基于防汛抗旱水利信息化工程建設的探究

郭顯豪

(丹東市振安區商務及工業信息化服務中心，遼寧 丹東 118000)

0 引 言

到“十四五”期末及近三年，遵循“提升能力、改革創新，夯實基礎、補齊短板，安全第一、以人為本，防重于搶、預防為主”的原則，遼寧省防汛抗旱水利信息化工程建設主要包括水旱災害防御裝備與現代化工程、山洪災害動態監測預警系統、水旱災害防御決策支持系統、水文預測預報預警能力、水旱災害風險調查評估成果數據庫等建設任務，以期推動由單一抗旱向全面抗旱、由洪水控制向洪水管理等防汛抗旱工作的轉變[1]。通過水利信息化建設，到“十四五”期末顯著增強城鄉旱災防御和供水能力，進一步提升區域、流域防洪能力，為促進區域經濟發展提供強有力的保障。

1 水旱災害防御裝備與技術現代化工程

圍繞流域防洪工程崩岸搶護、管涌與漫溢搶險、堤壩安全巡查、狀態評價與診斷、安全日常監測等，開展水源地安全風險防控技術研究、現代化裝備與技術試點應用、搶護管涌與漫溢險情關鍵技術裝備、堤壩管涌滲漏檢測設備、污染及訓堤監視技術研究、分布式堤壩滲漏光纖溫度傳感器監測系統等現代化技術裝備應用試點，統計整理的現代化工程如表1。

表1 水旱災害防御裝備與技術現代化工程

2 山洪災害動態監測預警系統建設

采用云計算和大數據等現代信息技術拓展、提升、鞏固山洪災害預警、預報及監測能力，在維持原有山洪災害防御責任制體系和行政管理制度的情況下，升級完善山洪災害動態監測預警系統和省級監測預警信息管理系統，實現75個縣山洪災害信息資源整合、監測預警系統集約管理和數據同步共享[2]。

2.1 升級監測預警信息管理系統

以云平臺為依托升級改造省級監測預警信息管理系統，基于大數據提供可伸縮、高并發、高可用的計算環境，實現云服務的集中管控、統一配置和全面部署。有效整合氣象、水雨情、洪澇及山洪調查評價成果、預警響應等各類業務數據，切實提高山洪災害防御監測預警決策水平和抗洪搶險救災工作的快速反應能力。

2.2 云平臺建設

1)規范、梳理山洪災害數據流程及數據源頭，保障山洪災害類數據的一源一數和數據來源的唯一性。同時，要全面收集用戶提供的資料與現有數據成果，完善水利一張圖及各類基礎數據。

2)制定全省山洪災害業務服務標準規范，依照標準升級改造或開發各業務系統，從而滿足充分利用共享及新模式式下系統建設工作需求。

3 水旱災害防御決策支持系統建設

科學利用移動互聯網、物聯網、云計算、大數據、人工智能等信息技術，打造各級公眾服務、業務管理、“智慧防汛抗旱”決策支持平臺，全面提升現代化防御水旱災害的水平和決策能力，支撐水旱災害應急管理決策與防御情勢研判。從業務應用、分析決策、數據管理、通訊傳輸、表達與交互、智慧感知等環節完善提升各業務模塊，加強情景分析、方案推演、水庫多目標聯合調度、多源信息集成等先進技術的應用，不斷優化調度決策方案。

3.1 云計算平臺與聯合調度模型開發

提升聯合調度能力的核心是云計算平臺及聯合調度模型庫開發，具體如下：

1)云計算平臺開發。依據網絡接口和標準輸入輸出接口開發的各類模型，采用云計算、大數據等技術手段統一維護與管理接入模型，向用戶提供云計算服務以實現各類調度與預測模型的開發、封裝[3]。同時，提供模型參數率定、參數配置、方案管理等功能。

2)模型庫開發包括防洪調度模型與水文預報模型，其中防洪調度模型包括大系統分解協調算法、智能算法(如遺傳算法、人工神經網絡理論、灰色系統理論、模糊數學)、多目標分析法、網絡流規劃法、優化調度方法(非線性、線性、動態規劃等)、常規調度方法(如簡易估報法、龍格庫塔法、試算法、調度規則、調度圖表等)；水文預報模型包括河道演算模型(如納須模型、馬斯京根法等)、匯流模型(如滯后演算、瞬時單位線、經驗單位線等模型)、產流預報模型(超滲產流、大伙房、經驗相關、遼寧指數、蓄滿產流、新安江等模型)。

3.2 多源異構水旱災害信息共享系統

為滿足其他相關單位與水旱災害防御管理單位之間的數據共享、信息資源整合需求構建多源異構水旱災害信息共享系統，在形成相關交換機制的情況下與公安、交通、測繪等部門建立視頻、音頻監控數據以及基礎地理數據交換共享服務；與氣象部門建立多要素氣象預報產品、衛星云圖、天氣預報、氣象站雨情信息等數據公交換共享服務，與自然資源、農業農村部門、應急部門等建立數據交換共享服務，獲取地質災害分布數據、實時旱情監測信息和接入應急部門的防汛應急事件信息，為防御災情提供信息支撐[4]。

3.3 水利信息化系統項目建設

截至2020年，遼寧省防汛相關部門已經開展了水庫調度管理系統、省直水庫洪水預報調度系統、實用洪水預報調度系統、防汛會商平臺等一系列水利信息化建設項目。隨著防汛業務需求的提升以及信息技術的快速發展，為充分發揮現有防洪調度系統的功能作用，急需升級改造，建設的大尺度流域聯合調度系統要考慮全省范圍內的水利工程，主要模塊如圖1。

