杭州水文現代化發展的思考與展望

姬戰生，王玉明，張振林

(杭州市水文水資源監測中心，浙江杭州 310016)

水文作為防汛的“尖兵”和“耳目”，在水旱災害防御、水資源保護與管理等方面發揮了巨大作用。但隨著新時代國家和行業發展的新要求和大數據、云計算、人工智能、圖像識別等新一代技術的快速發展[1]，水文在智能感知的覆蓋面、自動監測的全面性、預報分析的時效性、便捷服務的多樣性等方面存在不同程度的短板[2]。作為“重要窗口”的新定位鼓勵著杭州水文加強頂層設計，找準主要問題，提出針對性的工作舉措，主動拓寬服務領域、豐富服務產品、提高服務質量，加快實現水文現代化，打造具有杭州辨識度的現代化水文體系，更好發揮水文在防洪水安全、優質水資源、宜居水環境、健康水生態等建設中的支撐保障作用[3]。

1 杭州水文發展現狀

1.1 水文站網建設日趨完善近年來，杭州新建、改建了一批水文測站，開展了國家基本站測站考證、標準化管理創建和水文防汛“5+1”工程建設，擴大水文監測項目和范圍，基本形成了覆蓋比較完善、監測項目比較齊全、標準化管理水平較高的水文站網體系[4]。截至2020年底，全市現有各類水文測站1 778個，其中包括水文遙測站點1 117個，氣象共享站點581個，城管共享站點147個。按測站類別分，水文站21個，水位站697個，雨量站1240個，蒸發站13個，地下水位站14個，墑情站15個。

1.2 水文監測自動化穩步提升杭州現有測站已全部實現雨量、水位、潮位、墑情、地下水水位在線監測，流量、蒸發、水質主要為駐站監測和巡測。全市11個國家基本水文站中有5個實現基于H-ADCP的流量在線監測，其他站點流量測驗仍以纜道流速儀法為主；泥沙自動監測尚處于起步階段，部分蒸發站已開展自動監測。縣級以上行政交接斷面水量監測站覆蓋率達100%，省級報汛站衛星備用通道建設率提高到100%。

1.3 水文預報分析能力不斷增強編制了錢塘江干流桐廬站、富陽站和閘口站、分水江流域分水江站、蘭江流域三河站、東苕溪流域瓶窯站和余杭站、運河流域拱宸橋站等主要江河控制站洪水預報方案，基本實現全市主要江河干流洪水預報方案全覆蓋、作業預報全覆蓋；制定了市級洪水預警站“四色”預警發布標準，實現洪水預警發布全覆蓋，為各級政府和社會公眾提供了及時可靠的江河水情預報預警信息，實現了洪水的“提前知、提前控”。首次將支持向量機[5]、深度學習[6]等人工智能算法應用于運河河網、東苕溪流域洪水預報和錢塘江涌潮預報，為水文預報分析提供了新思路。

1.4 水文信息化水平逐步提高建成了杭州市水情數據中心，實現了實時水雨情信息自動采集、存儲、清洗、分發，實現了遙測數據水文內部省、市、縣3級共用，外部與城管、氣象等多部門共享。研發了杭州市水旱災害監測預警平臺、水文預警系統、微信報汛系統、水雨情簡報系統、等值線繪制系統等，大大提高了水旱災害防御工作效率和服務水平[7]。在全省率先建成水文資料在線整編系統，穩步推進了國家基本站的水文資料即時整編。研發取水實時監控管理平臺，強化了近500家企業取用水監督管理。

1.5 水文服務范圍不斷拓寬落實“最多跑一次”改革，完善水文資料共享管理機制，研發水文信息便民服務App，為公眾提供便捷的水文信息查詢服務。每年編制《杭州市水資源公報》《杭州市水資源質量通報》《杭州市水資源資產負債表》，完成跨行政區域交接斷面水量核定，為水資源管理提供技術支撐。全年365天不間斷開展錢塘江潮汐預報，并通過省、市電視臺、廣播、報紙、官方網站等各種媒介發布潮汐信息，為防潮安全管理、市民游客觀潮、交通航運、河道引配水、涉水工程建設等提供技術服務。

2 存在的主要問題

2.1 水文站網覆蓋面不足水文信息采集主要依靠地面水文監測站網，監測項目以雨量和水位為主，離全面智能感知還有較大差距[8]。目前杭州市大中型水庫出庫流量、鄉鎮中心區水位、行政村雨量、縣級以上河湖水位尚未完全覆蓋，市級以上河道流量監測和流域面積200 km2以上河道流量監測需進一步補充。全市81個鄉鎮中心區，103個山丘區中心村無雨量監測，大中型水庫出庫流量自動監測率較低，全市開展泥沙監測的河流僅2條，水土保持監測小區僅1處，千島湖湖面蒸發監測空白；重要河道干流段及主要支流匯合口、防洪重要控制節點、保障亞運會等重大活動、支撐重點工程運行管理等測站不足，需適當補充建設。

