胡春杰 李永峰 劉英蔓

(1. 江蘇南水科技有限公司,江蘇 南京 210012;2. 西藏自治區(qū)水文水資源勘測(cè)局,西藏 拉薩 850000;3. 西藏開發(fā)投資集團(tuán)有限公司,西藏 拉薩 850000)

水文是水利事業(yè)的重中之重,不但服務(wù)于水資源管理、防汛抗旱,而且為城鎮(zhèn)化建設(shè)及生態(tài)文明建設(shè)提供保障[1-2]。 2023 年2 月,中共中央、國務(wù)院印發(fā)了《數(shù)字中國建設(shè)整體布局規(guī)劃》,提出2035 年遠(yuǎn)期數(shù)字中國建設(shè)目標(biāo)。 李國英部長(zhǎng)要求,加快建設(shè)國家水文站網(wǎng),加強(qiáng)水文規(guī)律分析研究,以數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化為主線,以數(shù)字化場(chǎng)景、智慧化模擬、精準(zhǔn)化決策為路徑,全面推進(jìn)算據(jù)、算法、算力建設(shè),加快構(gòu)建具有預(yù)報(bào)、預(yù)警、預(yù)演、預(yù)案功能的智慧水利體系。 《全國水文基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)“十四五”規(guī)劃》明確提出打造“空天地”一體化水文監(jiān)測(cè)體系;實(shí)現(xiàn)水文全要素、全量程自動(dòng)監(jiān)測(cè),水文數(shù)據(jù)測(cè)驗(yàn)、歸集、存儲(chǔ)、處理、預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)和分析評(píng)價(jià)全流程自動(dòng)化、智能化和精準(zhǔn)化。

西藏自治區(qū)水文工作全面貫徹新發(fā)展理念,以水文數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化為重點(diǎn),全面推動(dòng)水文情報(bào)預(yù)警預(yù)報(bào)、水資源時(shí)空分布及變化規(guī)律動(dòng)態(tài)監(jiān)控評(píng)價(jià)能力全面增強(qiáng),站網(wǎng)布局更全面、水文監(jiān)測(cè)更精準(zhǔn)、水情預(yù)報(bào)更快捷、水資源動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)更及時(shí),強(qiáng)化預(yù)報(bào)、預(yù)警、預(yù)演、預(yù)案“四預(yù)”措施,堅(jiān)決守住水旱災(zāi)害防御底線,為全區(qū)水旱災(zāi)害防御、水資源管理、水環(huán)境保護(hù)、水生態(tài)修復(fù)提供更堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)性支撐。

1 西藏水文發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 水文監(jiān)測(cè)能力全面提升

西藏水文站網(wǎng)起步較早,但受經(jīng)濟(jì)條件影響,前期發(fā)展較為緩慢,快速發(fā)展階段主要集中在“十二五”和“十三五”期間。 截至2022 年12 月,全區(qū)共規(guī)劃各類站點(diǎn)1026 處(不包括外建專用站8 處、共建共管站18處及應(yīng)急水位監(jiān)測(cè)站7 處),其中水文站134 處、水位站79 處、雨量站615 處(不包括水文站、水位站內(nèi)的雨量監(jiān)測(cè)點(diǎn))、地表水監(jiān)測(cè)斷面132 處、墑情站6 處、地下水監(jiān)測(cè)站60 處。

1.2 水文監(jiān)測(cè)能力全面提升

“十三五”期間,西藏水文局通過“西藏自治區(qū)大江大河水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)工程二期”“西藏自治區(qū)水文監(jiān)測(cè)及水資源監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)工程”“西藏自治區(qū)跨界河流水文站網(wǎng)第三期建設(shè)工程”等項(xiàng)目建設(shè),更新完善一批水文測(cè)站的水文基礎(chǔ)設(shè)施,基本保證了水文測(cè)站監(jiān)測(cè)工作的正常運(yùn)行,同時(shí)配置了ADCP、雷達(dá)波測(cè)流系統(tǒng)、全自動(dòng)纜道等先進(jìn)測(cè)驗(yàn)設(shè)備,積極推進(jìn)新儀器新技術(shù)在水文監(jiān)測(cè)工作中的應(yīng)用。 通過“十三五”期間的建設(shè),西藏水文監(jiān)測(cè)能力有了較大提升,計(jì)算機(jī)與通信新技術(shù)的應(yīng)用使全區(qū)水文信息采集與傳輸?shù)臅r(shí)效性和可靠性明顯提高[3]。

