新時期西藏水文現(xiàn)代化建設的現(xiàn)狀與研究

胡春杰 李永峰 劉英蔓

(1. 江蘇南水科技有限公司,江蘇 南京 210012;2. 西藏自治區(qū)水文水資源勘測局,西藏 拉薩 850000;3. 西藏開發(fā)投資集團有限公司,西藏 拉薩 850000)

水文是水利事業(yè)的重中之重,不但服務于水資源管理、防汛抗旱,而且為城鎮(zhèn)化建設及生態(tài)文明建設提供保障[1-2]。 2023 年2 月,中共中央、國務院印發(fā)了《數(shù)字中國建設整體布局規(guī)劃》,提出2035 年遠期數(shù)字中國建設目標。 李國英部長要求,加快建設國家水文站網(wǎng),加強水文規(guī)律分析研究,以數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化為主線,以數(shù)字化場景、智慧化模擬、精準化決策為路徑,全面推進算據(jù)、算法、算力建設,加快構(gòu)建具有預報、預警、預演、預案功能的智慧水利體系。 《全國水文基礎設施建設“十四五”規(guī)劃》明確提出打造“空天地”一體化水文監(jiān)測體系;實現(xiàn)水文全要素、全量程自動監(jiān)測,水文數(shù)據(jù)測驗、歸集、存儲、處理、預測預報和分析評價全流程自動化、智能化和精準化。

西藏自治區(qū)水文工作全面貫徹新發(fā)展理念,以水文數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化為重點,全面推動水文情報預警預報、水資源時空分布及變化規(guī)律動態(tài)監(jiān)控評價能力全面增強,站網(wǎng)布局更全面、水文監(jiān)測更精準、水情預報更快捷、水資源動態(tài)評價更及時,強化預報、預警、預演、預案“四預”措施,堅決守住水旱災害防御底線,為全區(qū)水旱災害防御、水資源管理、水環(huán)境保護、水生態(tài)修復提供更堅實的基礎性支撐。

1 西藏水文發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 水文監(jiān)測能力全面提升

西藏水文站網(wǎng)起步較早,但受經(jīng)濟條件影響,前期發(fā)展較為緩慢,快速發(fā)展階段主要集中在“十二五”和“十三五”期間。 截至2022 年12 月,全區(qū)共規(guī)劃各類站點1026 處(不包括外建專用站8 處、共建共管站18處及應急水位監(jiān)測站7 處),其中水文站134 處、水位站79 處、雨量站615 處(不包括水文站、水位站內(nèi)的雨量監(jiān)測點)、地表水監(jiān)測斷面132 處、墑情站6 處、地下水監(jiān)測站60 處。

1.2 水文監(jiān)測能力全面提升

“十三五”期間,西藏水文局通過“西藏自治區(qū)大江大河水文監(jiān)測系統(tǒng)建設工程二期”“西藏自治區(qū)水文監(jiān)測及水資源監(jiān)控系統(tǒng)建設工程”“西藏自治區(qū)跨界河流水文站網(wǎng)第三期建設工程”等項目建設,更新完善一批水文測站的水文基礎設施,基本保證了水文測站監(jiān)測工作的正常運行,同時配置了ADCP、雷達波測流系統(tǒng)、全自動纜道等先進測驗設備,積極推進新儀器新技術在水文監(jiān)測工作中的應用。 通過“十三五”期間的建設,西藏水文監(jiān)測能力有了較大提升,計算機與通信新技術的應用使全區(qū)水文信息采集與傳輸?shù)臅r效性和可靠性明顯提高[3]。

1.3 信息服務水平顯著提高

現(xiàn)階段,西藏水文局、地市水文分局和水文測站之間采用多種通信手段形成了三級水情信息通信網(wǎng)絡,基本實現(xiàn)了網(wǎng)上傳輸、接收、處理及轉(zhuǎn)發(fā)等,在防汛抗旱工作中發(fā)揮了重要的支撐作用。 其中水文測站與西藏水文局之間水情上報采用短信、移動公網(wǎng)和衛(wèi)星等通信手段,基本能滿足水情上報要求;西藏水文局與地市水文分局之間水文信息傳輸采用專線,傳輸方式相對高效、穩(wěn)定、安全,但專線帶寬僅為2M,傳輸能力較弱。

2 水文現(xiàn)代化建設思路

立足于西藏水旱災害防御、水資源管理、水環(huán)境治理和水生態(tài)保護等實際需求,以改造大江大河水文站網(wǎng)自動化監(jiān)測能力建設為重點,鄉(xiāng)村水利工程和水雨情自動監(jiān)測站為輔助,大力推進水文自動監(jiān)測體系建設;完善水文監(jiān)測中心建設,提升水資源監(jiān)測能力,實現(xiàn)水文監(jiān)測全集控。 水文監(jiān)測體系見圖1。

