水文信息化在鞏乃斯河流域超歷史大洪水中的應用

劉桃茹

（伊犁水文勘測局，新疆 伊寧 835000）

1 流域概況

鞏乃斯河流域位于新疆維吾爾自治區西南部，為新疆伊犁河上游第三大支流。流域南北東三面環山，地勢整體呈東窄西寬、東高西低的格局，流域內山脈也主要為東西走向，鞏乃斯河流域與其支流恰甫河和周圍山脈形成三山夾兩川的特殊地形。

包括降雨和氣溫在內的氣候條件和包括地形地質、土壤植被、冰川等在內的下墊面條件是影響流域洪水的主要方面。鞏乃斯河流域洪水主要有融水洪水、暴雨洪水和混合型洪水三種，分別占當年水量的3.90%、6.40%和4.70%。

2 水文信息化建設及應用

2.1 水文信息化建設歷程

具體而言，流域水文信息化建設主要分成三個階段：第一階段是2011～2013年，自治區政府提出全區流域水文測報信息化建設的設想，鞏乃斯河流域開始著手籌劃流域水文信息自動化測報系統的建設；第二階段是2014～2018 年，鞏乃斯河流域水文信息自動化測報系統基本建成的基礎上，著手構建流域洪水、降雨、流速、流量等水文信息化系統。在這一階段，流域管理局在全面分析鞏乃斯河及鄰近流域水文業務需求的基礎上，全面梳理應用數據資源，推進水文業務重造和業務創新，將云計算、大數據、智能感知及物聯網等技術應用于流域水文信息化建設，力圖實現流域水文及信息資源整合共享，助推常規水文業務與信息技術的深度融合。水文信息化系統由智慧業務應用、大數據中心、基礎設施及應用支撐等模塊構成。第三階段是2019年至今，流域水文信息化系統基本建成并運營，即以已建成的水文信息化系統為依托，以流域水文一張網、數據資源一個庫、開放共享一平臺、綜合服務一站式為建設目標，構建起全新的流域水文信息化格局，打造流域水文運行管理新模式。

2.2 水文信息化系統應用成效

2.2.1 智能感知監測

鞏乃斯河流域水文信息化系統主要服務于流域防汛，為此，該系統必須準確及時高效獲取流域水位、降雨、流速、流量等信息并有效分析。該流域水文信息系統構建時按照傳感器空間位置搭建起空天地全要素智能感知體系，借助計算機技術收集、存儲、傳輸、分析觀測數據并綜合處理，得出流域超歷史洪水預測、分析、決策、管理所需水文信息。

為實現流域水文全要素自動檢測及智能感知，當前流域共設置各類水文監測站423處，基本實現對水位、降雨、土壤墑情的全自動監測，水面蒸發自動監測占比達到60%以上，流速流量自動監測占比達到32%。該水文信息化系統建成后自治區統一的水文水資源監測數據通信標準也相應建立，流域內主要報汛站水文信息可實時公網傳輸、衛星傳輸雙備份；同時，智慧水文綜合數據庫的構建也使得流域水文遙測數據在省級中心統一匯編。在2021年鞏乃斯河流域超歷史洪水出現的7～8月間，水文系統自動采集各類水文監測信息逾千萬條，監測數據20 min 入網率在98.90%以上，對于流域防汛決策起到了關鍵性的支撐作用。在流域河段支流潰口淤堤應急監測期間，衛星通訊、ADCP、自動水位監測站、雷達波測速儀、無人機浮標測流等智能感知監測系統在淤堤潰堤水位、流速、流量等監測中發揮了重要作用，也為淤堤封堵和順利排澇提供了基礎性數據。

2.2.2 水文業務支撐

基于云計算的流域水文信息資源組織及共享應用支撐平臺具備實時監控、時空及信息場景等數據整合功能，還具備資源目錄、信息標識、多級元數據、知識圖譜等功能，可進行流域水文資源虛擬化組織，構建起流域水文大數據運行環境。

鞏乃斯河流域管理局依托服務體系架構以及系統資源共享，應用支撐及業務服務應用支撐平臺，統一開發出流域水文系統規范化業務運行組件，建設流域統一接收、運行維護、水文測驗、質量管理等業務應用系統；同時構建起流域水文站網標準化管理應用系統以及水文資料整編、水情會商等業務支持系統，達成了數據統一整編、共享的水文資源整合發展新局面。

2.2.3 大數據分析

所謂大數據分析就是將前述所收集和獲取的流域水文數據進行深加工，通過水文數據整理及整合生成含有多元信息的資料成果，對流域報汛防汛提供精準信息。2021 年汛期鞏乃斯河流域依托基礎水文數據、實時水雨情測報結果、氣象及水文信息、山洪災害調查結果、GIS空間地理信息，形成數據類型豐富的流域水文大數據系統，為流域洪水預警預測水平的提升提供了數據技術支撐，測報效率和精度顯著提升，預警指標針對性更強，預見期也更長。2021 年全年流域水文信息化系統共發布洪水預警198期，山洪災害預警310期，流域控制性水文站2021年洪水測報成果匯總見表1。

表1 鞏乃斯河流域控制性水文站2021年洪水測報成果表

流域水文信息系統正式運行后在2021年汛期共發布流域水庫172 站次，在水庫攔泄洪、錯峰及削峰方面起到了重要作用；汛期通過水庫群聯合調度攔蓄洪量達到19.20×108m3，并提供了流域超歷史水位、控制性水利工程聯合攔蓄等分析依據，也為流域管理局防汛抗旱指揮部防汛調度工作提供了數據支撐。北岸大渠引水樞紐2021年洪水調度情況詳見圖1，由圖可知，7 月8 日測報的北岸大渠引水樞紐入庫流量超1×104m3/s，流域一級支流恰甫水文站水文站于7 月9 日出現4 800 m3/s 洪峰流量，流域洪水疊加，則克臺（二）水文站洪峰水位將超歷史水位；8月9日起流域管理局根據預報調度系統所反映的氣象、水雨情、控制性水利工程工情信息和歷史水文數據，提出將北岸大渠引水樞紐泄量從3 500 m3/s降低至1 980 m3/s，達到了成功錯峰的目的，使對應河段洪峰水位成功降低0.35 m，低于歷史記錄，為河段防洪安全提供了保證。

圖1 鞏乃斯河流域北岸大渠引水樞紐2021年洪水調度過程圖

2.2.4 可視化會商

通過會商以提升水文信息化測報系統的測報精度。隨著鞏乃斯河流域水文信息化系統的不斷發展，可視化會商系統的應用起到了重要作用，也使系統測報效率不斷提升。流域管理局充分利用現有網絡平臺，通過數據、視頻、語音的有機結合，構建起由流域水情中心和各支流7 個水情分中心所構成的異地視頻會商系統，自治區、市專家可實時通過視頻參與遠程討論、決策交流，解決電話等常規方式無法高效會商的弊端。

3 結論

綜上所述，水文信息化是水文現代化的具體形式，新疆維吾爾自治區流域眾多，洪澇災害頻繁發生，為防汛抗旱決策提供支撐是水文信息化建設的首要目的和主要職責。鞏乃斯河流域依照自治區《智慧水利總體方案》所構建起的涵蓋水文大數據中心、會商網絡、智能感知監測、應用支撐平臺等系統的水文信息化體系，在覆蓋范圍、測報效率和精度、自動化水平、預警預報分析等方面均較為先進，在2021年流域超歷史洪水測報過程中取得了顯著成功，也為自治區其他流域水利信息化建設提供了成功經驗。