洪水大數據預測分析及水庫電站自動化調度處理系統建設探索通用性氣象水文GIS信息整合策略

【摘要】針對現階段防汛工作，深入分析當前工作中存在的信息采集和處理滯后問題引起的非科學性洪水調度導致的洪災，提出建設自動化大數據整合洪水分析調度系統的可行性研究探索，科學地發揮水利工程的防洪減災功能。

【關鍵詞】大數據;防洪;自動化調度

1、防汛信息化現狀

當前，在全球云計算、物聯網等新興信息技術和傳統互聯網絡迅速發展和逐步深入應用的引領下，信息化已涉及各個角落，并醞釀著一場重大變革，不斷尋求新的突破。依托基礎地理、設施和功能的全部數字網絡化、智能可視化的城市信息化已是必然趨勢，而保證人民生命財產安全、保證社會經濟建設有序發展的防汛信息化建設也逐步納入重點發展的對象。

目前我國的防汛信息化建設還處于初期階段，雖然也在不斷嘗試新科學技術的應用，但由于沒有統一的標準規范，缺乏統籌規劃和管理，防汛、水文、氣象部門雖有信息資源共享，但在深廣度上無從談起，甚至一些地區部門間各自為政，導致防汛信息化仍任重道遠。而信息化建設過程中，各單位的基礎設施也存在重復建設，且較少考慮資源共享的需求，不僅造成資源浪費，還導致軟硬件設施、應用開發技術架構等自成體系，資源共享困難。另外各單位間信息化水平參差不齊，無形中制約了信息化效能的整體提升，而信息化建設中存在的輕軟件重硬件、輕培訓重建設現象也是屢見不鮮。上述這些問題，制約著我國防汛信息化建設水平的持續發展和提高。

氣象、水文信息是重要的調度決策信息來源。而當前社會背景下，各部門出于管理和自身利益的考量，加之缺乏統一規劃下的整體和優先推進策略，在信息共享的推進上都是舉棋不定，甚至望而卻步，導致各部門之間的信息無法得到及時準確有效的傳遞，從而使防汛信息化共享道路步履維艱，致使水利工程在削減洪峰，錯峰調度的作用也未得到充分發揮，而由于信息閉塞滯后導致的錯誤洪水調度決策，也讓人類在社會的經濟發展中付出了不小的代價。

當前防汛信息采集主要以氣象水文的數字化信息為主，而且一些地區部門間數據共享的屏障致使有效信息在短時間內無法一次性全部迅速提取，時效性得不到保證，而大部分防汛系統也未與GIS信息完美整合，無法直觀體現流域內洪水的最終影響，這就導致采集的數據在所展現的效用大打折扣。面對繁雜不完整的數據，短時間內決策者也很難在避免疏漏和錯誤的基礎上提取重要信息并做出最正確的決策。防汛責任大于天，人民的生命財產在洪水面前就是爭分奪秒，現實中每一個關鍵決策都要求決策者對流域內數據信息要有充分的掌握和在短時間內提取重要信息并作出正確判斷的能力，而這些在現實中幾乎無法達到完美統一，這就勢必要求人類在防汛信息化道路建設的過程中，不斷挖掘共享數據的潛力，探索并建設一個快、準、穩的全自動化洪水分析調度決策系統，科學充分的發揮水利工程設施的防災減災效用，避免由人為因素產生的錯誤決策而導致的人民生命財產損失。

2、自動化洪水分析調度系統建設對策

2.1 有針對性的GIS系統精細化校準

隨著無人機技術的民用普及化及RS、激光測距等新技術新硬件不斷地更新換代，使得新型測量技術潛能得到釋放，逐步進入實用化階段。軟件上，綜合運用Civil 3D抓取Google Earth地形圖提取斷面信息、CASS配合GIS軟件成圖等便捷的數據分析技術更是推動測量效率不斷提升，在保證不同精度需求的前提下，促使成本漸趨合理。在測量效率不斷提升和成本不斷降低的加持下，利用現有DEM數據，對易產生山洪災害的重點河道，山體溝壑進行第一階段的災害損失評級并進行重點標注和分級歸類，再根據評級選擇性的輔以激光測距、RS、或便捷高效的GIS信息提取分析成圖。關鍵斷面則可利用能提供厘米級精度的基于載波相位觀測值實時動態定位技術的GPS-RTK等測量技術，分級校準山體溝壑、河流斷面信息，針對性的精細化GIS信息，為信息化系統奠定堅實的基礎信息保障。

2.2 利用精細化的GIS信息和水庫電站分布，合理劃分預警范圍

在GIS信息進一步精細化后，根據重點度汛部位、電站水庫地理分布，對上下游蓄水調洪工程合理分段分區域標注影響區域，對易遭受洪災影響的區域，設置能與自動化調度系統聯動的基于GSM、CDMA等移動網絡傳輸的遠程預警站點。

2.3 結合氣象預報數據，利用合理模型對洪水進行預推演

根據劃分好的預警范圍，利用區域內的氣象預報數據，通過諸如新安江產流模型和動態馬斯京根法的匯流模型，預推演出由降水到形成流域出口斷面徑流量，從而得出洪水分析演算的預測性信息數據，然后結合精細化的GIS系統，在前端系統中實時得出圖形化的洪水淹沒區域，從而將數據形象化，為領導決策提供更為直接的圖像化依據，避免傳統數字數據提取中出現的遺漏和關聯推導中出現失誤導致的錯誤決策。

2.4 利用實時氣象水文信息，對預推演洪水數據進行大數據校準

由于天氣系統的復雜多變，特別是小流域山區受眾多因素作用，氣象預報數據僅能作為預測參考，與最終實際數據仍有誤差且容錯率較低，即圖形化結果也僅能作為預測參考。此時應利用氣象水文實時數據進行實時的大數據校準，從而提高模型推演的洪水淹沒區域精度，提升最終圖形化數據的可用性。

2.5 共享大數據平臺洪水推演結果，為水庫電站調度提供科學統籌調度方案

為上下游水庫電站實時共享校準后的大數據推演結果，實時計算上下游洪水淹沒區域，精確推算水庫電站泄洪時間、泄洪流量和預泄騰庫量，利用水庫電站聯網依序自動化安排錯峰泄洪，避免出現人為因素導致的錯誤泄洪決策。

2.6 整合遠程預警站點，為群眾生命財產筑起最后一道防線

當出現特大洪水，遠遠超出水庫電站調度能力，無法利用預泄騰庫和錯峰調度來避免洪水帶來的財產損失，自動化調度系統提前對已經關聯的遠程預警設備發出預警信號，向推演出的淹沒區域內民眾提前發出撤離信息，為群眾生命財產提供最后一道強有力保障。

3、結語

科學的洪水調度方案是城市發展、人民安居樂業的有力保障。為避免因信息采集和處理滯后導致的決策失誤而引起的人民生命財產損失，取代傳統落后的信息傳遞處理方式，探索并建設一個科學的自動化洪水預測分析調度系統勢在必行。

參考文獻：

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