濟(jì)寧市智慧水務(wù)與防汛信息化體系建設(shè)實(shí)踐

孟 迎，顏桂杰，陳 浩

（1.濟(jì)寧市水利事業(yè)發(fā)展中心，山東 濟(jì)寧 272000；2.曲阜市尼山水庫管理中心，山東 曲阜 272000）

濟(jì)寧市東部山洪溝小流域水庫眾多，西部雨源型河流汛期峰高量大，北部黃河、東平湖縱橫交錯(cuò)，南部南四湖既承接著53 條入湖河流來水，又是南水北調(diào)的重要樞紐，防汛重要性尤為突出，是山東省防汛工作的重中之重。

近年來，濟(jì)寧市大力開展防汛抗旱工程體系建設(shè)，對東部縣區(qū)的山洪溝進(jìn)行治理，加固尼山水庫等5 座大中型水庫和155 座小型水庫，對紅旗閘等39 座大中型閘壩和攔河工程進(jìn)行提標(biāo)升級，建設(shè)塘壩1 175 座，修繕堤防1 719 km，初步形成了比較完整的工程體系，但隨著全球氣候變化的加劇，極端天氣對防汛抗旱工作的影響日益增加，現(xiàn)有的工程體系在數(shù)據(jù)共享、信息整合、視頻查看等信息化方面仍有很多短板，無法適應(yīng)現(xiàn)階段對數(shù)據(jù)信息聯(lián)合調(diào)度和綜合決策的要求，極大地制約了防汛抗旱工作的有效開展。因此，必須加強(qiáng)水利信息資源的統(tǒng)籌管理、集約利用和信息共享，打造包含精準(zhǔn)預(yù)報(bào)預(yù)警、動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)演進(jìn)、搶險(xiǎn)救災(zāi)智慧預(yù)案等內(nèi)容的智慧信息化體系，在深化數(shù)字流域建設(shè)的同時(shí)，提高安全預(yù)警水平，實(shí)現(xiàn)數(shù)字流域防汛抗旱信息化的智慧應(yīng)用。

1 防汛抗旱信息化建設(shè)概況

1.1 建立基礎(chǔ)性業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫

以防汛抗旱信息化工作為中心建立了雨情水情動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫、山洪溝小流域防災(zāi)數(shù)據(jù)庫、流域空間數(shù)據(jù)庫，以工程管理數(shù)字化工作為中心建立了河長湖長制數(shù)據(jù)庫、庫塘閘壩水管數(shù)據(jù)庫、水工程實(shí)時(shí)水文數(shù)據(jù)庫等一批基礎(chǔ)性業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫，積累了大量的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)和基礎(chǔ)性信息資源。

1.2 加強(qiáng)交互式應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)

濟(jì)寧市水務(wù)局在市級水利政務(wù)云服務(wù)平臺(tái)的基礎(chǔ)上加強(qiáng)交互式應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)，統(tǒng)一接口標(biāo)準(zhǔn)，升級信息化網(wǎng)絡(luò)帶寬，降低各應(yīng)用系統(tǒng)運(yùn)行成本，提高數(shù)據(jù)交互能力和信息利用效率，通過將防汛抗旱信息骨干網(wǎng)延伸至基層水務(wù)單位，實(shí)現(xiàn)對南四湖、梁濟(jì)運(yùn)河、東魚河、洙趙新河、泗河、白馬河、洸府河、新萬福河等河湖重點(diǎn)部位和關(guān)鍵水工程的實(shí)時(shí)監(jiān)控，滿足日常防汛抗旱工作中對雨情、水情、旱情、工情等信息監(jiān)測報(bào)送、預(yù)報(bào)預(yù)警的需求，初步建立起濟(jì)寧市防汛抗旱信息化體系。

1.3 加強(qiáng)數(shù)字流域建設(shè)

濟(jì)寧市水務(wù)局通過建設(shè)河長湖長制管理系統(tǒng)，對全市5 681 名河長湖長、1 453 名河管員湖管員、531 條河流湖泊、160 座水庫、1 175 處塘壩實(shí)現(xiàn)數(shù)字化管理；山洪災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)把所有雨源型山洪河流建立數(shù)字模型，制做堤防、岸線、水閘、泵站、水電站、排水口等水利工程的數(shù)字地圖，實(shí)現(xiàn)對山洪溝小流域逐層逐級的數(shù)字化直觀展示；水旱災(zāi)害防御指揮系統(tǒng)采集全市水旱相關(guān)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，建設(shè)數(shù)字化的水旱災(zāi)害防御一張圖，實(shí)現(xiàn)雨情水情、水文氣象、工程分布、物資配備、非工程措施、洪水風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域分布等水旱災(zāi)害防御要素的數(shù)字化直觀展示和實(shí)時(shí)在線監(jiān)測，各系統(tǒng)的數(shù)字化水平取得了顯著提高。

