浙江山區(qū)性小流域安全管理決策預(yù)警信息化體系建設(shè)

郭昆 薛蒼松

摘要：隨著大江大河防洪能力的提高，小流域?yàn)?zāi)害問題日益突出，浙江省是山洪災(zāi)害易發(fā)、多發(fā)省份，山洪災(zāi)害對經(jīng)濟(jì)社會(huì)和人民生命財(cái)產(chǎn)造成極大的危害，據(jù)統(tǒng)計(jì)，近年全省小流域山洪災(zāi)害造成的人 員傷亡占洪澇災(zāi)害傷亡總?cè)藬?shù)的70%以上[1]。在此背景下浙江省開展了山洪災(zāi)害防治項(xiàng)目以及中小河流治理項(xiàng)目，以期基于工程措施、非工措施兩方面工作的開展，提高中小流域的抗災(zāi)能力。本文以小流域作為研究對象，以安全管理為核心，以水利模型和管理制度為依托，構(gòu)建決策預(yù)警信息化體系，提升小流域安全管理信息化、智慧化水平。

關(guān)鍵詞：安全管理；數(shù)字流域；預(yù)警；決策支撐

小流域山洪災(zāi)害具有易發(fā)、突發(fā)、破壞力強(qiáng)等特點(diǎn)，隨著大江大河防洪能力的提高，小流域山洪災(zāi)害問題日益凸顯，其也成為近年來防災(zāi)減災(zāi)領(lǐng)域研究的一項(xiàng)重要課題。山洪來水集中且漲落幅度大，有效預(yù)警、精準(zhǔn)預(yù)報(bào)的難度大，小流域的預(yù)報(bào)預(yù)警工作受到防洪工作者以及研究人員的關(guān)注。

目前研究主流依然側(cè)重于預(yù)警指標(biāo)優(yōu)化以及預(yù)警計(jì)算方法等研究及其應(yīng)用方面，陳澤恩等以龍文區(qū)山洪災(zāi)害防治非工程措施項(xiàng)目建設(shè)為例，簡要分析了預(yù)警指標(biāo)選擇的關(guān)聯(lián)因素、設(shè)置必要性、運(yùn)用成效及存在的問題，并對指標(biāo)優(yōu)化進(jìn)行了探討[2]。葉金印等以新安江模型為基礎(chǔ)，提出了考慮圖繞飽和度的動(dòng)態(tài)臨界雨量山洪預(yù)警方法，并對方法進(jìn)行了檢驗(yàn)，預(yù)警合格率超過了70%[3]。劉志宇等分析了國內(nèi)外山洪預(yù)警預(yù)報(bào)技術(shù)的最新進(jìn)展，提出了以分布式水文模型為基礎(chǔ)，以動(dòng)態(tài)臨界雨量為指標(biāo)的山洪預(yù)警預(yù)報(bào)方法，并在江西遂川江流域進(jìn)行運(yùn)用[4]。

總體來看，當(dāng)前研究在預(yù)警預(yù)報(bào)計(jì)算及其應(yīng)用方面積累了大量成果；基于預(yù)警支撐計(jì)算等與水利管理的融合，構(gòu)建小流域安全管理體系等方面的研究相對缺少。隨著水利管理體制不斷完善，管理抓手日益健全，管理責(zé)任落實(shí)得到了保障，如何將預(yù)警決策支撐與管理體制有效融合，形成治水合力，是破解小流域安全管理難題的重要途徑。

1 技術(shù)路線

本文以小流域安全管理為核心，從小流域信息化系統(tǒng)構(gòu)建的角度展開研究，基于流域安全管理信息化實(shí)施內(nèi)容角度來看，可以分為數(shù)字流域體系、預(yù)警體系、工程運(yùn)管體系、決策支撐體系等四大體系。

綜合考慮數(shù)據(jù)、模型、支撐、管理等環(huán)節(jié)，通過構(gòu)建小流域數(shù)字流域體系、決策支撐體系、工程運(yùn)管體系、預(yù)警管理體系，經(jīng)信息化整合，最終實(shí)現(xiàn)小流域安全管理決策預(yù)警信息化體系建設(shè)。

