安徽阜南測區水文預警預報能力提升對策

李威峰

(安徽省阜陽市阜南縣王家壩水文站，安徽 阜陽 236312)

水文監測預警預報是水旱災害防御工作的尖兵、耳目和參謀，在歷年的防汛抗旱、水工程運行、水資源調度管理等工作中發揮了重要作用，取得了顯著經濟效益和社會效益[1]。近年來水利部水文司不斷加快推進水文現代化建設，隨著水文監測與管理機制的改革，水文應急響應和快速反應能力均有所提升，各地區逐漸形成了以測區為管理單位，巡測、駐測、應急監測和購買服務相結合的水文監測管理模式，水文監測預警預報從原有的“一站一策”轉變為“一區一策”[2]。

當前針對水文監測與預警預報的研究較多，在水文測驗與水文信息采集方面，韓東陽等[3]設計研發了集成水文監測、水文預報及水文計算等功能的機器人，可根據歷史信息與觀測信息進行水文預報，生成調度決策方案并發布預報預警信息。在水文監測軟件與數據處理平臺方面，牛智星等[4]采用C#.NET語言設計開發了水文監測數據統一接收軟件并在云南省各地市水文自動測報系統數據接收整合中進行了應用，統一了數據接收和存儲并提高水文監測系統管理質量和效率。在水文信息報送與傳輸方面，曾銘進等[5]提出一種基于北斗短報文通信的智能水文監測系統，可采集水位、溫度、濁度及降雨量等實時數據，并將數據通過LoRa通信模塊傳輸到匯集節點，經數據處理后通過北斗短報文模塊實時發送至北斗衛星，由北斗衛星將實時數據傳輸到監測終端，實現水文信息監測的全自動化。

已有研究從水文測驗、水文信息采集、水文信息報送、水文信息處理平臺等方面進行了大量探索，并在部分地區取得了較為良好的效果，但水文測驗工作與水文預報工作受地理環境與氣象因素影響較為顯著，具有很強的地域性。鑒于此，本研究擬以阜南水文勘測隊為例，根據本測區水文測驗與水文預報工作特點，結合本測區歷年測驗數據與工作經驗，針對當前存在的薄弱項目、薄弱環節提出相應對策，以期進一步提升整個測區水文預警預報能力，提升水文測驗工作效率，以便更好開展巡測工作，進而加速推進水文現代化進程。

1 測區概況

1.1 測區簡介

阜南縣地處皖西北、淮河中上游結合部，襟帶潁淮，承接豫皖，行政區域面積1801km2，轄28個鄉鎮，1個省級經濟開發區，334個村(居)委會[6]。阜南縣位于黃淮海平原南緣，淮河中游北岸，安徽省西北隅，阜陽市南部。北依潁州區，東鄰潁上縣，西接臨泉縣，南臨淮河、洪河，由東南至西南依次與安徽省霍邱縣、河南省固始縣、河南省淮濱縣以河為界[7]。

阜南測區內有淮河干流、淮河官沙湖分洪道、洪河、洪河分洪道、谷河、潤河、界南河等河流，另有洪洼蓄洪區、濛洼蓄洪區2個重點行蓄洪區，測區內河流、行蓄洪區均屬淮河水系。

1.2 測區巡測方案

根據《安徽省水文監測改革實施方案》，阜南水文勘測隊管轄范圍定為阜南縣全境，東經115°16′28″～115°56′43″，北緯32°24′21″～32°54′28″范圍內，面積1801km2。下轄基本水文站2個、專用水文站4個，應急監測斷面1個，水位站2個，雨量站20個，地下水站7個，水質監測斷面5個，水質排污口監測點20個，墑情站1個。

目前阜南水文勘測隊轄區內的雨量、水位、地下水位全部實現自動化監測，流量、泥沙、蒸發、水質全部為人工監測。流量和泥沙監測是測區水文監測工作重點，流量測驗主要采用纜道、橋測、船測等方式，泥沙站的輸沙率和單沙測驗主要采用橫式采樣器人工船測。以2021年測驗工作統計分析：王家壩站測流217次(精測法5次)，實測單沙207次、懸移質輸沙率5次；王家壩(釤崗)站全年測流79次(精測法5次)，實測單沙58次、懸移質輸沙率10次；方集站測流15次；苗寺站測流12次。

阜南水文勘測隊巡測區基本水文站有2個，分別為王家壩站和方集站，其中王家壩站采取6—9月全員駐測、其他月份輪流駐測值班的模式。該站配備11人，要求6—9月全員在崗，其他月份在保證測站有3—4人駐測的前提下采取輪班制，負責完成雨量、水位、流量、泥沙和水質等日常監測任務，未留站人員在勘測隊隊部按有關規定正常上班，完成各測站資料校核和整編等工作。