圖1 水文監(jiān)測體系示意圖

2.1 水文測站自動化建設

對水文測站全面提檔升級,提升水文測站的自動監(jiān)測能力。 實行水文測站分類分級管理:一是基本水文測站,全部實現(xiàn)“全要素、全自動、全量程”監(jiān)測。 二是專用水文測站,以中高水實時自動化監(jiān)測為重點,推進防汛專用站自動監(jiān)測;以中低水實時自動化監(jiān)測為重點,推進抗旱和生態(tài)流量站自動監(jiān)測。

2.2 水文監(jiān)測中心建設

以區(qū)、市級水文監(jiān)測中心為重點,推進縣級水文監(jiān)測中心建設,提高水文監(jiān)測及應急管理能力。 水文站網(wǎng)河段水雨情、水文監(jiān)測數(shù)據(jù)、水文視頻數(shù)據(jù)、工況運維數(shù)據(jù)等經(jīng)過在線整編系統(tǒng)校核審查后,統(tǒng)一匯集到水文監(jiān)測中心,構(gòu)建視頻智能監(jiān)控、監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)一接收、動態(tài)分析評價、及時發(fā)布信息、實時指揮調(diào)度的水文監(jiān)測中心[4-5]。

2.3 水質(zhì)水資源檢測、監(jiān)測能力建設

加強水質(zhì)實驗室檢測能力建設,區(qū)級水質(zhì)實驗室要具有三項標準的檢測能力,市級水質(zhì)實驗室要具有基本項目檢測能力。 向水生態(tài)監(jiān)測方面進行拓展,滿足全面掌握江河湖庫和地下水水質(zhì)基本狀況,以及水資源調(diào)配、引退水、生態(tài)補水、飲用水水源等專項水質(zhì)監(jiān)測需求。

3 水文現(xiàn)代化建設對策

3.1 推進水文數(shù)字化

按照“補充完善、升級改造、整合共享”原則,優(yōu)化信息資源配置,充分利用現(xiàn)有數(shù)據(jù)資源,加快推進水文數(shù)字化。

a.建設實時水文數(shù)據(jù)庫。 構(gòu)建水文大數(shù)據(jù)基礎平臺,進行水文數(shù)據(jù)的資源整合、整編和入庫,構(gòu)建西藏自治區(qū)實時水文數(shù)據(jù)庫。

b.完善系列水文數(shù)據(jù)庫。 充分利用現(xiàn)有數(shù)據(jù)資源,建設水文歷史數(shù)據(jù)庫,推進水文資料存儲、管理和應用的數(shù)字化建設,逐步完善數(shù)字化的系列水文數(shù)據(jù)庫。

c.構(gòu)建河湖基礎數(shù)據(jù)庫。 構(gòu)建“權(quán)威、全面、合法、安全、可靠”的河湖地理信息時空大數(shù)據(jù)一張圖,提供面向各專題的空間決策支持服務、數(shù)據(jù)深度挖掘分析等多種應用的一體化服務模式,增強智慧水文空間決策支持能力。

3.2 推進水文網(wǎng)絡化

加強水文信息網(wǎng)絡系統(tǒng)“公有云+私有云”的部署,推進信息資源融合共享,提升水文數(shù)字化、智能化應用能力,強化水文網(wǎng)絡安全保障,為建設“智慧水文”更精準更快捷的服務提供基礎支撐[6-8]。

a.構(gòu)建水文云支撐系統(tǒng)。 基于現(xiàn)有計算存儲資源,整合水文數(shù)據(jù)應用節(jié)點,采用云計算技術實現(xiàn)對網(wǎng)絡、機房、計算、存儲資源的統(tǒng)一調(diào)度和管理,構(gòu)建設施集約、性能高效、安全穩(wěn)定的水文云計算基礎,提供集約化的基礎設施服務。

b.提升數(shù)據(jù)傳輸水平。 面向下一代網(wǎng)絡的發(fā)展,升級改造移動互聯(lián)網(wǎng)、局域網(wǎng)、水文骨干網(wǎng);全面提升網(wǎng)絡帶寬,滿足水文業(yè)務發(fā)展需求;充分利用北斗衛(wèi)星、低功耗4G 和5G、NB-IoT、LoRa 等通信技術,打造高速、移動、安全的新一代信息骨干網(wǎng)。

c.建設水文應用支撐平臺。 構(gòu)建基于微服務、SOA 等架構(gòu)的應用體系,提供統(tǒng)一的應用支撐能力,為各應用系統(tǒng)的開發(fā)提供基礎,實現(xiàn)跨系統(tǒng)間數(shù)據(jù)、流程、界面的集成與共享,解決應用系統(tǒng)間交互操作等問題。