2.2 監測自動化水平有待提高杭州市尚未完全實現流量和蒸發實時在線監測，未開展系統性的泥沙自動測驗。目前大部分水文站采用纜道流速儀法測流，少部分實現固定式ADCP測流，蒸發站受客觀技術條件限制仍采用人工觀測。因山區地理環境復雜，現有監測手段的環境適應性較低，大部分測站仍采用單一信道傳輸數據，水文要素的漏測、漏報、傳輸中斷等時有發生。

2.3 預報預警能力短板突出水文預報仍以經驗預報模式為主，需不同程度地進行人工分析計算，預見期較短；大數據、人工智能等分析應用手段尚未與實時水文預報作業深度融合；蘭江、浦陽江等需與周邊地市協調的流域洪水預報開展難度較大，流域洪水、錢塘江潮汐自動預報能力明顯不足。已建成的洪水預報系統均已運行多年，缺乏有效維護，下墊面及工程實際情況變化較大，且與當前計算機操作系統不相兼容，已難以適用。

2.4 信息分析處理能力不足隨著水文監測自動化的發展，自動化監測要素增多、監測站點加密，監測數據總量呈幾何式增長，但僅108個國家基本站數據實現了資料整編，大部分水文遙測數據尚未實現自動化整編；防汛抗旱、水資源管理等自動化情報分析能力不足；水文信息平臺一體化建設滯后，水文監測數據、水文分析模型、水文裝備管理、水文信息服務等信息化系統尚未集成；云計算、物聯網、大數據、人工智能等新一代信息技術在水文信息分析研究與應用不夠[9]，難以支撐水文高質量和可持續發展。

2.5 服務能力亟需提升水情分析仍以實時水雨情統計分析為主，對歷史水文數據深度挖掘和精加工不足，高技術附加值、多層次的產品化服務不多，高頻次智能化分析相對薄弱，提供的服務自動化和時效性不夠，產品質量有較大提升空間，與水旱災害防御、水資源保護和經濟社會發展等需求存在差距。除水雨情簡報、洪水預報預警、錢塘江潮汐預報等常規水文分析預報產品外，洪水風險、交通出行、取用水管理等貼近人民群眾生活實際的水文服務產品不夠豐富。圍繞杭州水利中心工作和經濟社會發展面臨的新情況新需求，不能提供更多精細化、多樣化水文服務[10]。

3 杭州水文現代化發展思路

3.1 發展目標圍繞水利改革發展總基調，緊扣杭州打造“全國數字經濟第一城”“全國數字治理第一城”的定位與部署，積極踐行“大水文”發展理念，落實“補短板、強監管”[11]，以數據底座為基礎，以預報預警為核心，以數字化轉型為抓手，穩步推進杭州水文“五大體系”建設，即健全優化的現代化水文站網體系、自動先進的水文監測體系、精準全面的水文分析預報體系、智能便捷的水文信息服務體系、精簡高效的水文管理體系，最終形成“透徹感知、智能分析、精簡管理、便捷服務”的現代化水文事業格局。

3.2 總體思路

3.2.1健全優化的現代化水文站網體系建設。以服務和支撐水旱災害防御、水資源保護與管理、水生態保護為目標，通過增加監測要素、加密站點布設、統籌站點功能，健全水文站網功能，優化站網布局，逐步實現水文站網管理的自動化、智能化和智慧化，實現水文站網監測“1個百分百、8個全覆蓋”，即全市專用水文測站標準化率達100%；所有大中型水庫、行政交接斷面、平原區重要引配水口門、市級以上河道、流域面積200 km2以上河道流量監測全覆蓋[12]，所有縣級以上河湖、鄉鎮中心區水位監測全覆蓋，所有行政村雨量監測全覆蓋。

通過在重要河道干支流上加密布設水文測站，依托重點工程配套建設水文測站，為保障亞運會等重大活動、控制防洪重要節點、監管重要湖庫水資源等建設必要站點，進一步優化完善水文站網。建成一批水文示范站，進一步推進新技術新裝備的應用示范；建設水文試驗站、河道動植物水生態監測示范站等，為開展科學研究提供基礎信息。構建水文站網建設管理指標體系，并定期評估，在保證站網全覆蓋的前提下精簡優化站網密度。