2 存在的問題

2.1 數(shù)據(jù)共享不足，不能滿足業(yè)務(wù)協(xié)同需求

目前各應(yīng)用系統(tǒng)均獨(dú)立運(yùn)行產(chǎn)生數(shù)據(jù)，系統(tǒng)之間缺少互通，應(yīng)用“孤島”現(xiàn)象還普遍存在，未能有效建立數(shù)據(jù)匯聚更新聯(lián)動(dòng)機(jī)制和數(shù)據(jù)治理體系，海量數(shù)據(jù)未能形成數(shù)據(jù)資源，造成區(qū)域和部門間信息資源共享不夠、要素保障不匹配等問題，嚴(yán)重制約各部門之間的業(yè)務(wù)協(xié)同工作。

2.2 研判分析不足，不能滿足興利除害需求

從現(xiàn)有的防汛抗旱信息化體系應(yīng)用功能上來看，業(yè)務(wù)應(yīng)用多以展示查詢和信息服務(wù)為主，數(shù)據(jù)分析水平有待提高，監(jiān)測實(shí)時(shí)匯總分析能力不足，仍然采用傳統(tǒng)的人工研判分析手段，新的智能化監(jiān)測、統(tǒng)計(jì)、分析手段未能得到廣泛應(yīng)用，時(shí)效性和準(zhǔn)確性都不能滿足興利除害的業(yè)務(wù)需求。

2.3 業(yè)務(wù)優(yōu)化不足，不能滿足數(shù)字化轉(zhuǎn)型需求

防汛抗旱信息化體系存在在線數(shù)字流程不閉合現(xiàn)象，不同事項(xiàng)之間主要通過線下的方式進(jìn)行業(yè)務(wù)協(xié)同，業(yè)務(wù)應(yīng)用中仍存在人工填報(bào)數(shù)據(jù)、人工干預(yù)結(jié)果等環(huán)節(jié)，不少業(yè)務(wù)事項(xiàng)仍采用傳統(tǒng)業(yè)務(wù)處理方式，數(shù)據(jù)來源與共享、業(yè)務(wù)流程邏輯及指標(biāo)應(yīng)用仍處于內(nèi)部單循環(huán)狀態(tài)，信息實(shí)時(shí)性、共享性不夠，監(jiān)管維護(hù)工作手段傳統(tǒng)、時(shí)效不高，區(qū)域智能感知體系和共享體系不健全。

2.4 搶險(xiǎn)救災(zāi)支撐不足，不能滿足應(yīng)急搶險(xiǎn)需求

濟(jì)寧市境內(nèi)各流域涉水建筑物眾多，水庫、塘堰、節(jié)制閘、橡膠壩、引水閘等工程的運(yùn)行情況直接影響到河道行洪效率，部分涉水建筑物信息化設(shè)備不夠完善，不能準(zhǔn)確監(jiān)測工程運(yùn)行情況，造成洪水分析與演進(jìn)數(shù)據(jù)偏差較大，無法及時(shí)開展河庫聯(lián)合調(diào)度和避險(xiǎn)搶險(xiǎn)，加之洪澇災(zāi)害預(yù)測、水質(zhì)突發(fā)事件、搶險(xiǎn)救災(zāi)及民眾轉(zhuǎn)移多采用應(yīng)急預(yù)案，不能實(shí)時(shí)對接動(dòng)態(tài)信息，搶險(xiǎn)救災(zāi)物資及人員轉(zhuǎn)移路線缺乏動(dòng)態(tài)調(diào)度管理，不能滿足應(yīng)急搶險(xiǎn)的需求。

3 措施與途徑

3.1 構(gòu)建防汛抗旱共享平臺(tái)，加強(qiáng)數(shù)字流域建設(shè)

1）加強(qiáng)防汛抗旱體系業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫建設(shè)。圍繞防汛抗旱相關(guān)的各類數(shù)據(jù)資源，構(gòu)建防汛抗旱體系業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫，整合各流域各部門水文氣象、空間地理、河流水系、水利工程等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和水情雨情、工情險(xiǎn)情等實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)，匯聚預(yù)報(bào)預(yù)測、調(diào)度管理、水利工程搶險(xiǎn)支持等業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，建立完整的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)分類體系，按照基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)兩個(gè)維度進(jìn)行數(shù)據(jù)資源規(guī)劃，用有序統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)理順混亂的數(shù)據(jù)環(huán)境，避免信息“孤島”的產(chǎn)生；強(qiáng)化全流域防汛抗旱數(shù)據(jù)資源的整合匯集、開放兼容，建立全體系業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫，形成支撐防汛抗旱全過程業(yè)務(wù)一體化數(shù)據(jù)資源體系，實(shí)現(xiàn)防汛抗旱數(shù)據(jù)資源統(tǒng)一規(guī)劃、組織、管理、存儲(chǔ)和深度利用，實(shí)現(xiàn)各部門間數(shù)據(jù)資源共享。

