水文信息化在鄱阳湖超历史大洪水中的应用

李国文，黄孝明

（江西省水文监测中心，江西 南昌 330002）

1 鄱阳湖流域洪水概况

2020 年，江西省天气极端异常，降雨时空分布不均，全省年平均降水量为 1 801 mm，比多年均值偏多一成，7 月上旬，赣北赣中连续发生 2 次强降雨过程，全省降雨量为多年同期均值的 4 倍，列历史第1 位[1]，五河及鄱阳湖区降雨量为多年均值的3.5～5.5 倍，强降雨导致五河及鄱阳湖 1 周内接连发生 12 次编号洪水，汛期全省境内有 36 条河流84 站次超警戒水位，13 条河流 16 站次水位超历史水位。受五河及长江来水共同影响，鄱阳湖流域发生超历史大洪水，湖区水位超警戒水位天数达到58 d。长江和鄱阳湖水位长期居高不下，导致全省堤防险情多发频发，鄱阳湖区 3 座万亩以上圩堤（昌江问桂道圩、中洲圩，修河三角联圩）相继发生决口。

2 江西水文信息化现状

近年来，江西水文按照“统一领导、统一规划、统一标准、分级管理”的发展思路，遵循“需求主导、总体规划、整合共享，先进安全”的基本原则，加快智慧水文建设，强化信息化技术在提升水文监测、预测预报和服务支撑的能力[2]。在深入分析江西水文业务需求的基础上，梳理应用数据资源，按照“水利工程补短板，水利行业强监管”的总体思想，进行水文业务重造，业务创新，通过物联网、智能感知、云计算、大数据分析、智慧应用等高新技术手段[3]，进行江西全省水文信息化体系架构优化重构，实施全省水文及相关信息资源的整合与共享，强化信息技术与水文业务的深度融合，总体设计框架如图1 所示。以“全省水文一张网、数据资源一个库、开放共享一平台、安全办公一帐号、综合服务一个站、管理决策一智囊”的建设目标，构建水文信息化新格局，打造智慧水文新模式，信息化支撑水文服务的能力得到加强。

3 水文信息化技术的应用成效分析

3.1 智能感知监测系统

水文要服务于防汛，准确高效地获取降水、水位、流量、流速等水文信息并进行有效分析是基础[4]。随着信息技术的高速发展，越来越多的自动测量仪器用于实时的水文监测，从结构上按传感器的空间位置形成空天地全要素透彻感知，利用计算机技术将观测数据进行存储、传输、分析等综合处理，从而得出决策和任务所需的信息[5]。

江西智慧水文以实现水文全要素自动监测、智能感知为目标，目前各类水文监测站点有 8 732 处，降水量、水位、土壤墒情已全面实现自动监测，水面蒸发自动监测超过 60%，流量自动监测接近30%。建立了全省统一的水文水资源监测数据通信标准体系，重要报汛站水文信息实现了公网传输和卫星传输双备份。构建了智慧水文综合数据库，实现了遥测数据在省中心统一落地目标。在 2020 年鄱阳湖流域超历史大洪水过程的 7，8 月中，系统自动采集各类水文监测信息 3 600 万余条，20 min 入网率达到 99.2%，有效支撑了防汛决策。在 3 座溃口圩堤应急监测过程中，由无人机浮标测流系统、手持雷达波测速仪、自动水位监测站、遥控船搭载ADCP、卫星通讯等构成的智能感知监测系统在实现溃口水位，流量，视频等要素的采集上发挥了重要作用，为圩堤封堵、排涝提供了重要数据支撑。

图1 江西水文信息化总体框架

3.2 水文业务支撑系统

以云计算架构为基础建立的水文信息资源统一组织与应用支撑平台，通过建立基础、实时监测、时空和信息场景等数据集合，以及资源目录、多级元数据、信息标识和知识图谱等，实现水文信息资源的虚拟化组织，形成水文大数据环境[6]。

江西水文采用面向服务体系架构，在可共享的系统资源、公共基础、应用支撑和业务等服务容器应用支撑平台的基础上[7]，基于水文应用支撑平台统一开发江西省水文系统规范化的业务应用组件，建设全省统一接收和运维、水文测验质量管理等监测类业务应用系统；建设水文站网、标准化管理等基础管理类业务应用系统；建设水情会商、水文资料整编等业务支撑类应用系统。通过资源整合，实现了数据层面的统一和共享，提高了服务水平，拓展了合作空间。