1.3 信息服務(wù)水平顯著提高

現(xiàn)階段,西藏水文局、地市水文分局和水文測(cè)站之間采用多種通信手段形成了三級(jí)水情信息通信網(wǎng)絡(luò),基本實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)上傳輸、接收、處理及轉(zhuǎn)發(fā)等,在防汛抗旱工作中發(fā)揮了重要的支撐作用。 其中水文測(cè)站與西藏水文局之間水情上報(bào)采用短信、移動(dòng)公網(wǎng)和衛(wèi)星等通信手段,基本能滿足水情上報(bào)要求;西藏水文局與地市水文分局之間水文信息傳輸采用專線,傳輸方式相對(duì)高效、穩(wěn)定、安全,但專線帶寬僅為2M,傳輸能力較弱。

2 水文現(xiàn)代化建設(shè)思路

立足于西藏水旱災(zāi)害防御、水資源管理、水環(huán)境治理和水生態(tài)保護(hù)等實(shí)際需求,以改造大江大河水文站網(wǎng)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)能力建設(shè)為重點(diǎn),鄉(xiāng)村水利工程和水雨情自動(dòng)監(jiān)測(cè)站為輔助,大力推進(jìn)水文自動(dòng)監(jiān)測(cè)體系建設(shè);完善水文監(jiān)測(cè)中心建設(shè),提升水資源監(jiān)測(cè)能力,實(shí)現(xiàn)水文監(jiān)測(cè)全集控。 水文監(jiān)測(cè)體系見圖1。

圖1 水文監(jiān)測(cè)體系示意圖

2.1 水文測(cè)站自動(dòng)化建設(shè)

對(duì)水文測(cè)站全面提檔升級(jí),提升水文測(cè)站的自動(dòng)監(jiān)測(cè)能力。 實(shí)行水文測(cè)站分類分級(jí)管理:一是基本水文測(cè)站,全部實(shí)現(xiàn)“全要素、全自動(dòng)、全量程”監(jiān)測(cè)。 二是專用水文測(cè)站,以中高水實(shí)時(shí)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)為重點(diǎn),推進(jìn)防汛專用站自動(dòng)監(jiān)測(cè);以中低水實(shí)時(shí)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)為重點(diǎn),推進(jìn)抗旱和生態(tài)流量站自動(dòng)監(jiān)測(cè)。

2.2 水文監(jiān)測(cè)中心建設(shè)

以區(qū)、市級(jí)水文監(jiān)測(cè)中心為重點(diǎn),推進(jìn)縣級(jí)水文監(jiān)測(cè)中心建設(shè),提高水文監(jiān)測(cè)及應(yīng)急管理能力。 水文站網(wǎng)河段水雨情、水文監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、水文視頻數(shù)據(jù)、工況運(yùn)維數(shù)據(jù)等經(jīng)過在線整編系統(tǒng)校核審查后,統(tǒng)一匯集到水文監(jiān)測(cè)中心,構(gòu)建視頻智能監(jiān)控、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)一接收、動(dòng)態(tài)分析評(píng)價(jià)、及時(shí)發(fā)布信息、實(shí)時(shí)指揮調(diào)度的水文監(jiān)測(cè)中心[4-5]。

2.3 水質(zhì)水資源檢測(cè)、監(jiān)測(cè)能力建設(shè)

加強(qiáng)水質(zhì)實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)能力建設(shè),區(qū)級(jí)水質(zhì)實(shí)驗(yàn)室要具有三項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)的檢測(cè)能力,市級(jí)水質(zhì)實(shí)驗(yàn)室要具有基本項(xiàng)目檢測(cè)能力。 向水生態(tài)監(jiān)測(cè)方面進(jìn)行拓展,滿足全面掌握江河湖庫和地下水水質(zhì)基本狀況,以及水資源調(diào)配、引退水、生態(tài)補(bǔ)水、飲用水水源等專項(xiàng)水質(zhì)監(jiān)測(cè)需求。