2 數(shù)字流域體系

數(shù)字流域是對流域信息的數(shù)字化描述，將數(shù)字流域拆解成流域場景和要素場景兩個(gè)層面進(jìn)行數(shù)字流域的構(gòu)建，其中流域場景主要反映流域總體面貌，要素場景主要對流域水利管理要素進(jìn)行數(shù)字化管理。

2.1 流域場景的構(gòu)建

隨著信息化技術(shù)的發(fā)展，場景表達(dá)的手段愈加完善，場景表達(dá)也越來越直觀，總的可以分為二維場景和流域三維場景。

2.1.1 二維場景構(gòu)建

在信息化平臺中，根據(jù)使用需求進(jìn)行二維場景的構(gòu)建，手段包括現(xiàn)有商業(yè)電子地圖集成及基于遙感數(shù)據(jù)的二維場景構(gòu)建。

1）商業(yè)電子地圖的集成利用。目前商業(yè)電子地圖包括百度地圖、谷歌地圖、高德地圖、天地圖等，并提供相應(yīng)的地圖開發(fā)接口服務(wù)，為服務(wù)集成提供了便利，其中天地圖在專業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用相對廣泛。

2）基于遙感的二維場景構(gòu)建。

基于遙感影像數(shù)據(jù)構(gòu)建二維場景，需對影像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。以國產(chǎn)資源三號衛(wèi)星為例，其包括全景影像、多光譜影像、以及前后視影像，通過數(shù)據(jù)預(yù)處理、大氣校正、正射校正、幾何校正、融合處理，可作為二維場景底圖。由于遙感影像本身地理信息標(biāo)注較少，需測繪部門提供相應(yīng)的標(biāo)注信息與遙感地圖進(jìn)行疊加，并進(jìn)行切片處理。

2.1.2 三維場景構(gòu)建

根據(jù)管理尺度、精度等需求差異，三維模型構(gòu)建方式大致可分為基于遙感影像、基于無人機(jī)、基于數(shù)學(xué)模型三種構(gòu)建模式，其場景展示精度由低到高，根據(jù)展示精度需求的不同，分別應(yīng)用于流域范圍、工程管理區(qū)域或其他重要區(qū)域、重要節(jié)點(diǎn)水利工程的三維場景構(gòu)建。

基于遙感影像的三維場景構(gòu)建，以資源三號衛(wèi)星遙感影像為例，需從前后視立體相對中提取出地表高程數(shù)據(jù)，同時(shí)對多光譜影像、全色影像進(jìn)行預(yù)處理、大氣校正、正射校正、幾何校正、融合處理，最終將地表高程與融合影像進(jìn)行疊加，并進(jìn)行服務(wù)發(fā)布。

基于無人機(jī)的三維場景構(gòu)建與遙感影像三維場景構(gòu)建原理類似，對無人機(jī)信息采集成果通過進(jìn)行勻光勻色、影像鑲嵌等后處理，生成DEM和DOM，進(jìn)行圖層疊加，最終進(jìn)行服務(wù)發(fā)布。

數(shù)學(xué)模型建立三維模型，主要依托BIM技術(shù)對流域關(guān)鍵水利工程節(jié)點(diǎn)進(jìn)行三維模型構(gòu)建，并將模型成果通過模型發(fā)布平臺進(jìn)行服務(wù)發(fā)布，在管理平臺中予以集成。

2.2 要素場景的構(gòu)建

根據(jù)水利要素空間特征進(jìn)行面、線、點(diǎn)的區(qū)分，面狀要素包括土地利用、土壤、流域劃分、數(shù)字高程模型、水域面（河、湖、庫、塘等）、圩區(qū)或堤防保護(hù)對象等；線狀要素：河道線（包括河道管理線、岸線等）、堤線（在建、現(xiàn)狀、規(guī)劃）、工程劃界（管理范圍線、保護(hù)范圍線等）等；點(diǎn)裝要素包括：點(diǎn)狀工程（水庫、閘、泵、樞紐、交叉建筑物、跨河建筑物等）、測點(diǎn)（水雨情測站、土壤墑情、安全監(jiān)測點(diǎn)、視頻監(jiān)控點(diǎn)等）、預(yù)警設(shè)施分布、重要設(shè)施等。

