沈阳市防汛抗旱水文数据信息平台功能设计与构想

赵源媛

（辽宁省沈阳水文局，110000，沈阳）

一、地方防汛抗旱工作体系架构与需求分析

地方防汛抗旱工作指挥体系架构可分为三个层级——省级、市级、县（区）级。各层级均由对应的防汛抗旱指挥部行使防汛抗旱减灾工作职能，其日常办事机构一般设为防汛抗旱指挥部办公室，多由对应的应急管理部门或者水行政主管部门承担相应工作职责。在三级架构中，市级机构需承上启下，既要服从于省级机构的领导与指挥，为其提供支撑，又需统领全市防汛抗旱减灾工作并对所辖县（区）给予指导和支持，对于市域内大中小河流及大中小水利枢纽工程影响区域的水雨情数据信息的需求更趋全面、迅捷、准确，对于水文数据信息平台的功能和稳定性要求更高。防汛抗旱管理机构日常工作中需要的水文数据信息种类主要包括雨情信息、河道水情信息与水库等水利枢纽工程水情信息、墒情信息等，具体水文要素分类有降水量、河道断面水位和流量、水库等水利枢纽工程的蓄水位和蓄水量以及出入库流量、土壤含水量等。

二、沈阳市水文监测站网概况

沈阳市是辽宁省会城市，地处辽宁中部平原区，东部有小部分山地向平原过渡的山地丘陵地貌，地势总体上呈平缓的“东北高、西南低”态势，辽河干流、浑河干流、太子河北支源头河段、饶阳河中游部分河段穿城而过，较大的支流有辽河支流秀水河、养息牧河、柳河、浑河支流蒲河等，河流水系众多，防汛抗旱减灾责任重大。

全市共有各类水文监测站点527个，其中水文站10处，水位站32处，雨量站131处，墒情站15处，泥沙站7处，蒸发站1处，地下水监测站158处，水质监测站173处。

三、水文数据信息应用平台功能设计与构想

1.软件系统开发模式分析

水文数据信息应用平台的软件系统开发一般有省、市两级，县（区）一级由于覆盖范围小、区内水文监测站点数量相对偏少，其对水文数据信息的应用需求可由市级平台提供支撑。对于省、市平台的开发建设模式，各地区有所不同。有的是省、市一体，有的省、市各自独立。从工作模式看，省、市一体模式在原始数据使用、基本成果格式以及地理范围边界划分等方面的一致性要求比较容易实现，但在满足各级需求多元化以及软件系统维护调试等方面存在不足，在服务保障的时效性、个体化差异需求的满足上，存在延迟和不易完善之处。而省、市各自独立开发软件系统平台模式，在满足各自多元化需求上更为灵活，实用性更强，但在数据使用及成果输出格式、地理范围边界划分等方面的一致性上，存在一定程度的不可控性，在总体开发成本上可能偏高。

沈阳市防汛抗旱管理指挥体系在机构改革后有了新变化。防汛抗旱指挥部办公室由在水务局改设在应急局，但由于水利系统在防汛抗旱指挥体系中的重要作用不可替代，因此在水文数据信息应用上要满足新旧两套体系的工作需要，即对系统成果的多样性要求更高，在平台软件系统开发上更适合独立开发模式。

⒉系统平台功能实现流程与应用单元功能设计

（1）需注意的要点

水文数据信息处理平台软件系统在开发过程中，应注意以下两点：

①数据成果的统计计算方法和技术路线方面，要采用业内通用的主流算法和技术路线，包括各类水文要素的均值计算、极大极小值统计、等值面图和等值线图绘制的依据算法等，要能够通过相应的验证手段，确保各条件下产出数据成果的准确性。

②软件系统要具备通用性和可扩展性，如数据库的选择、各类水文要素站点的添加与删减，均可采用生成数据文件的方式进行，由应用单位在软件系统配置单元进行初始化文件配置，生成供软件系统初始化配置采用的系列文件，软件系统在经过初始化配置后，方可进入正常运行状态。

由于各地水文站网分布不同，站点数量也不同，在系统运行使用过程中，根据工作需要更换数据库、增加和删减站点的情况时有发生，如果把采用数据库、站点数量信息等基础数据直接写入开发程序，一旦上述信息变化，就需要程序开发人员对程序进行更改，这对应用单位来说极不方便，大大降低了系统平台的通用性和可扩展性，尤其在汛期将带来极大麻烦甚至造成责任事故。因此，系统软件程序的开发思路和模块功能设计应以适应实际工作需要为核心目标。

（2）软件运行流程与单元功能设计

①软件系统的总体运行流程。系统首次运行时应进行初始化赋值，包括确定连通的水情数据库地址、各类水文要素监测站基本信息和数量等。系统初始化后即可进入正常运行状态，当上述关联系统配置文件的信息和数据出现变化时则需要重新进行初始化。总体运行流程见图1。

