等信息采集、傳輸、處理和應用手段落后。”

針對這一“始料未及”的情況，1975年底，全國防汛和水庫安全會議在鄭州召開，首次提出了建立暢通可靠的報汛電信網，并有重點地應用計算機進行預報和調度，逐步實現水利調度現代化。這被視為中國水利信息化的開端。

“75#8226;8”以后，水利通信網經歷了從無到有、從有線到無線，逐步建成了包括有線、短波、超短波在內的通信網絡。“VAX系列機實時水情信息接收處理系統”和“水情、氣象信息傳輸實時處理預報調度系統”等系統開發完成，解決了實時水情信息的計算機自動接收、水情電報的計算機譯電處理。不過限于當時技術和應用水平，數據通信還要依賴郵政電報系統，很長一段時間，水利信息化還以單機輔助計算為主。直到1981年，水利信息化專門機構——水文水利調度中心正式成立，開始負責利用信息技術收集整理雨、水、工情等信息、為防汛工作服務的任務。

成效初顯

水利信息化的推進與信息技術本身的發展和應用軌跡基本吻合，國家防汛抗旱指揮系統項目建設辦公室(以下簡稱“防汛系統”)總工程師倪偉新說:“興水利是政府重要職能，但水利信息化從技術上講沒什么特別之處，因為用到的都是通用技術。”

防汛是帶動水利建設的龍頭，而防汛信息化的重點是信息采集。以“防汛系統”一期工程為例，信息采集系統在項目數量和資金投入上都超過了60%的比例，20世紀80年代中期，廣東西枝江首次建立非人工信息采集系統，由南京水利水文自動化研究所承擔了其中核心部件——雨量水位傳感器的研發。但由于當時的信息傳輸和存儲的成本非常高，這一系統沒能在全國推廣實施，全國性的防汛指揮體系也就一直沒能建立。

數據庫管理技術出現后，水利部門分別對“防洪調度系統”和“水情監測和預報技術”進行了針對性研究，并開發了“淮河干流實時水情預報綜合分析系統”、“水情信息及洪水預報預測業務系統”和“雨情氣象信息接收處理應用系統”。此后，以“全國實時水情計算機廣域網系統”為代表的信息系統的建成和投入生產運行，初步解決了實時水情信息的網絡傳輸問題，信息的收集時間和信息量都得到了明顯提高，為防汛指揮決策提高了精度、贏得了時間，標志水利信息化進入了網絡時代。

1999年8月，水利部將水文水利調度中心與水利部信息中心整合，成立水利部水文局(水利信息中心)，水利通信和信息化行業管理職能得到進一步明確。之后，“以水利信息化帶動水利現代化”的發展思路得到確立，水利信息化建設被定名為“金水工程”(即國家“十二金”工程之一)，建立一套統領全局的國家防汛抗旱指揮系統也再次被提上了日程。

2005年5月，發改委正式批準國家防汛抗旱指揮系統一期工程建設，總投資為8.02億元。工程由五部分組成:信息采集系統、通信系統、計算機網絡系統、決策支持系統和天氣雷達應用系統，分為280個單項工程進行建設。

目前，覆蓋水利部機關、7個流域機構、31個省(自治區、直轄市)的水利信息骨干網絡和異地會商視頻會議系統已經建設完成。125個水情分中心實施方案已全部得到批復，并先后啟動建設。洪水預報、防洪調度等決策支持系統等單項工程正在積極組織實施中。

實際應用情況表明，“防汛系統”在近年的抗御洪水中已經發揮了顯著作用，為國家防總和各級防汛部門的決策提供了科學、便捷、高效的支撐手段。

2007年夏，淮河干流發生了建國以來僅次于1954年的大洪水。7月3日20時，王家壩水文站超過警戒水位。淮河水利委員會水文局充分利用“防汛系統”，于7月4日8時前做出雨水情信息預報:“王家壩水文站7月5日夜里將出現洪峰，洪峰水位28.4米，流量4200立方米/秒。”7月6日凌晨5時，降雨如期而至。王家壩出現洪峰水位28.38米，超警戒水位0.88米，相應流量4200立方米/秒，預報與實況相符。

這場洪水歷時一個多月，但其造成的洪澇災害損失卻是歷年幾次流域性大洪水中最少的一次。隨著信息化水平的不斷提高，水情預報的速度和準確度也在不斷提高。據倪偉新介紹，如今利用國家防汛指揮系統，全國3000多個中央報汛水文站可以在30分鐘內(最快的僅需要幾分鐘)將水情信息直接傳送到國家防總和水利部。

