雷 明

遼寧省旱情呈現(xiàn)出交替性、區(qū)域性、季節(jié)性以及連續(xù)性和旱澇并發(fā)性的特點。特別是遼西地區(qū)，由于地理位置和氣候特點，旱災(zāi)發(fā)生較為頻繁。針對頻發(fā)的旱情，構(gòu)建遼西北旱情監(jiān)測預(yù)警與評估支持決策系統(tǒng)對及時掌握遼西北旱情狀況，分析旱情發(fā)展趨勢，進而指導(dǎo)抗旱減災(zāi)工作、優(yōu)化水資源配置、科學(xué)指導(dǎo)節(jié)水灌溉、建設(shè)節(jié)水型社會等具有十分重要的意義。

系統(tǒng)總體設(shè)計

系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境

系統(tǒng)采用面向?qū)ο筌浖_發(fā)方法，充分考慮系統(tǒng)的完整性、靈活性和安全性，基于Microsoft Visual Studio 2010集成開發(fā)環(huán)境進行開發(fā)。操作系統(tǒng)以Windows7作為運行平臺。后臺數(shù)據(jù)庫選擇性能優(yōu)越、安全可靠、高效的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫Microsoft SQL Server2005，該數(shù)據(jù)庫在企業(yè)級支持、商業(yè)智能應(yīng)用、管理開發(fā)效率等諸多方面較SQL Server 2000有質(zhì)的飛躍。

系統(tǒng)采用美國ESRI公司開發(fā)的工具Arc Engine進行二次開發(fā)。Arc Engine是一個簡單的、獨立于應(yīng)用程序的Arc Objects編程環(huán)境。開發(fā)語言選用微軟的C#進行程序設(shè)計。C#是微軟公司發(fā)布的一種安全、穩(wěn)定、簡單的面向?qū)ο蟮摹⑦\行于NET Framework之上的高級程序設(shè)計語言。

系統(tǒng)目標(biāo)與設(shè)計原則

系統(tǒng)的總體目標(biāo)是：建設(shè)全面的遼西北旱情監(jiān)測預(yù)警與評估支持決策系統(tǒng)，可以對遼西北旱情狀況進行監(jiān)測、查詢、分析、預(yù)測與評估，對抗旱法規(guī)、抗旱經(jīng)驗、抗旱服務(wù)組織等進行管理，實現(xiàn)遼西北旱情監(jiān)測預(yù)警與評估的系統(tǒng)化、信息化。

系統(tǒng)在設(shè)計時遵循以下原則：以中央水利方針和遼寧省水利廳的治水思路為指導(dǎo)，以國家法律、法規(guī)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)以及相關(guān)文件精神為依據(jù)，密切結(jié)合遼西北地區(qū)自身的旱災(zāi)特點以及今后抗旱減災(zāi)工作的需要，確定遼西北旱情監(jiān)測預(yù)警與評估系統(tǒng)的方針和原則。系統(tǒng)建設(shè)堅持實用性原則、可靠性原則、先進性原則、標(biāo)準(zhǔn)化原則和安全性原則。

系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)包括旱情預(yù)警、旱情監(jiān)測、旱情評估、旱情預(yù)測、抗旱管理 5個模塊。其中旱情監(jiān)測模塊由氣象監(jiān)測、水文監(jiān)測、遙感監(jiān)測3個子模塊構(gòu)成，旱情評估模塊由農(nóng)業(yè)評估、城市評估、人口評估3個子模塊構(gòu)成。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

系統(tǒng)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備與數(shù)據(jù)組織

所有信息的處理和應(yīng)用都是圍繞數(shù)據(jù)進行的，數(shù)據(jù)是實現(xiàn)整個系統(tǒng)的基礎(chǔ)。本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)內(nèi)容包括水文數(shù)據(jù)、遙感數(shù)據(jù)、統(tǒng)計數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、成果數(shù)據(jù)5類。

水文數(shù)據(jù)是實現(xiàn)水文旱情監(jiān)測的基礎(chǔ)，這部分數(shù)據(jù)是通過調(diào)取已建的“遼寧省防汛抗旱水情數(shù)據(jù)庫”中的數(shù)據(jù)來獲取，主要調(diào)取的是經(jīng)過研究選取的遼西北地區(qū)能夠提供降雨量、土壤墑情、水庫、河道信息的共計99個監(jiān)測站的數(shù)據(jù)。