2）加強(qiáng)全流域數(shù)字場景建設(shè)。以濟(jì)寧市水旱災(zāi)害防御系統(tǒng)“一張圖”為基礎(chǔ)底圖，通過高精度雷達(dá)、傾斜攝影及水下無人船航測數(shù)據(jù)三維建模等手段，完成泗河、洸府河、白馬河等主要河道干流、河道兩岸外擴(kuò)1.5~2 km 和大中型水庫外擴(kuò)1 km 范圍內(nèi)的高精度測繪和模型建立，對攔河閘壩、跨河橋梁等重點(diǎn)水利工程采用三維掃描和設(shè)計(jì)圖紙相結(jié)合的方式完成實(shí)景模型和BIM 模型的搭建，逐步完善濟(jì)寧市全流域數(shù)字場景建設(shè)，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)地理、水利專題、涉水建筑等多源數(shù)據(jù)融合和圖屬一體化管理，完善具有濟(jì)寧特色的數(shù)字流域建設(shè)，為全市防汛抗旱工作提供數(shù)字化信息支撐。

3.2 運(yùn)用信息技術(shù)，構(gòu)建全流域數(shù)字化系統(tǒng)

1）提高洪水預(yù)報(bào)和洪水演進(jìn)分析水平。加強(qiáng)雨水情趨勢分析預(yù)測，及時(shí)提供雨水情綜合分析成果，建立預(yù)報(bào)模型庫和多方案預(yù)報(bào)模式，在適用于濟(jì)寧大部分地區(qū)的三水源新安江模型的基礎(chǔ)上構(gòu)建多種洪水預(yù)報(bào)方案，建設(shè)多源信息融合的預(yù)報(bào)方案優(yōu)化系統(tǒng)；滾動(dòng)開展洪水預(yù)報(bào)，提高洪水預(yù)報(bào)精度，定時(shí)自動(dòng)生成初步預(yù)報(bào)成果，延長洪水預(yù)報(bào)的預(yù)見期，汛期根據(jù)洪水變化，動(dòng)態(tài)實(shí)現(xiàn)未來3 d 洪水預(yù)報(bào)，力爭到7 d 中期洪水預(yù)報(bào)；綜合考慮流域內(nèi)涉水工程、蓄滯洪區(qū)的影響，對水文預(yù)報(bào)成果與洪水演進(jìn)模型進(jìn)行集成，通過模型模擬生成洪水演進(jìn)時(shí)空分布過程，實(shí)現(xiàn)對特定量級或?qū)崪y洪水在流域內(nèi)實(shí)際演進(jìn)情況的數(shù)字化展示，從而為預(yù)警預(yù)報(bào)、輔助決策和防災(zāi)減災(zāi)提供更好的技術(shù)支撐。

2）通過數(shù)字化動(dòng)態(tài)研判預(yù)警，建立高效的流域聯(lián)合調(diào)度體系。結(jié)合濟(jì)寧市西葦、尼山、尹城、龍灣套、華村、賀莊等大中型水庫和南四湖上、下級湖水雨情監(jiān)測、洪水預(yù)報(bào)、水利工程運(yùn)行、河道形勢變化與防汛安全檢查情況，分別構(gòu)建單庫、多庫聯(lián)合調(diào)度模型及河道槽蓄能力調(diào)度模型，通過數(shù)字化動(dòng)態(tài)研判和洪水演進(jìn)計(jì)算，進(jìn)行單庫、水庫群及河—湖—庫聯(lián)合防洪調(diào)度計(jì)算，確定流域內(nèi)水庫、河道、湖泊工程防洪調(diào)度目標(biāo)，從而加強(qiáng)防汛高風(fēng)險(xiǎn)地區(qū)和薄弱環(huán)節(jié)的動(dòng)態(tài)管控，實(shí)現(xiàn)堤防防護(hù)區(qū)淹沒、水庫超汛限等風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警，降低預(yù)警專業(yè)發(fā)布與社會(huì)公眾發(fā)布的時(shí)間成本，充分發(fā)揮流域聯(lián)合調(diào)度體系的防災(zāi)減災(zāi)作用。

