流域水旱災害防御決策支持系統研究

袁瑩　孫甜

摘 要 結合數據挖掘和知識發現的基本理論，在傳統流域洪水預報及調度模型的基礎上，研究了基于ASP.NET MVC框架的流域水旱災害防御決策支持系統的構想和方法。根據流域水旱災害防御決策指揮的特點，深入挖掘流域水、雨、歷史災情數據，結合水旱災害防御指揮不同階段的場景，分析研判汛情風險，預測災害發展趨勢，進一步提高水旱災害防御指揮決策水平。

關鍵詞 水旱災害防御;決策支持系統;指揮場景;數學模型

中圖分類號： P426.616文獻標識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.02.068

0 引言

由于我國地域遼闊，河流眾多，造成水旱災害頻發。近年來，水旱災害是我國出現概率最高，影響范圍和造成損失最大的自然災害。信息是水旱災害防御決策的基礎。如何在水旱災害產生的各個階段，利用信息系統在較短時間內盡可能多地獲取相關信息，對防汛抗旱的形勢和問題作出正確的判斷和決策，制訂科學的防洪方案是新時期流域水旱災害防御需要面對的新問題。本文介紹了基于ASP.NET MVC框架[1]的流域水旱災害防御決策支持系統，從需求分析、系統框架、功能設計、關鍵技術、系統實現出發，分別闡述了水旱災害防御決策支持系統的構想和方法。

1 流域水旱災害防御決策支持系統設計

決策支持系統（Decision Support System，簡稱DSS），是一種重要的計算機應用系統。DSS是以數據庫、模型庫和知識庫為基礎，輔助支持相關部門各級管理人員進行決策，是推進管理現代化與決策科學化的有力工具。建立流域水旱災害防御決策支持系統的目的是為決策指揮提供多層次的信息服務和多種支持手段，以充分提高流域水旱災害防御決策科學化和現代化水平。

1.1 需求分析

根據流域水旱災害防御決策支持系統的應用現狀，其需求主要體現在以下方面：

（1）通過大數據共享，與氣象、海洋等各部門形成數據互聯互通，挖掘水旱災害相關數據利用價值，為水旱災害防御綜合研判提供基礎數據支撐。

（2）建立精準的流域洪水預報模型，準確地預報或評估流域未來的雨情、水情，及時有效的發布流域汛期預警。

（3）繪制流域動態洪水風險圖，對災害造成的損失采用合理的統計和評估方法，在水旱災害防御中提供基礎的決策支撐。

（4）以水旱災害防御過程中各階段不同的決策指揮場景為出發點，為管理人員搭建水旱災害防御實際應用場景，在不同場景中實現指揮信息的融合共享、有序流轉和自主顯控，使信息優勢轉化為決策優勢，促進態勢監控、輔助決策和指揮控制能力的提高。

1.2 系統功能

針對流域水旱災害特點和流域水旱災害防御指揮決策需求[6]，在對相關流域防汛預報系統大量調研的基礎上[2-4]，融合實時水雨情、降雨氣象預報、流域洪水預報、動態洪水風險編制、流域防洪調度、洪水調查等內容，提出將流域水旱災害防御決策指揮系統劃分為汛情態勢感知、水旱災害防御決策和災后綜合評估三大功能模塊。

1.2.1 汛情態勢感知

在流域可能或即將出現汛情時，通過實時調取流域水雨情信息、降雨預報信息以及流域各類工情信息，利用大數據分析等信息技術手段，設置一套水旱災害研判概念指標，綜合分析當前汛情狀態并提供實時水情簡報;實時監控降雨過程，與流域歷史降雨過程進行自動匹配，分析預估場次降雨過程走向;實時監測工程運行及安全狀態，綜合評估流域當前防洪形勢，為后期流域水旱災害防御決策提供前期保障。

1.2.2 水旱災害防御決策

當實時或預報水雨情已造成流域出現水位超警等狀況，依托水雨情實時監測數據，迅速描述流域當前水旱災害畫像，并形成相應水旱災害簡報;結合流域洪水預報模型，準確地預報或評估流域未來的雨情、水情，及時有效的發布流域汛期預警;模擬洪水動態演進過程，繪制流域動態洪水風險圖，對災害造成的損失采用合理的統計和評估方法，在水旱災害防御中提供基礎的決策支撐;結合流域防洪調度模型，動態模擬防洪調度，為決策人員調整調度方案提供直觀依據。提供信息自主交互功能，災害過程中根據當前水旱災害防御形勢實時更新融合信息，促進災害態勢監控能力和應急指揮水平。

1.2.3 災后綜合評估

在水旱災害結束后，及時做好水旱災害后評估工作。系統根據過程中記錄的災害過程數據，分析計算本次洪水特征值，建立流域典型洪水數據庫，為今后的防汛調度決策提供參考資料;將洪水預報和動態洪水風險繪制成果與實際災害情況進行比對，為優化流域預報模型參數積累數據，提升流域預報模型的準確性和及時性;綜合記錄本次調度過程、受災影響情況，合理分析工程調度決策以及實施效果，輔助生成評估報告，并與歷史情況分析對比，不斷優化流域未來的水旱災害防御決策支撐水平。