3.3 開發(fā)構(gòu)建預警預報實時化系統(tǒng)

強化水旱災害防御更精準更快捷支撐,開發(fā)預警預報系統(tǒng),實現(xiàn)工作流程規(guī)范化、發(fā)布成果標準化、工作方式自動化。

a.健全水情情報預報綜合業(yè)務系統(tǒng)。 對現(xiàn)有水情業(yè)務應用系統(tǒng)整合升級完善,全面提升情報預報數(shù)據(jù)分析處理能力和共享服務水平;開發(fā)智能值班、實時情報預報信息監(jiān)控處理系統(tǒng),升級完善實時雨水情數(shù)據(jù)庫,構(gòu)建現(xiàn)代化的水文情報預報業(yè)務系統(tǒng)與服務平臺。

b.構(gòu)建預報調(diào)度一體化服務系統(tǒng)。 構(gòu)建流域水工程聯(lián)合調(diào)度的水文分析和預測預報體系,實現(xiàn)水文預報與氣象、水工程的耦合,深化水文預報與服務對象的關聯(lián),初步實現(xiàn)對重要河湖洪水過程的模擬推演和數(shù)字流場映射,實現(xiàn)預報調(diào)度一體化。

c.完善山洪災害動態(tài)預警系統(tǒng)。 在現(xiàn)有針對山洪災害防治項目開發(fā)的預警軟件基礎上,進一步提升軟硬件支撐能力,實現(xiàn)不同時段以小流域為單元的區(qū)域山洪災害動態(tài)風險預警,大幅提升山洪災害預警預報水平。

d.完善國際河流報汛系統(tǒng)。 對國際河流報汛站點報汛設施進行全面改造,實現(xiàn)報汛站“GPRS+北斗衛(wèi)星”雙信道通信,進一步完善國際報汛軟硬件系統(tǒng),加強報汛數(shù)據(jù)保障,提升國際報汛服務能力。

3.4 完善構(gòu)建水資源智能化動態(tài)評價系統(tǒng)

根據(jù)水資源管理、水生態(tài)保護等需求,充分應用大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能等技術,構(gòu)建滿足流域和區(qū)域、地表水和地下水等服務領域的水資源動態(tài)分析評價預警系統(tǒng)。

a.完善水資源系統(tǒng)。 充分整合現(xiàn)有系統(tǒng)資源,通過應用集成的方式進行系統(tǒng)完善升級,補充水量水質(zhì)聯(lián)合評價及區(qū)域、流域水資源評價等功能,結(jié)合在線整編成果,在評價模型的基礎上實現(xiàn)水資源量的年度動態(tài)評估和評價。

b.構(gòu)建動態(tài)水文情勢分析評價系統(tǒng)。 從水文情勢、汛情旱情等多方面、多角度,全面深入地分析西藏水文情勢變化情況,提升不同空間尺度的評估能力,提供實時分析評估成果并實時推送。

c.構(gòu)建地下水信息分析評價系統(tǒng)。 開發(fā)地下水水位監(jiān)測、地下水利用等信息提取功能,開發(fā)地下水預測預報功能,實現(xiàn)模擬分析輸出未來一定時間段內(nèi)的地下水水位分布及變化趨勢。

d.構(gòu)建水質(zhì)水生態(tài)預測預警系統(tǒng)。 建立重要河段和湖庫水生態(tài)本底值數(shù)據(jù)庫,開發(fā)水生態(tài)信息及水量補充、水質(zhì)狀況等現(xiàn)狀信息獲取功能,以及水質(zhì)常規(guī)污染物遷移擴散、富營養(yǎng)化動力學、水環(huán)境動力學模擬計算功能,實現(xiàn)對主要污染物的遷移時空分布規(guī)律、水華預測預警動態(tài)、水生態(tài)變化的分析模擬,向各級水行政部門和相關部門提供主要河湖實時水質(zhì)、水華等預測預警服務。

4 結(jié) 語

本文通過對西藏自治區(qū)水文現(xiàn)代化建設現(xiàn)狀與存在問題進行分析,提出了建設思路和解決對策。 西藏水文要立足流域管理、經(jīng)濟社會發(fā)展需求,充分應用大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能、區(qū)塊鏈等技術,加快推進水文數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化建設,為推進水文服務精準化提供可能,提升水文服務支撐能力,為西藏地區(qū)社會經(jīng)濟發(fā)展提供更及時、更全面、更準確地水文服務。