水旱灾害防御信息化的实践与思考

王 为

（水利部水旱灾害防御司，北京 100053）

2020 年我国发生了 1998 年以来最严重的汛情。长江、黄河等六大江河共发生 21 次编号洪水，共有 836 条河流发生超警戒以上洪水，其中：269 条河流发生超保证洪水，78 条河流发生超历史洪水。各级水利部门坚决贯彻落实党中央、国务院的决策部署，积极践行“两个坚持、三个转变”防灾减灾救灾理念，立足监测预报预警、水工程调度、抢险技术支撑“三项职责”，把超标洪水、水库失事、山洪灾害作为防汛领域的“三大风险”进行重点防范，通过科学调度、主动防控，有力应对了罕见江河洪水和暴雨山洪等灾害，实现了“超标洪水不打乱仗，标准内洪水不出意外，水库不因工作不到位造成垮坝失事，山洪灾害不出现群死群伤”的“四不”目标，为经济社会发展和做好“六稳”工作、落实“六保”任务提供了安全保障。

信息化对水旱灾害防御工作的支撑与服务，主要体现在雨水情监测、洪水预报预警及水工程调度决策支持等方面。在 2020 年的水旱灾害防御工作中，水利部成立雨水情监测预报和水工程调度 2 个专班，密切监视汛情，滚动预测预报，及时发布洪水、山洪预警，科学精细地实施水工程防洪联合调度，发挥了巨大的防灾减灾效益。

1 水旱灾害防御信息化在防汛抗洪中发挥了重要作用

1.1 水文监测信息是水旱灾害防御决策的重要依据

水文是水旱灾害防御的“尖兵”“耳目”和“参谋”，水旱灾害防御离不开水文监测分析。特别是近年来，水文信息的监测、传输能力有了很大的提高，为水旱灾害防御决策提供了强大的信息支持：

1）报汛信息方面。2020 年全国报汛站总量达 12 万余处，报汛信息总量达15.62 亿条，分别较1998 年增加近 40 和 200 倍。

2）传输效率方面。水文数据基本实现逐小时采集，必要时可达分钟级采集，测站信息收集整理后传输到水利部的时间由 1998 年的 2 个多 h 缩短至15 min 以内。

3）新技术应用方面。在 2020 年防洪中遥感、无人机、视频等先进技术和装备得到广泛应用，其中：利用卫星，连续开展鄱阳湖、洞庭湖、巢湖、蒙洼蓄洪区等区域的洪水遥感监测共 52 次，总面积达 6.83万 km2，并分析洪水动态变化和受影响区域情况；依托水利一张图，综合展示和分析研判水利设施、防洪保护对象、地形地貌、经济社会等背景信息，以及实时水情、视频监控、遥感监测等实况信息和重要断面的预报信息。

1.2 滚动会商研判是水旱灾害防御决策的重要支撑

根据各江河洪水特性和边界条件，水利部汛前下达了预测预报任务，督促指导各级水文部门做好防范“三大风险”的技术支撑准备，组织开展水文测报演练。汛期，完善“专班预报、联合会商、滚动订正”的洪水预报工作机制，创新建立预报 3 d（第 1～3 d）、预测 3 d（第 4～6 d）、展望 3 d（第 7～9 d）的渐进式模式。同时，加密与中国气象局及水利部流域管理机构、相关省（自治区、直辖市）水文部门的联合会商，滚动修正预报成果，提高洪水预报精度，延长预见期。根据预测预报成果，科学研判汛情态势和发展趋势，提前做出有针对性地防御部署和水工程调度安排，提前向预报可能发生暴雨洪水的地区派出工作组、督查组，指导督促相关地区做好防范应对。滚动会商研判为提前做好“防”的工作奠定了基础。

1.3 准确预报分析是水旱灾害防御决策的成功前提

准确的预测预报是做好洪水防范应对的前提，特别是水工程的防洪调度，更与洪水预报密不可分。经过多年努力，截至 2020 年底，水利部承担的预报断面增加到 255 处，基本覆盖国家防洪调度所需的大江大河和主要支流及重点水库等；全国水文部门预报断面增加到 1 610 处，作业预报范围涉及1 000 多条河流。

汛期，水利部针对汛情形势组建了长江、淮河、太湖等流域的洪水预测预报专班，与水工程调度专班共同做好水工程防洪调度。在防御淮河流域洪水过程中，针对降雨强度大、河道水位快速上涨的严峻形势，增加王家坝等重要断面的监测频次，每 6 min 报告 1 次水位和流量，准确预报其最高水位将突破保证水位并继续上涨，可能超过分洪闸堰顶高程；根据预报结果，提前做好蒙洼蓄洪区运用准备，科学及时做出启用决策，有序应对，保障了防洪安全[1]。