3.3 大数据分析技术

水文大数据分析是基于水文监测体系所获取的实时、历史数据进行深加工，以完成包含多元信息的资料成果、预警预报信息等分析。防汛的主要内容包括水文数据的整理及预报预警等应用。2020 年防汛中，江西水文基于基础水文数据、实时水雨情数据、历史水文数据、气象信息、山洪灾害调查评价成果、水利普查成果、洪水预报信息及 GIS 空间地理信息等形成数据类型丰富的江西省水文大数据系统，提升水文预警预报水平。2020 年汛期，在充分运用洪水预报、山洪灾害调查评价成果及气象等信息大数据分析成果的基础上，全省水情预报精度和效率得到提升，预见期更长，预警指标针对性更强，共发布江河预报 2 220 站次，洪水预警 202 期，山洪灾害气象预警 501 期，江西省五河控制水文站及鄱阳湖区代表站 2020 年最高洪水预报成果如表1所示。

汛期共发布水库预报 195 站次，充分发挥拦洪泄洪、削峰、错峰作用，在防汛关键期通过水库群的联合调度拦蓄鄱阳湖洪量 18 亿 m³，降低鄱阳湖水位 18 cm[8]，提供了五河及鄱阳湖超历史水位预报、五河干流水库联合拦蓄减少下泄流量减轻湖区防汛压力的手段与调度建议、单退圩堤及蓄滞洪区应用分析、溃口圩堤应急分析、鄱阳湖退水分析等，为江西省防汛抗旱指挥部、江西省水利厅科学决策和调度防汛工作提供了坚强支撑。

表1 江西五大水系控制水文站及鄱阳湖区代表站2020 年最高洪水位预报情况

以柘林水库为例，柘林水库 2020 年洪水调度过程情况如图2 所示，7 月 8 日预报修河柘林水库入库流量将超过 10 000 m³/s，修河一级支流万家埠水文站将于 9 日出现 4 800 m³/s 的洪峰流量，干支流洪水叠加，修水永修水文站洪峰水位将超历史水位，8 日 18 时起，应用预报调度系统在充分分析气象、实时水雨情、水库工情信息及历史水文数据的基础上，提出调度柘林水库泄量由 3 300 m³/s 减小为 1 860 m³/s，成功错峰，有效降低永修县城段洪峰水位 0.30 m，未超历史记录（1998 年 23.48 m），确保了县城防洪安全。

图2 柘林水库 2020 年洪水调度过程情况

3.4 可视化会商系统

会商是提高预报成果精度的重要途径，随着信息化技术的不断发展，可视化会商系统的应用发挥了重要的作用，大大提升了预报效率，为防汛决策争取了时间[9]。江西水文充分利用网络平台，基本实现了数据、语音、视频三网合一，建成江西省水情中心与 9 个水情分中心的异地视频会商系统，省、市专家可随时通过视频进行远程讨论，交流，决策，充分解决了传统依靠电话、传真等方式会商的弊端。2020 年防汛关键期间，可视化会商系统在水文预报过程发挥了重要作用，大幅度提升了决策效率。

4 结语

水文信息化是水文现代化的具体体现，江西是一个洪涝旱灾频发的省份，支撑防汛抗旱决策一直是江西水文最重要的一项职责。近年来，江西水文按照《智慧水利总体方案》要求，构建了包括智能感知监测系统、通讯网络系统、水文大数据中心、应用支撑平台、智能业务应用等 5 个方面为核心的水文信息化建设体系，无论是在覆盖范围、自动化水平、工作效率效果、及时准确程度、预警预报分析手段等方面较原来都有了较大提升，特别是在2020 年鄱阳湖流域超历史大洪水中取得了较好成效。

然而，信息化技术的发展日新月异，社会对水文部门的需求也与日俱增，如何不断提升水文信息化水平，通过物联网、智能感知、云计算、大数据分析、智能应用等高新技术手段[10]，强化信息化技术与水文业务的深度融合，提升超标洪水应急监测能力，实现预报调度一体化，促使水文在防灾减灾方面提供更加全面、可靠、智能的服务目标，是江西智慧水文今后的发展方向。