利用地理信息管理系統(tǒng)對各類要素做矢量化處理，并根據(jù)管理決策支撐需求，完善矢量數(shù)據(jù)屬性信息。在此基礎(chǔ)上通過數(shù)據(jù)預(yù)處理（糾偏、投影統(tǒng)一等）、數(shù)據(jù)質(zhì)檢（準(zhǔn)確性、規(guī)范性）、數(shù)據(jù)拼接整合等，完成要素場景數(shù)據(jù)庫建設(shè)，部分監(jiān)測設(shè)備等實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的接入。

3 決策支撐體系

3.1 決策支撐模型庫

決策支撐模型庫主要包括各類水文、水利計(jì)算方法、模型，以及工程安全運(yùn)行評價(jià)模型等，包括點(diǎn)面雨量轉(zhuǎn)換、時(shí)段點(diǎn)面雨量滾動(dòng)計(jì)算、洪水預(yù)報(bào)調(diào)度、洪水淹沒分析計(jì)算、河道水面線推算、運(yùn)行管理安全評價(jià)、避險(xiǎn)轉(zhuǎn)移線路最優(yōu)化等。對計(jì)算模型進(jìn)行規(guī)范處理，包括模型輸入輸出數(shù)據(jù)格式、模型參數(shù)格式、模型計(jì)算模塊集成封裝等，實(shí)現(xiàn)模型計(jì)算服務(wù)發(fā)布。

3.2 決策支撐數(shù)據(jù)庫

決策支撐數(shù)據(jù)庫對預(yù)警計(jì)算成果進(jìn)行數(shù)據(jù)庫存儲，如山洪預(yù)警指標(biāo)、危險(xiǎn)區(qū)等級劃分等成果，設(shè)計(jì)頻率下區(qū)域淹沒范圍、淹沒歷時(shí)、淹沒水深、災(zāi)情統(tǒng)計(jì)，防汛形勢圖編制成果等。預(yù)警指標(biāo)、危險(xiǎn)區(qū)劃分等未實(shí)現(xiàn)流域范圍全覆蓋，進(jìn)行補(bǔ)充計(jì)算分析，或?qū)⑾鄳?yīng)模型集成到支撐決策模型中。

3.3 監(jiān)測預(yù)警硬件系統(tǒng)

監(jiān)測預(yù)警硬件系統(tǒng)主要保障實(shí)現(xiàn)災(zāi)情監(jiān)測、災(zāi)害防范宣傳、預(yù)警告知、防汛過程交互等功能。

根據(jù)小流域硬件監(jiān)測現(xiàn)狀、區(qū)域防汛形勢、模型計(jì)算數(shù)據(jù)需求，適當(dāng)補(bǔ)充相應(yīng)的遙測站點(diǎn)，包括遙測雨量站、水位站、土壤墑情監(jiān)測點(diǎn)、視頻監(jiān)測點(diǎn)等。

預(yù)警硬件設(shè)施主要包括預(yù)警大屏建設(shè)、預(yù)警短信服務(wù)、離線預(yù)警廣播系統(tǒng)建設(shè)等，根據(jù)危險(xiǎn)區(qū)等級劃分情況等，合理進(jìn)行點(diǎn)位布設(shè)，按照危險(xiǎn)程度高低，確定保障次序。

4 工程運(yùn)管體系

水利工程是保障流域安全的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，同時(shí)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)性水利工程自身的安全運(yùn)行對于流域整體的安全運(yùn)行起到?jīng)Q定性的作用，水利工程安全運(yùn)行管理對于流域安全管理意義重大。

水利工程管理需對運(yùn)行管理進(jìn)行事項(xiàng)化的梳理，對管理事項(xiàng)進(jìn)行流程化梳理，對管理流程節(jié)點(diǎn)進(jìn)行責(zé)任明確；對運(yùn)行管理的組織體系進(jìn)行梳理，明確人員崗位事項(xiàng)對應(yīng)關(guān)系及人員上崗條件；從水利工程安全運(yùn)行角度考慮，管理事項(xiàng)包括劃界限權(quán)、調(diào)度運(yùn)行、安全監(jiān)測、巡查檢查、維護(hù)養(yǎng)護(hù)、預(yù)警預(yù)報(bào)等

通過平臺功能建設(shè)，實(shí)現(xiàn)人員崗位權(quán)限對應(yīng)，監(jiān)督人員履職情況，落實(shí)問題追蹤機(jī)制，實(shí)現(xiàn)管理事項(xiàng)化、流程閉環(huán)化、操作規(guī)范化、責(zé)任明晰化，并通過工程運(yùn)行管理評價(jià)模型對工程運(yùn)管狀況進(jìn)行綜合評價(jià)，對安全運(yùn)行管理工作不到位的工程及時(shí)告警。