方集站采取6—9月駐測、其他月份以購買服務方式雇看護人員，負責設施設備看護工作，該站人員在勘測隊隊部按有關規定正常上班，完成各測站資料校核和整編等工作。

阜南水文勘測隊巡測區專用水文站有4個，分別為王家壩(釤崗)、地理城、曹臺子閘和苗寺站，均實行全年巡測。

2 水文監測與預報現狀

2.1 水文測驗工作短板

近年來，各測站的測驗環境取得了較大的改善，新設備、新技術在水文工作中的實際運用不斷加強，但與現代水文測站要求相比還存在差距。

(1)流量、沙量監測自動化程度低。目前王家壩站點在設防水位以下流量測驗斷面布設流量自動監測系統，設備安裝位置靠近主航道易被毀壞；布設沙量自動監測系統，洪水期受水草影響易故障；含沙量測驗采用傳統烘干法，采樣方法周期長、過程繁瑣、工作量繁重。

(2)發生超標準洪水時人員不足，勞動強度大。發生流域性洪水時，一組人員一天內奔波于多個斷面測流，水文測報工作面臨著嚴峻挑戰。阜南測區共有流量監測斷面有5個(王家壩(淮干)、王家壩閘、王家壩(釤崗)、方集、苗寺)。王家壩(淮干)高水斷面大水時水面寬約1000m，每天需3～4人采用沖鋒舟帶ADCP測流2～3次；王家壩(釤崗)斷面高水時水面寬約1700m，需要3～5人在釤崗公路橋上采用拖拉飄船ADCP測流2～3次；遇王家壩閘開閘時，需要2～3人在閘上采用電波流速儀或閘下纜道ADCP測流；方集、苗寺和地理城斷面距離較遠采用巡測。每日完成王家壩(淮干)高水斷面、王家壩(釤崗)斷面、王家壩閘流量測驗作業時間需要7～11h，遇水面水流急、漂浮物多時作業時間將延長。

2.2 水文自動測報和信息共享中存在的問題

經過多年建設，水文測報自動化和信息共享已取得長足發展，擁有涵蓋水文監測、水情報汛、信息處理、監視分析、預測預報、預警發布等多個方面的水文測報體系。但伴隨著系統硬件、軟件老化的問題，在運用過程中暴露出一些不足。

(1)設備型號繁雜，軟硬件升級維護困難。由于各類監測站點數量較多，設備供貨廠家、型號不一致，不同監測項目的遙測數據接收平臺及其配套的報文翻譯、數據入庫等軟件不能互相兼容，處理、查詢、狀態監控等功能較為分散，不利于數據的集中管理、利用及站點運行狀態的監控管理和維修維護；目前正在使用的雨水情和墑情遙測數據接收平臺及其配套的報文翻譯、數據入庫等軟老化，軟件開發公司不再提供更新維護等相關技術支持，亟需對相關軟件進行升級更新；原有水文預警短信系統故障，短歷時強降雨預警無法實現自動化，影響水文服務能力

(2)上游雨水情、工情等信息共享程度較低，影響測報精度。阜南測區內河流多為跨省河流，及時、準確的獲取上游河南省境內的雨情、水情、工情等信息對各河流的預警預報和防汛減災等工作的開展至關重要。目前河南省內相關河流的雨水情和工情信息只能通過省級水文局數據庫交換系統獲取，僅在汛期洪水過程中水位、流量等信息能夠做到1h更新一次數據，信息更新時效性較差，導致水情、工情信息和各預報斷面的預報成果獲取的及時性、準確性受影響，無法根據上游實測數據和成果滾動修正預報，影響預報精度。

(3)流量自動測驗率低。近年來新技術的應用為水文監測體系提供了技術支持，降水量和水位信息已能實現動態掌握，但是流量自動測驗進展緩慢、自動化率較低，目前水文站流量仍以人工測流為主，主要采用纜道、船測、橋測(有橋梁條件時)等方式，當出現超標準的大洪水時受監測條件限制，監測強度大、測驗頻次低，容易受到非測驗工作干擾，影響測驗時效性，導致洪水資料一致性、代表性差，不利于掌握河流暴雨洪水規律。

2.3 水文預報預警方面存在的瓶頸

目前測區共有預報斷面2個、水情預警站點3個，涵蓋了淮河、官沙湖分洪道、洪河等重要河道控制斷面。在2020年7月淮河發生流域性較大洪水過程中及時根據雨水情、氣象預報信息進行了滾動預測預報和預警信息，對洪水發展過程做出了準確的預報預警，為科學調度洪水、防汛減災起到了重要技術支撐作用，但同時也暴露出一些問題。

(1)隨著人類活動影響加劇，流域內下墊面變化劇烈導致產匯流規律改變。淮河干流新建大型水庫出山店水庫、臨淮崗水利樞紐工程投入以及2020年汛后官沙湖分洪道主河槽治理，對轄區內王家壩站產匯流規律影響較大，導致原有洪水預報方案預報精度受到影響。

