防汛抗旱工作中信息技术的应用

孙金标

(辽宁省盘锦市大洼区水利服务中心，辽宁 盘锦 124200)

1 防汛抗旱指挥系统

科技的发展和时代的进步，使得信息技术被越来越多的应用于防汛抗旱工作中[1]，文章围绕指挥系统业务拓展、软件开发、云计算、信息采集和平台建设等方面开展探索。

1.1 系统业务拓展

1)山洪灾害。目前，由于洪灾引起人员伤亡的灾种仍以山洪地质灾害为主，中国山洪地质灾害防治区人口规模达到5.7亿人，有防治任务的山区占全国的50.7%，达到487万km2。因此，应在防汛抗旱指挥系统工程中统一纳入现有的各类管理、预警信息、监测网站等，加强研究形成山洪地质灾害的机理提高灾害预警的可靠性。

2)台风影响。近年来，虽然生成于西太平洋的台风未呈现出增加趋势，但超强台风和强台风登陆或影响我国沿海的数量明显增多，由此带来的降雨普遍偏多[2]。因此，台风的影响应引起沿海防洪工作的重视，沿海的防洪减灾也应该被防汛指挥系统高度重视。

需采取如下防洪对策：对沿海海堤防风暴防洪标准应实行全面的普查复核，科学编制海堤建设规划全面提升海堤防洪标准；设立台风预警预报系统及风暴潮模拟分析系统，及时预警和监视台风降水强度、风力、影响范围、移动路径以及风暴潮增水过程；针对沿海海平面深入探究其风险管理与上升规律，结合实际情况提出行之有效的对策[3]。

3)沿海防洪。对于沿海的防洪形势我国防汛指挥系统考虑仍然不足，防洪现状日趋严峻。2017年3月正式发布的数据资料，2016年我国海平面比2015年高出38mm，比常年平均高82mm并超过1980年的历史高位，海平面总体呈波动上升的变化特征。近5年海平面达到历史高维，IPCC发布的气候变化评估报告提出全球海平面在过去50a间以2.6mm/a的速率上升。1980-2016年我国海平面平均以3.2mm/a的速率上升，较全球同期平均水平明显较高，依据2016年海平面公报上海的沿海平面存在较大波动，高出常年水平的102mm，上海的海平面未来30年预计上升65-150mm，上海抵御和防护风暴潮的能力显著下降，其风暴潮标准1000年一遇明显偏低。

4)城市洪涝。城市在经济社会整体发展中的重要地位和作用日趋突出，也对其提出了更高的防洪要求，为保障城市居民正常生活、减少城市建设受洪灾的不利影响，增强城市防洪排涝能力势在必行。然而，在一期、二期防洪抗旱指挥系统建设中对城市内涝问题的考虑明显不足。例如，北京2012年“7.21”特大暴雨造成了严重的经济损失和人员伤亡，因暴雨引起的洪水灾害产生很大的不利影响，但在一定程度上起到加强城市洪水工作以及加快水利基础设施建设的作用，这也是我国进入洪涝防治新时期的里程碑性的事件；2016年长江流域发生严重的城市洪涝问题，太湖出现历史第二洪水位及严重的城市局部内涝；2020年6月，珠江、太湖、黄河和长江上游先后发生1号洪水，太湖、潘阳湖、洞庭湖及长江干流监利以下河段水位超出预警，全国433条河流发生超警洪水，涉及安徽、浙江、湖北、江西、四川、广东等27个省(市、区)；据统计，洪涝灾害造成141人死亡失踪，3389万人受灾，298.3万hm2农作物受淹，房屋倒塌2.3万间，，直接经济损失695.9亿元。

城市暴雨呈增强增多趋势且大雨必涝逐渐成为城市的通病，在防汛抗旱指挥系统中应该纳入城市防洪治涝，实现统一管理和决策调度；城市防洪工作涉及应急管理、防洪建设、信息监测、工程调度、洪涝预计等；将流域防洪与城市防洪相结合统筹考虑排水、除涝、防洪3个标准，并综合考虑城市水环境、城市供水等要求。

1.2 信息采集技术

1)工情信息监测。①高密度点法具有图像直观、受外界信号干扰小和探测深度较大等优点，可现场快速确定大坝堤防内部缺陷部位和隐患性质，能够发挥应急探测的作用，但具有较低的分辨率；②探地雷达法具有探测速度快、分辨率较高、适应不同探测目标等特点，可以快速、精准的探测堤防内部缺陷，但存在解读要求高、图像不直观、外界电磁信号干扰非屏蔽天线信号强等缺陷。

2)旱情监测。①常用的点墒情监测方法是对土壤含水量利用土壤水分传感器监测，但数据代表性差且监测范围较小；②对大范围土壤墒情利用卫星遥感技术监测时具有监测内容丰富、时效性快等优点，可用于作物缺水程度、蒸发、流域土壤含水量等监测，其覆盖范围日趋广泛，但遇到云时传统的遥感监测无法掌握下面的情况，所以遥感监测受时段限制。因此，基于水量与降雨量平衡的水文模型、卫星遥感墒情反演和适量的墒情监测站点，对流域墒情进行综合分析极其重要。旱情分析系统要综合降雨利用模型，结合气象数据计算蒸散发，并考虑墒情站点数据全面分析大范围旱情信息。