5 預(yù)警管理體系

預(yù)警管理體系依托現(xiàn)狀管理網(wǎng)格劃分，落實(shí)預(yù)警或防汛責(zé)任，通過信息化手段實(shí)現(xiàn)預(yù)警過程監(jiān)控、預(yù)警信息共享，同時(shí)加強(qiáng)預(yù)警宣傳、警示以及小流域應(yīng)急管理基礎(chǔ)工作。

目前浙江省省、市、縣均設(shè)立專門防汛指揮機(jī)構(gòu)，通過基層防汛體系管理建設(shè)中對網(wǎng)格進(jìn)一步細(xì)化，實(shí)現(xiàn)以鄉(xiāng)鎮(zhèn)（街道）為單位，以行政村（社區(qū)）為單元，以自然村、居民區(qū)、企事業(yè)單位、水庫山塘、堤防海塘、山洪與地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)、危房、公路危險(xiǎn)區(qū)、船只、避災(zāi)安置場所等責(zé)任區(qū)為網(wǎng)格的劃分，并明確預(yù)警流程、落實(shí)了網(wǎng)格責(zé)任人，在重要網(wǎng)格設(shè)置A、B崗；水利工程標(biāo)準(zhǔn)化工作以水利工程作為網(wǎng)格，進(jìn)一步細(xì)化管理責(zé)任，明確管理責(zé)任主體并實(shí)現(xiàn)定崗定員工作；河長制工作進(jìn)行了河段網(wǎng)格劃分，從省、市、縣、鄉(xiāng)鎮(zhèn)、行政村、自然村等層級，建立一整套的網(wǎng)格體系。

信息化平臺通過對網(wǎng)格劃分以及網(wǎng)格責(zé)任人管理，實(shí)現(xiàn)對預(yù)警對象的全覆蓋，通過信息化手段調(diào)動(dòng)各級網(wǎng)格責(zé)任人進(jìn)行落實(shí)預(yù)警相關(guān)工作，可以保障預(yù)警及時(shí)到人到戶。

信息平臺中對預(yù)警宣傳工作進(jìn)行臺賬式管理監(jiān)督，對預(yù)警管理配套標(biāo)識牌進(jìn)行管理，并實(shí)現(xiàn)防汛物資管理信息化，為應(yīng)急管理工作開展提供日常監(jiān)督手段。

6 總結(jié)與展望

本文基于數(shù)字流域、決策支撐、工程運(yùn)管、預(yù)警管理四大體系構(gòu)建，從數(shù)據(jù)支撐、硬件保障、模型計(jì)算、工程管理、水行政管理等幾方面入手，實(shí)現(xiàn)小流域安全管理決策預(yù)警信息化體系建設(shè)。

隨著水問題日益突出，流域安全問題內(nèi)涵不斷擴(kuò)展，從傳統(tǒng)防洪安全，逐漸向水質(zhì)、水資源保障等方面關(guān)拓展，建立流域水安全管理綜合平臺的需求凸顯；同時(shí)由于管理多線條現(xiàn)狀，帶來的管理網(wǎng)格化統(tǒng)一問題的研究有待進(jìn)一步深化。

參考文獻(xiàn)：

[1]曹飛鳳，何秉順.浙江省山洪災(zāi)害防治非工程措施建設(shè)現(xiàn)狀與對策研究[J].中國水利，2014（9）：5759.

[2]陳澤恩，林勇明.福建漳州市龍山區(qū)山洪災(zāi)害防治預(yù)警方式和指標(biāo)確定探討[J].中國防汛抗旱，2014，24（增）：7375.

[3]葉金印，李致家，常露.基于動(dòng)態(tài)臨界雨量的山洪預(yù)警方法研究與應(yīng)用[J].氣象，2014，40（1）：101107.

[4]劉志宇，楊大文，胡健偉.基于動(dòng)態(tài)臨界雨量的中小河流山洪預(yù)警方法及其應(yīng)用[J].北京師范大學(xué)學(xué)報(bào)自然科學(xué)版，2010，46（3）：317321.