(2)服務于水文預報的流域面雨量預報獲取途徑單一。由于轄區內主要河流均為跨省河流，各預報斷面進行水文預報時需要上游面雨量分區預報。目前淮河河流面雨量預報僅有淮河流域氣象中心數據預報，降水預報預見期以3d為主，預見期延長后精度會顯著下降，氣象預報的穩定和水文預報模型區間空間位置精準度不高，對提高水文預報精度有較大影響。

(3)對水文預報預警方案使用固化，預報新預報方案構建能力較弱。現有預報方案基本都是基于謝爾曼單位線、降雨徑流指數、馬斯京根演算等傳統預報方法構建，對于新安江預報模型構建以及洪水的影響預報、概率預報等新理論、新方法的探索能力較為弱化，影響測區水文預報精度和水情服務能力的持續提高。

3 提升水文測報能力的措施

3.1 補齊測驗短板，提升監測能力

(1)補強測站功能。統籌完善站網布局，優化各類水文測站功能，增加城市水文、有防洪任務的中小河流、行政區界、供水水源地等水量、水質、水生態監測站點，擴大重點區域水文站網覆蓋范圍。

(2)建設現代水文監測體系。采用現代技術，對水文測站建設提檔升級，實現水文要素的自動在線和可視化監測，加大現代監測裝備配備力度，提高水文綜合監測能力。配備巡測工具和無人機、無人船、走航式ADCP等先進的移動監測設備，擴大水文資料收集和服務范圍。

(3)著力優化基層水文人力資源配置，全面解放水文測站勞動生產力。為適應新時代水文發展的需要，在滿足水文測報規范要求的基礎上，繼續深化轄區內巡測改革工作，明確測區任務要求，改變測驗方式，優化測站之間的人員配置，將長期駐測的傳統測驗方式轉變為以巡為主的測驗方式，逐步實現"有人看管、無人值守"的現代測站管理模式，更好地適應水文事業發展和社會經濟發展對水文測報的需求。

3.2 加強自動測報管理，構建信息共享平臺

(1)梳理現有業務系統，合理優化資源配置，在水文監測預報方面加大投入，提升軟硬件設施設備，打造水文綜合管理一體化平臺，實現對多要素、不同類型設備監測數據的集中接收、處理、查詢、監控的統一管理，全面提高水文信息采集、傳輸、處理水平，構建符合新時代水文業務需求的自動測報和水情服務系統。

(2)加強跨省河流相關的雨水情、工情等信息交換的頂層設計，完善工情信息報送機制，探索利用物聯網、大數據和人工智能等技術整合現有信息的軟硬件資源，構建統一的跨省河流信息共享與發布平臺，實現流域雨水情信息和預報斷面預報成果實時動態更新，為跨界流域統籌協調防汛減災工作提供有效平臺。

(3)加強流量自動監測的探索研究。目前淮河王家壩站已經通過落差指數法等非工程措施構建模型實現流量在線，但該方法需要根據洪水來水組成調整模型參數，對監測斷面應用條件有較強要求。為有效提高流量監測自動率，應繼續加強工程和非工程等措施的研究，尤其是基于雷達波、側掃雷達、ADCP等新技術、新設備在流量自動監測的應用探索，以便有效提高流量的監測密度與精度，提高實時在線監測能力。

3.3 加強水文預報預警業務能力建設，提升水情服務水平

(1)加強流域工況變化信息的收集整理工作，根據掌握資料及時開展變化后的流域下墊面產匯流規律基礎研究，構建適合流域產匯流特點的模型方法，提高水文預報預警精度。

(2)大力開展水文氣象耦合研究，探索跨省河流氣象降水預報信息共享機制以及和水文預報的結合應用途徑，為防汛減災做好技術支撐服務。

(3)推進新方法、新技術在水文情報預報工作中的普及應用，針對水文情報預報日常工作中碰到的關鍵技術難題進行集中業務培訓演練，通過形式多樣的業務培訓、交流學習等活動，提高預報業務人員專業技能和水平，提升水文情報預報預警服務能力。

4 結語

(1)根據本測區特點，制定測區水文工作人員培養方案，借助5G技術、新媒體、網絡授課、網絡會議等現代化手段，循序漸進推動測區人員理論學習，采用以用代培、以考代培等方式，掃除業務短板，不斷提升人員綜合素質與測驗水平。

(2)根據本測區業務類型，整理歸納測區內儀器、設備型號等信息，集中收集設備工作特性與工作狀態信息，優先采用具有物聯網功能、遠程監控功能的新設備，逐步建立建立信息共享平臺，完善設備維護與管理流程，提高設備測驗效率。

(3)根據本測區人員配置，優化人員分組，定期開展應急演練，及時對比總結，協調組件溝通效率，結合新設備提升人員測驗效率。