3)流量监测。①现阶段，最主要的流量监测手段为自动式或半自动式传统缆道测流，监测点数量、监测垂线与测量精度密切相关，但耗时较长；②雷达波流速仪、声学流速流量(ADCP)测量仪等新型设备具有精度高、测量流速快等优点，可实现在线自动流量监测，但费用高大多为进口设备。

4)水位检测。①水位监测的主要方式为浮子式自记水位计，具有干扰小、精度高的优点，但受地形条件限制且建设费用较高；②在一些中小河流中非接触式超声波水位计的应用较多，但大气环境、湿度等条件对其监测精度影响较大；③雷达水位计、气泡水位计和压力式水位计可节省水位井建设成本，属于一种改变水位测量方式的先进水位测量仪器。所以，在水位监测中不能一概而论，要综合考虑因地制宜的选择高精度监测方式。

5)降雨监测。当前，降雨监测的常见形式有3种：①大多数雨量站监测地面雨量的仪器和手段仍以翻斗式自记雨量计为主，受周围环境和地形影响点雨量的代表性较差；②雷达监测降雨具有信息丰富、时效性强等特点，现已初步应用于防汛指挥系统，然而受地形杂波影响需要标定天气雷达反演，若受到山体、建筑影响则无法保证地面监测信息准确度；③云的特性和类型对遥感监测降雨产生显著影响，其研究基础薄弱且需掌握云的内部结构，在此基础上分析形成降雨的动力条件，精准度较低。因此，必须系统分析和监测多元数据，通过同化处理雷达站降雨量、卫星遥感以及地面雨量站数据，为提高预报精度综合利用统计权重集成、变分校准、最优差值和卡尔曼滤波校准等方法，合理确定面平均雨量。

6)信息传输技术。从传统的公用电话通信系统结合超短波、短波、微波专用通信系统，信息传输技术向卫星、GPRS系统等快速发展，重要站点要求互为备份的两种通信信道模式提高了信息传输可靠性。

2 系统平台与软件开发

2.1 云计算

目前NIST提出的云计算定义被广泛接受，总体上可概括为：它是一种提供按需的、便捷的、可用的网络资源利用模式，资源共享池可以及时提供网络服务、信息存储、软件计算、服务器模拟等功能，通过较少的管理工作或者很少的交互即可实现，并按照资源使用量用户支付相应的费用。云计算强调利用网络实现资源共享、所有资源的应用及其优化配置，它是网络技术发展与热备份冗余、高效用、分布式和并行式运算的高度融合。

防汛抗旱指挥系统一期工程设立有工情分中心和水情分中心，并且各分中心都有业务系统、数据库管理系统及服务器，许多地区不会应用或者技术水平不达标。对此，应集中到水利云平台尽快建成强大的水利云[5]。

2.2 软件开发

我国防汛抗旱指挥系统一期工程实现了业务使用系统的业务协同、资源共享和标准统一，技术体系提出的“两台一库”结构，在当时属于系统的创新点以及先进的技术。研究认为在仍然有效的“两台一库”架构上运用新的技术，不单单从概念上覆盖“互联网+”，还要在“两台一库”总体框架下将系统结构加上新的软件技术，围绕数据的唯一性和数据的统一更新建设集中式数据库。

对于灾情评估、洪水调度决策、旱情变化预测以及洪水预报预警等，防汛抗旱指挥系统中旱情灾情、历史大洪水和水文气象等长系列资料发挥着重要作用，有必要利用大数据分析技术开发与建设新的业务系统。对此，简要阐述了大数据的定义、特征和应用：①现有的软件工具无法处理、分析、共享、搜索、存储和提取复杂的、海量的数据集合，即为大数据；②大数据存在处理速度快、价值密度低、数据种类繁多、数据体量巨大等特点，通过信息提纯获取有价值的信息极为重要；③数据应用包括所有相关信息、实时更新数据、实时监测信息、建设的海量数据源的推理归纳、综合计算分析以及知识提取等。

水文预报应综合考虑历史洪水情况、低水情况、降雨分布特征和下游顶托作用等，不仅仅是计算机的简单运算而属于典型的大数据的应用。

3 结 论

1)我国防汛抗旱指挥系统工程涵盖信息应用、管理、处理、传输、资源和服务的全过程，实质上属于水利信息化的龙头工程和信息系统工程，工程的实施为促进水利信息化的快速发展提供技术引领和重要基础设施支撑。

2)防汛抗旱指挥系统一期工程具有先进实用的技术体系与方案，也是当时新型技术信息的主流，其设计原则总体上也是先进的。近年来，随着信息技术的快速发展信息服务、软件开发、网络、信息传输等取得较大的发展，必须对其技术体系做出调整，尽可能将成熟的、最新的信息技术应用于未来系统的升级改造和建设，“两台一库”的总体架构仍具有一定的适用性。

3)结合水旱灾害新特点拓展指挥系统工程的内涵，并在我国防汛抗旱指挥系统中纳入沿海地区防洪防风暴潮应对措施、山洪地质灾害监测预警及城市洪涝防治等内容。