辛冬梅

（遼寧省本溪水文局，本溪 117000）

0 引 言

遼寧本溪市處于中溫帶半濕潤和半干旱季風氣候區(qū)，全境以山區(qū)為主。在季風環(huán)境控制和地形影響下，雨量比較充沛，降水多為暴漲暴落型，山洪災害頻發(fā)。地方政府高度重視水旱災害防御工作，修建多項防汛抗旱工程，以減少災害損失，但依靠這種方式已難以滿足新形勢下本溪市水旱災害防御需求。在此背景下，以水利部關(guān)于智慧水利建設的戰(zhàn)略為指引，遼寧省智慧水利總體思路圍繞本溪市實際需求，以物聯(lián)網(wǎng)、視頻采集、人工智能、大數(shù)據(jù)等先進技術(shù)為依托，建設具有智能感知、流域大數(shù)據(jù)、智能仿真、智能決策等方面功能的智慧化水旱災害防御綜合系統(tǒng)，促進當?shù)刂腔鬯l(fā)展，增強區(qū)域水旱災害防御能力。

1 本溪市水旱災害防御信息化系統(tǒng)現(xiàn)狀

目前，本溪市擁有2個水旱災害類的防御信息系統(tǒng)，分別為本溪市防汛抗旱指揮系統(tǒng)和本溪市山洪災害監(jiān)測預警系統(tǒng)。

1.1 防汛抗旱指揮系統(tǒng)

本溪市防汛抗旱指揮系統(tǒng)為防汛會商全過程提供信息化支撐，實現(xiàn)了信息監(jiān)視、預報調(diào)度、防汛會商、組織保障等環(huán)節(jié)的有機結(jié)合。對本溪市內(nèi)及上游可控河流的雨水情、氣象、視頻、預警等信息進行綜合監(jiān)視，全面掌握本溪市防汛相關(guān)信息，及時、準確展現(xiàn)在會商現(xiàn)場，為決策人員提供參考依據(jù)；為防汛會商過程各個環(huán)節(jié)提供信息化支撐，實現(xiàn)網(wǎng)絡會商辦公，規(guī)范業(yè)務流程，提高會商效率。

1.2 山洪災害監(jiān)測預警系統(tǒng)

本溪市山洪災害監(jiān)測預警系統(tǒng)由遼寧省水利廳統(tǒng)一建設部署，是本溪市應用的水旱災害主要業(yè)務系統(tǒng)。系統(tǒng)對本溪市氣象、雨量、水文等監(jiān)測站點統(tǒng)一管理，具有數(shù)據(jù)查詢、統(tǒng)計等功能，輔助業(yè)務人員掌握雨量信息，對雨情、河道水情、水庫水情、水工程運行情況等進行監(jiān)測，并及時發(fā)布預警信息。

2 水旱災害防御信息化建設的必要性

2.1 智能感知體系亟需建設

目前，本溪市雖然有包括水文、山洪、氣象等測站323處，但是地面監(jiān)測能力尚達不到數(shù)字孿生的智慧化建設要求，缺乏視頻站，且相關(guān)感知設備類型單一。在新形勢下，應以“四預”為中心，運用“空—天—地—網(wǎng)”一體化立體感知信息體系理念，借助衛(wèi)星、無人機、位移傳感器、水位傳感器等豐富的感知設備，實現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化功能，采集到的數(shù)據(jù)集成到水旱災害防御平臺工程當中，達到進一步提高智慧流域感知體系能力。

2.2 信息資源亟須整合

水旱災害防御需要的數(shù)據(jù)類別多，存在基礎數(shù)據(jù)不全面、數(shù)據(jù)標準不一致、內(nèi)部整合不夠、準確性不高等問題。同時，不同業(yè)務部門和不同層級還存在“重采、重存”現(xiàn)象，外部共享不足，部分業(yè)務緊密的行業(yè)相關(guān)數(shù)據(jù)還未能接入，制約了信息資源整體效益發(fā)揮。在智慧水利建設發(fā)展的條件下，水利大數(shù)據(jù)急需搭建大數(shù)據(jù)平臺，實現(xiàn)統(tǒng)一管理、集中展示。

2.3 信息系統(tǒng)智慧化水平待提高

本溪市現(xiàn)已建成多個水利信息化系統(tǒng)，各平臺信息共享機制不完善，業(yè)務融合不深入，不能全流程支撐業(yè)務工作；不同業(yè)務協(xié)同程度不高，難以滿足管理精細化、調(diào)度決策智能化、發(fā)展現(xiàn)代化的迫切要求。同時，物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)尚未得到廣泛應用，與“四預”要求仍有較大差距。

3 水旱災害防御智慧化建設路徑探析

智慧化水旱災害防御信息化平臺在本溪市智慧水利平臺的基礎上構(gòu)建。

3.1 智能感知體系的建立

完善的“空—天—地—網(wǎng)”四位一體的感知體系，“空”感知即衛(wèi)星遙感和導航定位，“天”感知即飛機、無人機等監(jiān)測，“地”感知即地面平臺（車、各類監(jiān)測傳感器）、無人船、水下機器人等監(jiān)測，“網(wǎng)”感知即云平臺、大數(shù)據(jù)管理，綜合以上所述感知體系組成。結(jié)合本溪市水旱災害防御工作實際，首先需充分利用已有監(jiān)測設備，適量補充水位自動監(jiān)測、視頻機器人監(jiān)測、水工程設施監(jiān)測等設施，集成本溪市水文局提供的水情、雨情、流量測站等防汛信息綜合管理系統(tǒng)和原有防汛抗旱應急指揮系統(tǒng)來獲取防汛物資位置、視頻監(jiān)控等數(shù)據(jù)信息。