扎實基礎 決策支持

1991年淮河洪水發生時，淮委水文局所有的天氣信息全部來自天氣圖，而且當時接收的天氣云圖是4個小時一張照片，還需要在暗室中沖洗。洪水預報所需要的信息是靠郵政電報傳輸到淮委，再經過人工譯電。全流域水情電報收集齊全大約需要2～3個小時，再由預報人員通過圖上操作計算，兩個小時后才能做出一個站的洪水預報。

而現在天氣云圖、測雨雷達、天氣預報、流域各地的水情等海量信息的接收全是自動化的，洪水預報的計算已經全部由軟件完成，一個工作人員在一兩分鐘內，就能做出20個站的洪水預報。水利部淮河水利委員會信息中心主任羅澤旺說: “如今做出一個站的預報就是敲兩下‘回車鍵’的時間，甚至連一分鐘都不到。”這種效率提升的背后，正是中國的水利防汛專用通信網初步建成以及信息化基礎設施建設穩步推進的結果。

經過幾十年的建設，目前中國水利系統已初步建成了可滿足語音、數據和視頻等綜合業務傳輸的防汛專用通信網。其中微波通信干線達1.5萬多公里，微波站500多個，分別在武漢、沙市、鄭州等19個防汛重點地區建成了集群移動通信網，初步建立了26個重要蓄滯洪區的縣、鄉、鎮級洪水預警反饋系統，并依托國家防汛抗旱指揮系統一期工程建成了水利信息骨干網。

“數字黃河”是馮明琿眼中用數字化手段研究解決水利問題的典型案例。該項目由水利部黃河水利委員會于2001年7月提出，主要是借助現代化手段及傳統手段采集基礎數據，對全流域及相關地區的自然、經濟、社會等要素構建一體化的數字集成平臺和虛擬環境，以功能強大的系統軟件和數學模型對黃河治理開發與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。

“束水攻沙”是明朝治黃水利專家潘季馴組織推廣的一套治水理論，沿用至今。當時，潘季馴發現黃河的問題不僅是水患問題，水患是個表象。由于河水多沙，泥沙堵塞河道是個根本問題。如果流速緩慢，泥沙沉淀，河床抬高的速度一定加快，必然導至更為嚴重的洪災。所以他提出“筑堤束水，以水攻沙，水不奔溢于兩旁，則必直刷乎河底。”其核心是將水力集中起來攻沙，但如何實施才能取得最優效果一直是一個難題，水流太小沖不動沙，水太大也不行，因為水層太厚，流速同樣會慢。“數字黃河”的實施使這一理論的科學性和預見性得到了質的飛躍，通過數學模擬，能夠迅速形成關于水量、時間、區域協同的精確方案。幾千年來一直困擾人們的黃河泥沙問題，在信息化的作用下，初步得到了部分解決。

水利事業的發展是永無止境的，因為建設環境和水利觀念的不同，不同階段有不同工作。馮明琿說，“最初靠修水庫抵御洪水，后來發現通暢下游河道也很重要，如今環保效果則越來越受到重視。”

倪偉新也認為，雖然經過幾十年的建設實踐，尤其是近20多年來幾次大的工程項目，中國的水利信息化建設水平與水利工程設計施工水平、科研能力一樣已經位于世界前列，但將信息技術與水利建設有效結合起來的探索才剛剛開始。

國家防汛抗旱指揮系統

國家防汛抗旱指揮系統工程是“金水工程”的重要組成部分和骨干工程，是“金水工程”先期啟動的重點建設項目。它是根據中國防汛抗旱工作的需要，建成的一個以水雨工旱災信息采集和雷達測雨系統為基礎、通信系統為保障、計算機網絡系統為依托、決策支持系統為核心的指揮系統。其目標是為各級防汛抗旱部門提供各類防汛抗旱信息，較準確地做出降雨、洪水和旱情的預測預報，為防汛抗旱調度決策和指揮搶險救災提供有力的技術支持和科學決策依據。

2005年5月，發改委正式批準國家防汛抗旱指揮系統一期工程建設，總投資為8.02億元。一期工程的建設為水利信息化打下了良好的基礎，提高了水情信息采集自動化水平，建設了水利行業信息“高速公路”，全面提升了水利信息基礎設施的技術水平與能力。目前，一期工程進入項目驗收階段，二期工程前期工作也正式啟動，可行性研究報告已通過水規總院組織的審查。

新安江水利樞紐是新中國建國后自行設計、自制設備、自主建設的第一座大型水利樞紐，圖為20世紀60年代的新安江水庫大壩。

三峽大壩開閘泄洪。