1.3 系統實現

為方便用戶訪問使用，系統的實現綜合使用了ASP.NET MVC 框架[5]、C#程序設計語言、SQL server、JavaScript、CSS3、HTML5和jQuery等技術和工具。系統整體基于WebGIS（網絡地理信息系統）技術結合B/S（瀏覽器/服務器）結構[6]實現。整個系統分為四個層次，分別為視圖、控制器、業務邏輯層和數據庫。其中視圖為用戶提供訪問界面，通過視圖用戶可以訪問相應的功能模塊;控制器根據訪問要求，返回相應的運行結果;業務邏輯層實現了對業務的抽象與封裝，實現完成特定的水利計算或成果的查詢統計;數據庫是根據水旱災害防御決策支撐的業務需求設計，用于存儲與業務相關的數據。

2 系統中采用的預報、調度和仿真模型

一個有效的流域水旱災害防御決策方案應體現出水雨情預報的準確性、汛情和災情分析的可靠性、水利工程調度的合理性、防災減災決策的正確性，而其關鍵是根據流域水旱災害防御的具體特點，選擇適宜的預報、分析、調度和決策仿真模型，并通過模型耦合技術進行無縫融合，將分散的水旱災害防御業務信息全部匯聚、關聯、流動起來，為流域水旱災害防御提供動態的階段性的決策技術支撐。根據流域水旱災害防御工作的具體要求，在對國內外流域水旱災害防御決策模型充分調研的基礎上，研究和選用了一些適用的數學模型。作為系統模型庫的組成，本節列出了在流域水旱災害防御決策過程中常用到的部分模型，應用時，針對不同地區具體的防汛任務、水情工情特點及資料條件，選用其中一種或幾種數學模型。

2.1 洪水預報模型

洪水預報模型是通過分析研究洪水特點及河床變形規律，利用過去和實時的水文氣象資料，對未來一定時段的洪水發展過程進行預測的數學模型。模型通常采用水文學、水動力學等相結合的方法進行構建。

2.2 洪水風險分析模型

洪水風險分析模型是依據洪水預報模型計算得到的預報洪水過程結果，結合GIS、數據網格化等信息技術手段，標示洪泛區內各處受洪水災害危險程度的模型。模型將預報計算斷面水位過程數據轉換為矩形柵格文件，結合防洪區域內的工程分布地理信息及基礎特性，計算區域及對象的淹沒范圍和水深，分析預報流域洪水危機程度。根據洪水類型的不同，可以分為河道洪水分析、水庫洪水分析、風暴潮泛濫洪水分析和內澇洪水分析等。

2.3 洪水影響評估模型

洪水影響評估模型是對不同量級洪水各級水深淹沒區域內的經濟和社會指標的統計模型，可在一定程度上反映出洪水影響程度。洪水影響統計分析的經濟指標主要包括GDP、耕地面積、交通干線（省級以上公路、鐵路）里程等;社會指標為人口。統計單元為不同級別（縣區、鄉鎮等）的行政區域。

3 結語

本文著眼于現代化流域水旱災害防御領域的突出矛盾，研究設計了場景化的流域水旱災害防御決策支持系統，綜合考慮水旱災害防御過程中不同階段的需求和聚焦重點，研究了基于ASP.NET MVC框架的流域防汛決策支持系統;并根據我國洪澇災情特點研建和選用了目前國內外較先進和成熟的水情和災情仿真、預報、評估等數學模型，利用這些模型可以迅速、可靠和正確地模擬流域雨情、水情、災情的發展過程和可能后果，為場景提供合理有效的預報數據信息，為防汛減災決策提供科學依據。目前，已初步開發并投入使用的鰲江流域、東苕溪流域、防汛減災決策支持系統，取得了較好的防洪效益和社會效益，后續將繼續對系統進行深化，進一步積累流域水旱災害防御決策支撐系統建設經驗。

參考文獻

[1]秦冠男.基于ASP.NET MVC框架的IT管理系統的設計[D].上海：上海交通大學，2013.

[2]王昊，邢天明，邢棟，等.基層黃河防汛指揮決策支持系統研發與應用[J].人民黃河，2018，40（1）：23-26.

[3]鄭曉陽，胡傳廉.上海市防汛輔助決策系統研究[J].水文，2003，23（2）：32-36.

[4]劉俊，徐向陽.江蘇省城市防汛決策支持系統研究[J].災害學，2002，4（17）：11-15.

[5]趙豐.基于.NET框架下決策支持系統的模型研究[D].北京：北京郵電大學，2005.

[6]童恒慶，梅清.基于.NET平臺的B/S系統開發框架的研究[J].微機發展，2004，14（8）：61-63，66.