3.2 數(shù)字孿生流域平臺的構(gòu)建

數(shù)字孿生平臺的數(shù)據(jù)資源主要包括基礎數(shù)據(jù)、監(jiān)測數(shù)據(jù)、業(yè)務管理數(shù)據(jù)、地理空間數(shù)據(jù)、跨行業(yè)共享數(shù)據(jù)等，構(gòu)成了復雜的水旱災害大數(shù)據(jù)，由于涉及數(shù)據(jù)采集、存儲、處理、分析、可視化、安全保護等技術(shù)，在資金不充裕的條件下充分利用政務云平臺建設資源平臺是一項最優(yōu)選擇。模型平臺是數(shù)字流域平臺地基，適用的水利專業(yè)模型是運算成果的前提；可視化模型以傾斜攝影精細化三維實景建模構(gòu)成，仿真模擬本溪地區(qū)的流域、水工程等。

3.3 水旱災害防御“四預”智慧化系統(tǒng)建設

3.3.1 洪水預報

通過對重要河道或斷面的水情、雨情、災情等信息采集，結(jié)合洪水預報模型，實現(xiàn)氣象水文耦合的及時準確預報。通過劃分水文相應單元，對計算范圍進行產(chǎn)匯流分析，以實時監(jiān)測數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、工程數(shù)據(jù)、氣象預報數(shù)據(jù)等信息資源為基礎，建立預報模型庫與預報方案庫，采用分布式預報方法，對預報斷面洪峰水位、洪水過程線、洪量等洪水要素進行預報。

3.3.2 預警管理

在智能感知體系的支撐下，對流域“自然—社會”城市二元水循環(huán)進行全過程、全方位、立體化監(jiān)控。在流域預報模型的支持下，分專題對流域未來水安全形勢、風險進行預測分析并預警。完善預警發(fā)布機制，全面提高流域水利精細化管理水平，以及應對相關(guān)事態(tài)的提前預判能力和快速反應能力。其中，預警包括：雨量預報預警、雨量監(jiān)測預警、河道水位預報預警等。

3.3.3 防洪預演

調(diào)度目標設定：針對河道洪水事件，根據(jù)現(xiàn)有規(guī)劃，預設各河道不同類型、不同量級的洪水預演場景，確定重點保護對象、防護標準等，以保障河道洪水不漫溢、防汛物資合理調(diào)運、重點防護對象無洪澇風險等為目標，綜合制定河道洪水預演調(diào)度目標。

預演節(jié)點設定：針對洪水預演，確定參與調(diào)度的監(jiān)測站點、水利工程、人員調(diào)配等。參與調(diào)度的水利工程應守住安全底線，實現(xiàn)多目標協(xié)調(diào)優(yōu)化，最大程度地減少洪澇災害損失。

邊界條件設定：根據(jù)社會發(fā)展需要、生態(tài)環(huán)境保護要求、水利工程現(xiàn)狀條件等，確定參與調(diào)度的水利工程運行邊界，明確安全運行閾值范圍等，量化邊界條件。

模擬仿真及可視化：基于數(shù)值模擬計算成果，調(diào)用數(shù)值模擬仿真引擎與可視化模型，對洪水淹沒發(fā)展變化的過程進行三維可視化模擬，實現(xiàn)洪水實時、動態(tài)展示。采用先進的虛擬現(xiàn)實、增強現(xiàn)實等技術(shù)手段，實現(xiàn)對洪水演進等過程進行高保真和輕量化展示。根據(jù)調(diào)度模擬的結(jié)果，對流域淹沒區(qū)域影響的社會經(jīng)濟、人口等方面進行統(tǒng)計分析及可視化。

3.3.4 預案管理

通過對預案信息、歷史場景信息、業(yè)務規(guī)則等進行提取組織和挖掘，構(gòu)建預案知識圖譜，當發(fā)生洪水災害時，系統(tǒng)可結(jié)合空間環(huán)境信息、應急資源信息、現(xiàn)場情況信息，對相關(guān)案例信息的智能檢索和分析，形成洪澇災害的應急流程與行動方案，為應急指揮調(diào)度提供支撐。

4 結(jié) 語

綜上所述，當前水旱災害防御工作應當與時俱進，注重大數(shù)據(jù)、人工智能等現(xiàn)代化技術(shù)的有效應用，建立更加及時、全面且精確的感知體系，完善應急通信體系建設，實現(xiàn)人機智能協(xié)調(diào)與信息多元表達等，從而切實提高水旱災害防御水平，實現(xiàn)對區(qū)域內(nèi)洪澇、干旱等災害的提前預防，保證治理行動的科學性和應急措施的有效性。