3 水文現(xiàn)代化建設(shè)對(duì)策

3.1 推進(jìn)水文數(shù)字化

按照“補(bǔ)充完善、升級(jí)改造、整合共享”原則,優(yōu)化信息資源配置,充分利用現(xiàn)有數(shù)據(jù)資源,加快推進(jìn)水文數(shù)字化。

a.建設(shè)實(shí)時(shí)水文數(shù)據(jù)庫。 構(gòu)建水文大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)平臺(tái),進(jìn)行水文數(shù)據(jù)的資源整合、整編和入庫,構(gòu)建西藏自治區(qū)實(shí)時(shí)水文數(shù)據(jù)庫。

b.完善系列水文數(shù)據(jù)庫。 充分利用現(xiàn)有數(shù)據(jù)資源,建設(shè)水文歷史數(shù)據(jù)庫,推進(jìn)水文資料存儲(chǔ)、管理和應(yīng)用的數(shù)字化建設(shè),逐步完善數(shù)字化的系列水文數(shù)據(jù)庫。

c.構(gòu)建河湖基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫。 構(gòu)建“權(quán)威、全面、合法、安全、可靠”的河湖地理信息時(shí)空大數(shù)據(jù)一張圖,提供面向各專題的空間決策支持服務(wù)、數(shù)據(jù)深度挖掘分析等多種應(yīng)用的一體化服務(wù)模式,增強(qiáng)智慧水文空間決策支持能力。

3.2 推進(jìn)水文網(wǎng)絡(luò)化

加強(qiáng)水文信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)“公有云+私有云”的部署,推進(jìn)信息資源融合共享,提升水文數(shù)字化、智能化應(yīng)用能力,強(qiáng)化水文網(wǎng)絡(luò)安全保障,為建設(shè)“智慧水文”更精準(zhǔn)更快捷的服務(wù)提供基礎(chǔ)支撐[6-8]。

a.構(gòu)建水文云支撐系統(tǒng)。 基于現(xiàn)有計(jì)算存儲(chǔ)資源,整合水文數(shù)據(jù)應(yīng)用節(jié)點(diǎn),采用云計(jì)算技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)、機(jī)房、計(jì)算、存儲(chǔ)資源的統(tǒng)一調(diào)度和管理,構(gòu)建設(shè)施集約、性能高效、安全穩(wěn)定的水文云計(jì)算基礎(chǔ),提供集約化的基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)。

b.提升數(shù)據(jù)傳輸水平。 面向下一代網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展,升級(jí)改造移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、局域網(wǎng)、水文骨干網(wǎng);全面提升網(wǎng)絡(luò)帶寬,滿足水文業(yè)務(wù)發(fā)展需求;充分利用北斗衛(wèi)星、低功耗4G 和5G、NB-IoT、LoRa 等通信技術(shù),打造高速、移動(dòng)、安全的新一代信息骨干網(wǎng)。

c.建設(shè)水文應(yīng)用支撐平臺(tái)。 構(gòu)建基于微服務(wù)、SOA 等架構(gòu)的應(yīng)用體系,提供統(tǒng)一的應(yīng)用支撐能力,為各應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)提供基礎(chǔ),實(shí)現(xiàn)跨系統(tǒng)間數(shù)據(jù)、流程、界面的集成與共享,解決應(yīng)用系統(tǒng)間交互操作等問題。

3.3 開發(fā)構(gòu)建預(yù)警預(yù)報(bào)實(shí)時(shí)化系統(tǒng)

強(qiáng)化水旱災(zāi)害防御更精準(zhǔn)更快捷支撐,開發(fā)預(yù)警預(yù)報(bào)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)工作流程規(guī)范化、發(fā)布成果標(biāo)準(zhǔn)化、工作方式自動(dòng)化。

a.健全水情情報(bào)預(yù)報(bào)綜合業(yè)務(wù)系統(tǒng)。 對(duì)現(xiàn)有水情業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)整合升級(jí)完善,全面提升情報(bào)預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)分析處理能力和共享服務(wù)水平;開發(fā)智能值班、實(shí)時(shí)情報(bào)預(yù)報(bào)信息監(jiān)控處理系統(tǒng),升級(jí)完善實(shí)時(shí)雨水情數(shù)據(jù)庫,構(gòu)建現(xiàn)代化的水文情報(bào)預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)系統(tǒng)與服務(wù)平臺(tái)。

b.構(gòu)建預(yù)報(bào)調(diào)度一體化服務(wù)系統(tǒng)。 構(gòu)建流域水工程聯(lián)合調(diào)度的水文分析和預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)體系,實(shí)現(xiàn)水文預(yù)報(bào)與氣象、水工程的耦合,深化水文預(yù)報(bào)與服務(wù)對(duì)象的關(guān)聯(lián),初步實(shí)現(xiàn)對(duì)重要河湖洪水過程的模擬推演和數(shù)字流場(chǎng)映射,實(shí)現(xiàn)預(yù)報(bào)調(diào)度一體化。

