新時期西藏水文現代化建設的現狀與研究

胡春杰 李永峰 劉英蔓

(1. 江蘇南水科技有限公司,江蘇 南京 210012;2. 西藏自治區水文水資源勘測局,西藏 拉薩 850000;3. 西藏開發投資集團有限公司,西藏 拉薩 850000)

水文是水利事業的重中之重,不但服務于水資源管理、防汛抗旱,而且為城鎮化建設及生態文明建設提供保障[1-2]。 2023 年2 月,中共中央、國務院印發了《數字中國建設整體布局規劃》,提出2035 年遠期數字中國建設目標。 李國英部長要求,加快建設國家水文站網,加強水文規律分析研究,以數字化、網絡化、智能化為主線,以數字化場景、智慧化模擬、精準化決策為路徑,全面推進算據、算法、算力建設,加快構建具有預報、預警、預演、預案功能的智慧水利體系。 《全國水文基礎設施建設“十四五”規劃》明確提出打造“空天地”一體化水文監測體系;實現水文全要素、全量程自動監測,水文數據測驗、歸集、存儲、處理、預測預報和分析評價全流程自動化、智能化和精準化。

西藏自治區水文工作全面貫徹新發展理念,以水文數字化、網絡化、智能化為重點,全面推動水文情報預警預報、水資源時空分布及變化規律動態監控評價能力全面增強,站網布局更全面、水文監測更精準、水情預報更快捷、水資源動態評價更及時,強化預報、預警、預演、預案“四預”措施,堅決守住水旱災害防御底線,為全區水旱災害防御、水資源管理、水環境保護、水生態修復提供更堅實的基礎性支撐。

1 西藏水文發展現狀

1.1 水文監測能力全面提升

西藏水文站網起步較早,但受經濟條件影響,前期發展較為緩慢,快速發展階段主要集中在“十二五”和“十三五”期間。 截至2022 年12 月,全區共規劃各類站點1026 處(不包括外建專用站8 處、共建共管站18處及應急水位監測站7 處),其中水文站134 處、水位站79 處、雨量站615 處(不包括水文站、水位站內的雨量監測點)、地表水監測斷面132 處、墑情站6 處、地下水監測站60 處。

1.2 水文監測能力全面提升

“十三五”期間,西藏水文局通過“西藏自治區大江大河水文監測系統建設工程二期”“西藏自治區水文監測及水資源監控系統建設工程”“西藏自治區跨界河流水文站網第三期建設工程”等項目建設,更新完善一批水文測站的水文基礎設施,基本保證了水文測站監測工作的正常運行,同時配置了ADCP、雷達波測流系統、全自動纜道等先進測驗設備,積極推進新儀器新技術在水文監測工作中的應用。 通過“十三五”期間的建設,西藏水文監測能力有了較大提升,計算機與通信新技術的應用使全區水文信息采集與傳輸的時效性和可靠性明顯提高[3]。

1.3 信息服務水平顯著提高

現階段,西藏水文局、地市水文分局和水文測站之間采用多種通信手段形成了三級水情信息通信網絡,基本實現了網上傳輸、接收、處理及轉發等,在防汛抗旱工作中發揮了重要的支撐作用。 其中水文測站與西藏水文局之間水情上報采用短信、移動公網和衛星等通信手段,基本能滿足水情上報要求;西藏水文局與地市水文分局之間水文信息傳輸采用專線,傳輸方式相對高效、穩定、安全,但專線帶寬僅為2M,傳輸能力較弱。

2 水文現代化建設思路

立足于西藏水旱災害防御、水資源管理、水環境治理和水生態保護等實際需求,以改造大江大河水文站網自動化監測能力建設為重點,鄉村水利工程和水雨情自動監測站為輔助,大力推進水文自動監測體系建設;完善水文監測中心建設,提升水資源監測能力,實現水文監測全集控。 水文監測體系見圖1。