1.4 科学精细调度是水旱灾害防御成效的重要保障

水工程调度是水旱灾害防御的重要手段和有效措施，直接影响到防御工作全局，在水利信息化的支撑下，水工程调度技术不断进步，水平不断提高，发挥的效益日益显著。

水利部组织修订完善重要江河湖泊、重点水库等的防御洪水和洪水调度方案，探索开展流域水工程防灾联合调度，努力提高水工程调度的科学性和精细化水平。特别是长江流域开展了以三峡水库为核心的长江干支流水库群联合调度研究与实践，在水旱灾害防御中发挥了重要作用：

1）长江流域纳入联合调度的水工程数量已经达到 101 座，包括骨干水库、蓄滞洪区、重要排涝泵站和引调水工程等，覆盖全流域，统筹考虑防洪、供水、生态、发电、航运等各方面需求，初步建立了流域水库群联合调度机制。

2）长江防洪预报调度系统汇集 3 万多个报汛站点信息，协同 31 个干支流预报调度体系 849 个预报节点、近 100 个调度对象，基于大数据和智能计算等先进科学技术，每 3～5 min 就能生成 1 套调度分析方案。

在应对长江流域洪水过程中，水利部长江水利委员会利用长江防洪预报调度系统，科学调度上中游水库群，合计拦蓄洪水超过 490 亿 m3，其中三峡水库拦蓄 254 亿 m3，将洪水平稳有序地释放到水库下游，实现了对莲花塘站水位的厘米级控制，避免了城陵矶附近蓄滞洪区和荆江分洪区的运用。

据统计，2020 年全国共有 4 042 座次大中型水库参与防洪调度，共拦蓄洪水 1 780 亿 m3，减淹城镇 1 334 个次、耕地 227.7 万 hm2，避免转移人员2 213 万人次[2–4]。

1.5 及时精准预警是减少人员伤亡的重要举措

在密切监测、滚动预报的基础上，及时向防汛相关责任人和受威胁区域人员发布预警，提醒做好防范工作和转移避险准备，能够有效避免和减少洪涝灾害造成的人员伤亡。主要措施如下：

1）汛期，水利部向相关部门和各级人民政府提供多种水文预报预警服务产品，基于水情预警汇集平台，通过电视、广播等传统媒体和微信等新媒体及时向社会发布洪水预警信息。据统计，2020 年共发布1 184 条河流 1 933 个断面作业预报 35.07 万站次，向社会发布水情预警 1 956 次。

2）提前 24 h 在水利行业内发布强降雨过程预报预警，开展暴雨雷达短临预警，及时发布未来 1～3 h 地市级强降雨预警信息；水旱灾害防御部门根据短临预警，点对点提醒相关单位做好防范应对。

3）各级水利部门充分发挥山洪灾害监测预警平台和群测群防体系作用，向相关责任人和辖区内社会公众发送预警信息。2020 年全国共发布 16.9 万次县级山洪灾害预警，向 661.8 万名防汛责任人发送预警信息 4 173.4 万条，启动预警广播 47.1 万次，并通过三大电信运营商向受山洪威胁区域内的所有人员累计发送预警短信 4.67 亿条，为基层人民政府及时组织危险区群众按照“方向对、跑得快”的要领转移避险提供了先机，山洪灾害死亡人数较近20 a 的平均值大幅降低。

2 水旱灾害防御信息化存在的短板

当前，水旱灾害防御信息化还存在以下短板：

1）监测预报能力尚需提高。尽管我国水文监测站点有 12 万余处，但与发达国家相比，数量仍然不足，特别是部分中小河流、小型水库还存在空白，部分站网布局不合理，相当一部分水文站自动化程度低，设施老化。南方江河洪水预报水平总体不错，但北方河流多年未发生大洪水，流域边界条件和下垫面等均发生了很大变化，已有预报模型已难以真实反映流域洪水特性。此外，局地突发强降雨引发的中小河流洪水和山洪灾害的监测预报能力还不能满足防御工作要求。

2）水工程调度仍存在薄弱环节。有的江河还没有完整的防洪调度方案，或现有方案的可操作性较差；绝大多数水库调度方案或汛期调度运用计划没有随着防洪调度目标的变化而进行修订。除长江流域外，其它江河缺乏完整的水工程联合调度方案，流域水工程联合调度的理念和技术还有待深入研究及推广应用。水工程调度的信息化、智能化程度不高，部分江河还停留在由人主导的经验调度水平上。兼顾供水、发电、航运、生态等多目标的调度方案比较缺乏，多目标综合调度手段和模式仍待探索。尚未实现各类水工程预报调度一体化，先进信息技术对调度决策的支持不够。