3.3 加強(qiáng)在線數(shù)字流程建設(shè)，建立數(shù)字化機(jī)制

1）標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一。自上而下統(tǒng)一梳理防汛抗旱核心業(yè)務(wù)，在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和工作標(biāo)準(zhǔn)下建設(shè)防汛抗旱信息化體系。

2）用戶統(tǒng)一。根據(jù)防汛抗旱核心業(yè)務(wù)梳理成果，在防汛抗旱信息化體系內(nèi)實(shí)現(xiàn)用戶統(tǒng)一、認(rèn)證統(tǒng)一、授權(quán)統(tǒng)一的多部門、跨層級的用戶制度。

3）數(shù)據(jù)統(tǒng)一。通過濟(jì)寧市防汛抗旱信息化體系，匯集氣象局、水文局、自然資源局、應(yīng)急管理局、生態(tài)環(huán)境局等相關(guān)部門數(shù)據(jù)，支撐濟(jì)寧市防汛抗旱管理決策；同時(shí)，為其他部門提供河流水系、水情雨情、洪水預(yù)報(bào)、防洪形勢研判、流域聯(lián)合調(diào)度、工程運(yùn)行等信息共享服務(wù)。

4）業(yè)務(wù)統(tǒng)一。在感知監(jiān)測、預(yù)警預(yù)判、決策支持三大興利除害業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)，按照部門職責(zé)分工以及市縣重要水管單位事權(quán)劃分，共同協(xié)作完成防汛抗旱信息化相關(guān)工作任務(wù)。

5）監(jiān)管統(tǒng)一。將汛前檢查、聯(lián)合調(diào)度、專項(xiàng)整治等工作納入到防汛抗旱信息化體系中，量化業(yè)務(wù)評價(jià)指標(biāo)，實(shí)行數(shù)字化動(dòng)態(tài)綜合考核，提高對防汛抗旱相關(guān)工作的監(jiān)管效率。

3.4 建設(shè)數(shù)字化應(yīng)急搶險(xiǎn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)管理精細(xì)化

1）建設(shè)數(shù)字化應(yīng)急搶險(xiǎn)動(dòng)態(tài)管理系統(tǒng)。建設(shè)數(shù)字化應(yīng)急搶險(xiǎn)動(dòng)態(tài)管理系統(tǒng)，建立水利工程險(xiǎn)情和搶險(xiǎn)物資、搶險(xiǎn)隊(duì)伍、搶險(xiǎn)專家的關(guān)聯(lián)模型并實(shí)行數(shù)字化動(dòng)態(tài)管理，根據(jù)出險(xiǎn)的工程類別、險(xiǎn)情種類及發(fā)生地位置提供最優(yōu)的搶險(xiǎn)技術(shù)方案和物資、隊(duì)伍組織方案；構(gòu)建各類各種險(xiǎn)情的數(shù)字化搶險(xiǎn)技術(shù)方案，通過險(xiǎn)情分析和綜合研判，確定工程應(yīng)急處置搶險(xiǎn)方案，并根據(jù)洪水淹沒情況、道路通行情況及臨時(shí)安置地點(diǎn)的位置，合理的規(guī)劃出撤退路線，下達(dá)調(diào)令并進(jìn)行物資隊(duì)伍和搶險(xiǎn)進(jìn)展的實(shí)時(shí)跟蹤，提高響應(yīng)速度和搶險(xiǎn)針對性，實(shí)現(xiàn)受災(zāi)群眾的快速轉(zhuǎn)移。

2）加強(qiáng)水利工程數(shù)字化和工程管理精細(xì)化建設(shè)。加強(qiáng)水利工程智能視頻監(jiān)控和監(jiān)測設(shè)備建設(shè)，增強(qiáng)水利感知體系覆蓋密度，改造提升現(xiàn)有閘壩監(jiān)控體系，通過BIM 技術(shù)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)映射現(xiàn)實(shí)建筑物的運(yùn)行工況，輔助水文監(jiān)測和河道管護(hù)，全面掌握全流域水利工程運(yùn)行狀態(tài)，為防洪調(diào)度提供準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)依據(jù)；基于興利除害總目標(biāo)研發(fā)智能應(yīng)用算法庫，構(gòu)建包含水雨情監(jiān)測、預(yù)警發(fā)布、聯(lián)合調(diào)度、搶險(xiǎn)救災(zāi)等內(nèi)容的智慧型工程管理運(yùn)維系統(tǒng)，最終實(shí)現(xiàn)水利工程的數(shù)字化和工程管理的精細(xì)化。