3.2.2自動先進的水文監測體系建設。充分利用新一代信息和傳感技術，構建空天地一體化水文感知網[13]，不斷提高水文監測時效性和精確性，大幅降低水文監測的人工依賴，全面實現杭州水旱災害、水資源、水環境、水生態等要素指標的全量程、全過程、全要素、全環境、全自動監測。

基于各水文要素監測技術特點與服務對象實際需求，以攻堅流量、蒸發、泥沙、墑情、含氯度等要素自動監測為重點，積極推進北斗衛星、5G等新一代通信技術應用，全面提升測站監測標準，不斷提高全要素監測自動化水平、監測量程適用性水平、監測環境適應性水平，在國內率先研究監測設備健康管理技術、監測數據質量智能化甄別技術，構建多技術交叉監測、自動化監測為主、巡檢駐檢為輔，集水文要素自動化監測、水文設備集成化管理、水文數據智能化甄別于一體的現代化水文監測新格局。

3.2.3精準全面的水文分析預報體系建設。充分利用傳統的水文學、水動力學等模型和大數據、云計算、區塊鏈、人工智能算法等新技術，建設“一標一倉一庫雙平臺”，即研編涵蓋水文數據倉、工具庫、系統平臺和數據產品的水文業務通用標準集；基于統一標準構建杭州綜合水文數據倉和包括模型庫、算法庫、方案庫的杭州水文預報分析工具庫；建設東苕溪、分水江、運河等主要流域洪水預報系統、錢塘江潮汐智能預報系統、中長期預報分析系統等，構建杭州水文預報平臺；構建包括知識圖譜與知識推理、水文大數據分析、城市洪澇模擬預報、智慧化自動決策分析和發布系統的杭州智慧水文平臺。

從標準體系、數據倉、工具庫、業務系統、產品集“五個層次”上，通過實用洪水預報方案數字化、數據模型算法產品倉庫化、傳統模型與智能模型集合化、預報分析評估作業實時化、水文決策支持智慧化“五個階段”逐步推進，實現全市主要流域洪水預報分析全覆蓋，實現全域洪水實時滾動預報，打造全面支撐杭州市水安全保障和強監管需求的智能預報分析體系，提高水文智慧化分析決策支撐能力[14]。

3.2.4智能便捷的水文信息服務體系建設。以全面服務水文工作、滿足政府部門和社會公眾需求為總體目標，建設現代化水文綜合管理服務平臺，形成水文信息監測、分析、管理、服務全業務鏈條的智能化管理服務模式。

分階段建成站網運行智能化監管系統、水文數據質量智能化診斷系統、水文資料智能化整編系統、水旱災害監測預警系統、水文信息共享服務系統、防汛水情會商系統、信息安全監控系統等功能模塊，最終形成集水文數據自動化監測、水文裝備智能化監管、水文數據智能化整編、水文信息泛在化服務于一體的現代化水文綜合管理服務平臺，為政府和社會公眾提供數據權威可靠、產品形式豐富、發布及時高效、獲取方便快捷的水文服務[15]。

3.2.5精簡高效的水文管理體系建設。建立“標準規范、精兵高效、全面服務、杭州特色”的現代化杭州水文管理體系，建成制度健全、標準規范、多級協同、監督有力的杭州水文治理體系，建設理念現代、工具先進、知識更新、能力勝任的杭州水文人才隊伍，推廣產學研合作攻關、實驗站先行先試的科研創新平臺機制，展示以水文鉛魚精神和大運河百年水文為特色的杭州水文文化窗口。

全面完善水文業務管理制度，建設水文業務流程標準規范，建成市縣兩級水文機構聯動合作機制，建立“準入評測—運管監督—跟蹤評估”的全鏈條社會化服務體系。實施“112”人才培養計劃，開展水文勘測技能和預報技術競賽，保障技術人員有提升路徑、技能人員有評價機制。開展水文水資源關鍵技術研究，強化水旱災害支撐，開拓資源生態服務。弘揚水文鉛魚精神，講好水文故事，提高水文隊伍凝聚力，擴大水文社會影響力。

4 展望

根據浙江省爭創社會主義現代化先行省的發展目標，緊扣杭州“全國數字經濟第一城”的定位與部署，圍繞省市“智慧水利”行動，以共享理念和科技創新兩大發展動力為引領，以數字化轉型為抓手，穩步推進“五大體系”建設，最終形成“透徹感知、智能分析、高效管理、便捷服務”的現代化水文事業格局，為政府和社會提供全面、及時、便捷的水文服務，有力支撐水利和經濟社會發展，在浙江省內展現水文“頭雁”風采，在國內爭創現代化示范。