3）预警发布机制有待完善。预警发布机制仍需进一步优化，预警时效性有待增强，发布渠道仍以广播、电视等传统媒体为主，新媒体运用不足，覆盖范围还有盲区。山洪灾害预警指标设定不够精准，预警信息的发送对象主要以相关防汛责任人为主，通过三大电信运营商向社会公众发送预警短信的机制还有一些省份没有落实到位。社会公众对洪水预警的认知程度还不足。

4）新技术应用程度不够。当前现代信息技术发展迅速，但监测预报预警和水工程调度的现代化程度总体不高。一些站点的水文监测仍以人工监测为主，自动监测技术运用不够，针对漂浮物多、流速大、含沙量高等特殊水情的监测能力仍显不足[5]。空天地一体化多要素全覆盖的水文测报体系还需要完善，卫星、雷达等遥感和视频监控技术的应用还有待研究推广，利用无人机等技术进行巡堤查险还处在探索阶段，大数据、云计算、人工智能等先进技术在水工程调度决策过程中的应用还不足。

3 水旱灾害防御信息化发展的思考

3.1 加强监测站网建设

监测站点是水情信息采集传输的基础，须从以下方面加强监测站网建设：

1）进一步完善水文站网规划，优化站网布局，加强水文监测设施建设，提高江河湖库水文站网的覆盖率，补齐中小河流、小型水库监测预报预警设施的空白。

2）加强水文测报新技术、新设备的应用，广泛采用新一代通信技术、智能终端，充分利用大数据、云计算、物联网、遥感遥测、视频监测等新科技，推动水文信息测报的智能化发展，提升水情信息采集、传输、处理等方面的能力。

3）继续加强山洪灾害防治工作，不断完善监测预警系统和群测群防体系，提升山洪灾害防御能力。

3.2 提高预测预报预警能力

预测预报预警能力的提升有赖于先进技术的应用和发布机制的完善，须从以下方面提高预测预报预警能力：

1）进一步加强与气象部门的合作，提高暴雨等灾害性天气的监测预报预警水平。

2）积极开展洪水预报理论研究和系统研发，推进预报关键技术研究，特别是在北方河流洪水预报、中小河流洪水早期预警等问题上有所突破。

3）研究提出极端降水、超标洪水、山洪转移等方面的预警指标，完善江河洪水、暴雨山洪等的预警发布机制，强化新媒体的应用，拓展发布渠道，力求预警信息广泛传播，充分覆盖。

4）加大预警知识的宣传力度，促进预警信息更好地服务于社会公众。

3.3 提升水工程防洪调度水平

我国防洪工程体系不断完善，对水工程调度的科学化和精细化要求越来越高，须从以下方面提升水工程防洪调度水平：

1）进一步编制完善江河洪水、水工程防洪调度方案和超标洪水防御预案，细化优化调度措施，提高针对性和可操作性；重点研究水库、水闸、分洪河道、蓄滞洪区、泵站等防洪工程的联合运用，形成“拦、分、蓄、滞、排”多种工程措施的强大合力。

2）在确保防洪安全的前提下，开展兼顾供水、生态、发电、泥沙、航运等多目标的调度，充分发挥水工程的综合效益。

3）推进水工程防灾联合调度系统建设，建成覆盖七大流域的水工程防灾联合预报调度体系，实现预报调度一体化。

4）继续完善水工程联合调度监督管理体制机制，安全规范科学调度水工程，有效发挥防洪减灾作用。

3.4 强化水工程防洪调度信息化支撑

在推进水工程防洪联合和多目标等调度的前提下，涉及的工程数量和考虑的效益需求越来越多，迫切需要现代信息技术的有力支撑。须从以下方面强化水工程防洪调度信息化支撑：

1）进一步构建水工程调度规则库和雨情、水情、工情、灾情数据库，以及预警发布、工程调度、人员转移、险情抢护等决策信息数据库。

2）充分研究人工智能、大数据、云计算、物联网、区块链等先进技术的应用，全面提升水工程调度的业务信息分析与处理能力，达到全流域洪水预报和工程调度成果的自动计算、生成、输出、比选，推动由人主导的经验调度向计算机推送结合人机互动的智慧调度转变，不断提高水工程联合调度的现代化水平[6]。

4 结语

当前，我国经济社会发展已迈入新时代，对做好水旱灾害防御工作、保障防洪和供水安全提出了新的更高的要求。随着时代发展、科技进步，水旱灾害防御离不开现代化和信息化的支撑。“十四五”和今后一个时期，针对水旱灾害防御信息化的短板和薄弱环节，需要进一步健全与经济社会发展相适应的水旱灾害防御信息化技术体系，广泛采用大数据、物联网、5G、人工智能等前沿技术，努力补齐信息化在监测预报预警和水工程调度等方面的不足，不断提升信息化对水旱灾害防御的支持和服务能力，全面提高水旱灾害防御现代化水平。