遙感數(shù)據(jù)選取了全球免費、光譜范圍廣、數(shù)據(jù)接收簡單、更新頻率高的MODIS數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)源。

統(tǒng)計數(shù)據(jù)主要涉及農(nóng)業(yè)旱情、城市旱情、人口受旱和抗旱管理等數(shù)據(jù)。

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的作用是為旱情監(jiān)測以及旱情分析等提供背景資料。具體包括與抗旱相關(guān)的各類空間數(shù)據(jù)，內(nèi)容涉及基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)、土地利用數(shù)據(jù)、水信息等。其中基礎(chǔ)地理信息包括省、市、縣3級行政區(qū)分布圖，水系圖，水庫分布圖，土地利用分布圖。

成果數(shù)據(jù)是指通過模型計算生成的氣象、水文等監(jiān)測結(jié)果，這部分數(shù)據(jù)為旱情預(yù)測的計算以及網(wǎng)絡(luò)版“遼西北旱情監(jiān)測管理信息系統(tǒng)”提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

系統(tǒng)模塊功能介紹與實現(xiàn)

旱情預(yù)警

旱情預(yù)警模塊是根據(jù)農(nóng)業(yè)干旱風(fēng)險評價指標(biāo)以及風(fēng)險層次分析模型實現(xiàn)了農(nóng)業(yè)干旱風(fēng)險圖的繪制。

旱情監(jiān)測

（1）氣象旱情監(jiān)測

氣象旱情監(jiān)測模塊選取了降雨量距平百分率、連續(xù)無雨日數(shù)2個指標(biāo)對氣象干旱進行監(jiān)測。降雨量距平百分率是利用降雨量距平指標(biāo)進行旱情監(jiān)測，針對站點和行政界分別實現(xiàn)了按旬、月、季和年的旱情監(jiān)測功能，以及任意時段降雨量的統(tǒng)計功能，同時提供監(jiān)測結(jié)果數(shù)據(jù)導(dǎo)出到Excel表格和導(dǎo)入到遼西北旱情監(jiān)測預(yù)警與評估數(shù)據(jù)庫的功能。連續(xù)無雨日數(shù)是利用連續(xù)無雨日數(shù)指標(biāo)進行旱情監(jiān)測，針對站點和行政界分別實現(xiàn)了任意時段、固定時段的連續(xù)無雨日數(shù)監(jiān)測功能，提供監(jiān)測結(jié)果數(shù)據(jù)導(dǎo)出到Excel表格和導(dǎo)入到遼西北旱情監(jiān)測預(yù)警與評估數(shù)據(jù)庫的功能。

（2）水文旱情監(jiān)測

水文旱情監(jiān)測模塊選取了水庫蓄水量距平百分率、河道來水量距平百分率、地下水埋深下降值、土壤相對濕度4個指標(biāo)對水文旱情進行監(jiān)測。水庫蓄水量距平百分率指標(biāo)實現(xiàn)了按月的水文旱情監(jiān)測功能，同時提供監(jiān)測結(jié)果數(shù)據(jù)導(dǎo)出到Excel表格和導(dǎo)入到遼西北旱情監(jiān)測預(yù)警與評估數(shù)據(jù)庫的功能。河道來水量距平百分率指標(biāo)實現(xiàn)了按旬的水文旱情監(jiān)測功能，同時提供監(jiān)測結(jié)果數(shù)據(jù)導(dǎo)出到Excel表格和導(dǎo)入到遼西北旱情監(jiān)測預(yù)警與評估數(shù)據(jù)庫的功能。地下水埋深下降值指標(biāo)實現(xiàn)了按月的水文旱情監(jiān)測功能，同時提供監(jiān)測結(jié)果數(shù)據(jù)導(dǎo)出到Excel表格和導(dǎo)入到遼西北旱情監(jiān)測預(yù)警與評估數(shù)據(jù)庫的功能。土壤相對濕度指標(biāo)實現(xiàn)了水文旱情監(jiān)測功能，以及10cm、20cm和30cm土壤相對濕度的空間插值。

（3）遙感旱情監(jiān)測

遙感旱情監(jiān)測模塊選取了旱情等級分布、旱情等級動態(tài)變化2個指標(biāo)進行遙感旱情監(jiān)測。旱情等級分布實現(xiàn)了通過表觀熱慣量模型、地表溫度植被指數(shù)斜率法計算生成旱情等級結(jié)果。旱情等級動態(tài)變化監(jiān)測以旱情等級監(jiān)測結(jié)果為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來源，通過判斷兩次監(jiān)測期內(nèi)旱情等級的變化情況來實現(xiàn)“點”“面”上旱情等級的動態(tài)監(jiān)測。