2016年以來，谷城縣資金使用管理逐步規范，建立健全了覆蓋資金分配、撥付、使用、監管和績效評價全過程的扶貧統籌資金管理制度體系。

圖1 水工聯合調度系統功能

3.4 防汛抗旱公眾服務平臺

面向公眾構建全方位的防汛抗旱公眾服務平臺，包括公眾微信號、手機APP、網站等功能模塊，以地圖、視頻、圖片、文字等方式展示災險情信息(各類隱患、險情、災情)、降雨信息(雨強、日雨量)、臺風信息(預警、預報信息)、重點區域信息、水庫信息、河道信息、氣象信息(雷達圖、衛星云圖)等，提供可靠、豐富的信息資源服務和公眾應用系統。

3.5 智慧調度輔助決策支持系統

采用信息化手段、現有預案模式和方案體系，全范圍管理源方案，以完整的數字化預案管理方案實現原資源可視化、責任明確化、任務流程化、模板規范化。結合以往案例信息、人工智能技術及數據挖掘服務，從物資管理、歷史水文、城市內澇、歷史災情、山洪災害調查評價、實時雨水情等已有數據庫中搜集整理防汛抗旱行動經驗總結、應對處置措施、防洪部署、防汛會商決策等信息，為升級領導決策以及指揮人員快速啟動應急響應程序提供準確、全面、完善的防汛風險管理經驗資料。

4 水文預測預報預警能力建設

水文預測預報預警能力建設包括各級水情中心硬件設備及環境升級改造、流域及省級信息服務平臺與水文預測預報預警建設[5]。

4.1 水情預測預報預警能力提升項目

采用智能化、數字化、云平臺、大數據等先進技術升級改造水情預測預報預警系統，構建實用高效、功能齊全的各級水情預測預報預警系統，全方位提升預測能力，全面及時準確的提供水生態保護、水資源管理、水旱災害防御等信息。項目建設內容主要包括水情信息云服務系統、水情預警匯集發布統一平臺、水文干旱綜合評估與應急水情預測分析系統、歷史典型災害性洪水干旱大數據分析系統、多源信息融合的洪水風險識別預警系統、大江大河洪水預報系統、重點區域多源信息融合暴雨預報預警系統、中長期雨水情預測系統[6]。升級改造14個地級市、1個省級水情中心硬件設備及環境，結合前期建設成果要重點提升服務器計算能力、視頻會商系統、測站視頻管理系統等。

4.2 省級水文水資源信息服務平臺

升級改造水文預測預報系統，加快完善大江大河洪水預報模型和信息服務平臺，整合現有綜合服務平臺及各類預測預報系統，建成集泥沙、冰清、徑流、洪水、墑情、實時雨水情、氣候等功能的一站式預警預報綜合服務平臺，平臺要有利于下級機構的本地化應用，具備可復制性和可移植性的特點。實現在線整編、自動拍報、水位流量關系交互或自動生成、實測數據處理、測站基礎信息管理等功能。

5 水旱災害風險調查成果數據庫建設

5.1 水旱災害重點隱患排查數據庫

整合遼寧省水利工程基礎數據、防汛抗旱指揮系統項目以及全省第一次水利普查成果，建設水旱災害重點隱患排查與風險調查數據庫，加工、整理、收集全省范圍地形地貌及水文氣象等數據資料，建立完善的流域水系拓撲關系和適于多層次需求的成果管理系統。

結合水旱災害重點隱患排查成果以及風險調查數據類別，應用大數據模型架構設計建設干旱災害風險調查與評估數據庫，蓄滯洪區蓄洪能力、重點水庫防洪能力、流域防洪能力復核評估與風險隱患排查成果庫庫，暴雨洪水調查分析成果庫。

5.2 水旱災害風險調查成果管理平臺

1)為滿足水旱災害重點隱患排查與風險調查數據庫運維管理需求構建水旱災害風險信息運維子系統和風險管理輔助體系，實現水旱災害隱患點、風險等調查數據維護、導入、采集，以及數據庫運行情況管理、災情險情信息維護、特征指標值維護、特征指標項定值等功能。

2)為滿足水旱災害相關管理與決策需要構建風險調查評價成果查詢展示子系統，利用分析圖、趨勢圖、統計表、統計圖、GIS圖等多種形式直觀展示水旱災害風險調查評價相關成果，并提供打印、輸出、統計、查詢等功能。

3)為滿足水旱災害移動化管理需求構建風險調查評價成果管理APP，實現在移動端展示、查詢、運維水旱災害風險信息等功能。

5.3 水旱災害風險調查成果集成共享

為滿足水旱災害相關數據庫和重點隱患排查與風險調查數據庫的集成、共享需求構建水旱災害風險調查評價成果共享平臺，采用SOA、WEB Service等技術實現在線管理數據服務的操作、訪問、發布、注冊等功能。

6 結 語

水利信息化的持續深入和快速發展，在很大程度上促進了非工程措施提升防汛抗旱工作的效率。近年來，遼寧省利用多種信息化技術與分析、展示、預報水旱災害后果及其危害，能夠實現省市縣多級聯動和水旱災害有針對性地提前預防，保證治理行動的準確性、科學性和各項應對措施的有效性。文章結合遼寧省實際情況和防汛抗旱工作特點，提出水旱災害防御裝備與技術現代化工程、山洪災害動態監測預警系統、水文預測預警能力建設、水旱災害防御決策支持系統及調查評估數據庫建設等措施，有利于整體提升防汛抗旱效果和穩步實施“兩個轉變”，對于實現經濟社會、生態環境和水土資源的協調發展具有重要意義。