图1 软件系统运行流程示意图

②软件系统包含的单元功能。水文数据处理与应用涵盖的主要功能单元应包括：降雨、河道水情、水库水情、土壤墒情、洪水预报预警、会商多媒体、气象服务等。水质、泥沙、蒸发、水温等其他水文要素单元，可根据实际工作需要酌情设置。各应用单元需具备的主要功能设计如下：

a.降雨单元。时间设定上，有任意时间和固定时间设定功能。任意时间设定指统计时段的起始和结束时间可根据需求随意设定，格式为“年-月-日-时”；固定时间设定则为场次、日、旬、月、年。在地理空间范围选择上，包括行政和流域两种区域划分。在行政区域上，可以划分到县、区，有特别需要的可以划分到乡、镇。在流域区域划分上，应根据水文（位）站的分布情况确定，至少保证各水文（位）站集水面积覆盖区域应全部纳入统计计算范围，其他流域可视地方防汛抗旱工作需要进行动态设定或修改、删除。在降雨数据成果计算统计上，主要有成果表和成果图两类表现形式。成果表方面，统计时段条件下的区域和单站降雨量总量、均值、最大值、最小值、最大时段降雨量（1 h、2 h、3 h、6 h、12 h、24 h）、过程降雨量（单位时段为1 h）以及特征参数汇总表等。成果图方面，包括全市水文站网分布图、点降雨和区域（行政+流域）降雨分布图、降雨等值线图、降雨等值面图、过程降雨量倒挂图等。

b.河道水情单元。成果表应包括全部水文（位）站或单个水文（位）站的实时水情信息统计表、某一时段内的平均水位与对应平均流量以及水位流量最大值和最小值等特征参数统计表、洪水总量与日旬月年径流量统计表、大断面成果表、水位与河道断面面积计算表、不同年份同期水位流量对比表等；成果图应主要包括水位流量过程线图、水位流量关系线图、流速断面横向分析图、河道纵横大断面图、河道平面布置示意图、全域水文站实时水情信息展示框图等。

c.水库水情单元。成果应主要有全市水库实时水情信息统计表、历史同期水库水情信息比对表、超汛限或警戒水位情况统计表、水库特征值表、水位-库容及面积曲线表（图）以及各水库实时水情态势模拟示意图、全域水库水情信息展示框图等。

d.土壤墒情单元。该单元应能够完成土壤墒情实时信息的统计与查询、历史同期墒情信息的多样化对比、连续或间断无雨日统计及单站或多站土壤墒情柱状显示图、全域土壤墒情分布等值面（线）图、选定时段的土壤墒情变化曲线图等。

e.洪水预报预警。这一功能单元中应至少包括四部分内容：进行本地原有需人工运算的洪水预报方案的计算机化处理，提高原方案的运算精度和效率；建立历史暴雨洪水比对筛选系统，通过对历史暴雨洪水的比对筛查，遴选出与实时降雨态势较为相近的历史暴雨洪水数据，通过降雨趋势的实时跟踪，对未来可能发生的洪水量级范围做出初步预判，力求最大限度延长洪水预警期，为抗洪行动赢得宝贵时间；建立针对降雨量、河道水位与流量、水库水位与泄流量等水雨情信息不同等级阈值自动监控预警系统，尽力避免各类预警信息迟报、漏报等现象发生；建立洪水预报新方法应用系统，通过对新方法的应用研究拓展洪水预报思路与手段，从而为提高洪水预报精度与效率作出有益探索。

f.会商多媒体单元。主要功能应是为各种防汛抗旱会商会议提供自动化生成实时水雨情信息、洪水预报预警信息以及水雨情变化趋势动态分析等多媒体汇报材料成果的手段与方法，为提高水情服务效率与质量给予支撑和保障。

g.气象服务单元。应主要是为工作人员提供全方位、及时的气象预报预警信息，为及早开展洪水预报预警分析提供参考依据。

四、水文数据成果的多元化服务应用

基于上述理念与构想建立的水文数据信息处理应用平台，在满足水文水情服务工作需求上，较传统手段实现了提升，对防汛抗旱工作指挥机构的技术支撑作用显著，但在适用范围方面还存在局限性，更适合专业技术人员使用。对广大基层一线防汛抗旱工作人员来说，还需要研发出手机App及能图形化显示水文数据信息的网页端查询系统，从而实现水文数据成果的多元化服务功能。

手机App系统包括的主要查询功能单元应包括：雨情信息、河道水情、水库水情、土壤墒情、水情简报、每日Pa值（降水量距平百分率）、水文视频监控、气象信息等。网页端系统主要包括的实时图形化信息监控单元应包括：降雨监控单元、河道水情监控单元、水库水情监控单元、墒情监控单元、水文站基本信息查询单元、水文要素实时视频监控单元、水文数据信息自动预警单元、气象信息单元等。

五、结 语

水文数据信息应用平台提供的防汛抗旱服务，是水文服务经济社会发展的重要方面，无论在服务深度还是广度上，还有许多需要完善的地方，尤其在水文数据成果可视化的通俗性、简便性以及时效性等方面，有较大提升空间，有待于通过“实践—改进—再实践—再改进”的循环递进方式，不断提高水文水情服务能力和水平，为各级防汛抗旱机构和其他部门提供全方位的水文技术支撑，从而实现水文服务社会效益的最大化。