旱情評估

旱情評估模塊包括農(nóng)業(yè)旱情評估、城市旱情評估、人口受旱評估3個子模塊。

農(nóng)業(yè)旱情評估選取農(nóng)業(yè)受旱面積、農(nóng)業(yè)受旱面積動態(tài)變化、區(qū)域農(nóng)業(yè)旱情等級、區(qū)域農(nóng)業(yè)旱情等級動態(tài)變化、典型作物減產(chǎn)率5個指標(biāo)。農(nóng)業(yè)受旱面積評估方法實現(xiàn)了按旬對遼西北、市、縣不同等級農(nóng)業(yè)受旱面積的評估。農(nóng)業(yè)受旱面積動態(tài)變化評估方法實現(xiàn)了對遼西北、市、縣不同等級農(nóng)業(yè)受旱面積動態(tài)變化的評估。區(qū)域農(nóng)業(yè)旱情等級評估方法實現(xiàn)了對遼西北、市、縣不同等級農(nóng)業(yè)旱情等級的評估。區(qū)域農(nóng)業(yè)旱情等級動態(tài)變化評估方法實現(xiàn)了對遼西北、市、縣不同等級農(nóng)業(yè)旱情等級動態(tài)變化的評估。典型作物減產(chǎn)率實現(xiàn)了按年對朝陽、錦州、阜新、葫蘆島、鐵嶺的玉米減產(chǎn)率進行評估，同時提供了將評估結(jié)果導(dǎo)入到遼西北旱情監(jiān)測預(yù)警與評估數(shù)據(jù)庫功能。

城市旱情評估根據(jù)城市旱情等級評估方法實現(xiàn)了對遼西北5城市旱情等級評估，同時提供評估結(jié)果圖片的保存功能。

人口受旱評估根據(jù)因旱飲水困難等級評估方法實現(xiàn)了對遼西北、市、縣因旱飲水困難等級的評估，同時提供評估結(jié)果圖片的保存功能。

旱情預(yù)測

旱情預(yù)測模塊根據(jù)旱情等級監(jiān)測結(jié)果，同時結(jié)合未來天氣預(yù)報，對未來旱情發(fā)展趨勢進行定性預(yù)測，例如旱情持續(xù)發(fā)展、旱情得到緩解等。包括短期旱情發(fā)展趨勢預(yù)測、中長期干旱年份預(yù)測以及干旱預(yù)警3個子模塊。短期旱情發(fā)展趨勢預(yù)測通過調(diào)用Web Service服務(wù)獲取近期天氣情況，據(jù)此實現(xiàn)對旱情發(fā)展趨勢的預(yù)測。中長期干旱年份預(yù)測應(yīng)用灰色系統(tǒng)理論GM(1,1)模型以及歷史年份旱情等級預(yù)測下一次發(fā)生干旱的年份。干旱預(yù)警根據(jù)旱情的判斷條件發(fā)布旱情預(yù)警。

抗旱管理

抗旱管理模塊以收集的與抗旱法規(guī)、抗旱預(yù)案、抗旱投入、抗旱服務(wù)組織、抗旱報表以及抗旱經(jīng)驗相關(guān)的信息作為數(shù)據(jù)源，以圖、表、文字相結(jié)合的方式實現(xiàn)抗旱管理業(yè)務(wù)，包括提供抗旱服務(wù)組織、抗旱經(jīng)驗、抗旱投入情況的瀏覽，農(nóng)業(yè)旱災(zāi)及抗旱效益、城市干旱缺水及抗旱情況、城市干旱缺水及水源情況等報表的添加、修改以及刪除等功能。

結(jié) 語

綜上所述，在.NET平臺下，應(yīng)用GIS工具及先進的計算機技術(shù)開發(fā)的遼西北旱情監(jiān)測預(yù)警與評估支持決策系統(tǒng)整合了各類水文數(shù)據(jù)、遙感數(shù)據(jù)、統(tǒng)計數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，構(gòu)建了遼西北旱情監(jiān)測預(yù)警與評估數(shù)據(jù)庫，在“點”和“面”尺度上實現(xiàn)旱情監(jiān)測功能，實現(xiàn)對信息的高效管理和使用，為防汛抗旱決策提供及時可靠的決策依據(jù)。