c.完善山洪災(zāi)害動(dòng)態(tài)預(yù)警系統(tǒng)。 在現(xiàn)有針對(duì)山洪災(zāi)害防治項(xiàng)目開發(fā)的預(yù)警軟件基礎(chǔ)上,進(jìn)一步提升軟硬件支撐能力,實(shí)現(xiàn)不同時(shí)段以小流域?yàn)閱卧膮^(qū)域山洪災(zāi)害動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警,大幅提升山洪災(zāi)害預(yù)警預(yù)報(bào)水平。

d.完善國際河流報(bào)汛系統(tǒng)。 對(duì)國際河流報(bào)汛站點(diǎn)報(bào)汛設(shè)施進(jìn)行全面改造,實(shí)現(xiàn)報(bào)汛站“GPRS+北斗衛(wèi)星”雙信道通信,進(jìn)一步完善國際報(bào)汛軟硬件系統(tǒng),加強(qiáng)報(bào)汛數(shù)據(jù)保障,提升國際報(bào)汛服務(wù)能力。

3.4 完善構(gòu)建水資源智能化動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)系統(tǒng)

根據(jù)水資源管理、水生態(tài)保護(hù)等需求,充分應(yīng)用大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能等技術(shù),構(gòu)建滿足流域和區(qū)域、地表水和地下水等服務(wù)領(lǐng)域的水資源動(dòng)態(tài)分析評(píng)價(jià)預(yù)警系統(tǒng)。

a.完善水資源系統(tǒng)。 充分整合現(xiàn)有系統(tǒng)資源,通過應(yīng)用集成的方式進(jìn)行系統(tǒng)完善升級(jí),補(bǔ)充水量水質(zhì)聯(lián)合評(píng)價(jià)及區(qū)域、流域水資源評(píng)價(jià)等功能,結(jié)合在線整編成果,在評(píng)價(jià)模型的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)水資源量的年度動(dòng)態(tài)評(píng)估和評(píng)價(jià)。

b.構(gòu)建動(dòng)態(tài)水文情勢(shì)分析評(píng)價(jià)系統(tǒng)。 從水文情勢(shì)、汛情旱情等多方面、多角度,全面深入地分析西藏水文情勢(shì)變化情況,提升不同空間尺度的評(píng)估能力,提供實(shí)時(shí)分析評(píng)估成果并實(shí)時(shí)推送。

c.構(gòu)建地下水信息分析評(píng)價(jià)系統(tǒng)。 開發(fā)地下水水位監(jiān)測(cè)、地下水利用等信息提取功能,開發(fā)地下水預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)功能,實(shí)現(xiàn)模擬分析輸出未來一定時(shí)間段內(nèi)的地下水水位分布及變化趨勢(shì)。

d.構(gòu)建水質(zhì)水生態(tài)預(yù)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)。 建立重要河段和湖庫水生態(tài)本底值數(shù)據(jù)庫,開發(fā)水生態(tài)信息及水量補(bǔ)充、水質(zhì)狀況等現(xiàn)狀信息獲取功能,以及水質(zhì)常規(guī)污染物遷移擴(kuò)散、富營(yíng)養(yǎng)化動(dòng)力學(xué)、水環(huán)境動(dòng)力學(xué)模擬計(jì)算功能,實(shí)現(xiàn)對(duì)主要污染物的遷移時(shí)空分布規(guī)律、水華預(yù)測(cè)預(yù)警動(dòng)態(tài)、水生態(tài)變化的分析模擬,向各級(jí)水行政部門和相關(guān)部門提供主要河湖實(shí)時(shí)水質(zhì)、水華等預(yù)測(cè)預(yù)警服務(wù)。

4 結(jié) 語

本文通過對(duì)西藏自治區(qū)水文現(xiàn)代化建設(shè)現(xiàn)狀與存在問題進(jìn)行分析,提出了建設(shè)思路和解決對(duì)策。 西藏水文要立足流域管理、經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需求,充分應(yīng)用大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能、區(qū)塊鏈等技術(shù),加快推進(jìn)水文數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化建設(shè),為推進(jìn)水文服務(wù)精準(zhǔn)化提供可能,提升水文服務(wù)支撐能力,為西藏地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供更及時(shí)、更全面、更準(zhǔn)確地水文服務(wù)。