圖1 水文監測體系示意圖

2.1 水文測站自動化建設

對水文測站全面提檔升級,提升水文測站的自動監測能力。 實行水文測站分類分級管理:一是基本水文測站,全部實現“全要素、全自動、全量程”監測。 二是專用水文測站,以中高水實時自動化監測為重點,推進防汛專用站自動監測;以中低水實時自動化監測為重點,推進抗旱和生態流量站自動監測。

2.2 水文監測中心建設

以區、市級水文監測中心為重點,推進縣級水文監測中心建設,提高水文監測及應急管理能力。 水文站網河段水雨情、水文監測數據、水文視頻數據、工況運維數據等經過在線整編系統校核審查后,統一匯集到水文監測中心,構建視頻智能監控、監測數據統一接收、動態分析評價、及時發布信息、實時指揮調度的水文監測中心[4-5]。

2.3 水質水資源檢測、監測能力建設

加強水質實驗室檢測能力建設,區級水質實驗室要具有三項標準的檢測能力,市級水質實驗室要具有基本項目檢測能力。 向水生態監測方面進行拓展,滿足全面掌握江河湖庫和地下水水質基本狀況,以及水資源調配、引退水、生態補水、飲用水水源等專項水質監測需求。

3 水文現代化建設對策

3.1 推進水文數字化

按照“補充完善、升級改造、整合共享”原則,優化信息資源配置,充分利用現有數據資源,加快推進水文數字化。

a.建設實時水文數據庫。 構建水文大數據基礎平臺,進行水文數據的資源整合、整編和入庫,構建西藏自治區實時水文數據庫。

b.完善系列水文數據庫。 充分利用現有數據資源,建設水文歷史數據庫,推進水文資料存儲、管理和應用的數字化建設,逐步完善數字化的系列水文數據庫。

c.構建河湖基礎數據庫。 構建“權威、全面、合法、安全、可靠”的河湖地理信息時空大數據一張圖,提供面向各專題的空間決策支持服務、數據深度挖掘分析等多種應用的一體化服務模式,增強智慧水文空間決策支持能力。

3.2 推進水文網絡化

加強水文信息網絡系統“公有云+私有云”的部署,推進信息資源融合共享,提升水文數字化、智能化應用能力,強化水文網絡安全保障,為建設“智慧水文”更精準更快捷的服務提供基礎支撐[6-8]。

a.構建水文云支撐系統。 基于現有計算存儲資源,整合水文數據應用節點,采用云計算技術實現對網絡、機房、計算、存儲資源的統一調度和管理,構建設施集約、性能高效、安全穩定的水文云計算基礎,提供集約化的基礎設施服務。

b.提升數據傳輸水平。 面向下一代網絡的發展,升級改造移動互聯網、局域網、水文骨干網;全面提升網絡帶寬,滿足水文業務發展需求;充分利用北斗衛星、低功耗4G 和5G、NB-IoT、LoRa 等通信技術,打造高速、移動、安全的新一代信息骨干網。

c.建設水文應用支撐平臺。 構建基于微服務、SOA 等架構的應用體系,提供統一的應用支撐能力,為各應用系統的開發提供基礎,實現跨系統間數據、流程、界面的集成與共享,解決應用系統間交互操作等問題。

3.3 開發構建預警預報實時化系統

強化水旱災害防御更精準更快捷支撐,開發預警預報系統,實現工作流程規范化、發布成果標準化、工作方式自動化。

a.健全水情情報預報綜合業務系統。 對現有水情業務應用系統整合升級完善,全面提升情報預報數據分析處理能力和共享服務水平;開發智能值班、實時情報預報信息監控處理系統,升級完善實時雨水情數據庫,構建現代化的水文情報預報業務系統與服務平臺。

b.構建預報調度一體化服務系統。 構建流域水工程聯合調度的水文分析和預測預報體系,實現水文預報與氣象、水工程的耦合,深化水文預報與服務對象的關聯,初步實現對重要河湖洪水過程的模擬推演和數字流場映射,實現預報調度一體化。

c.完善山洪災害動態預警系統。 在現有針對山洪災害防治項目開發的預警軟件基礎上,進一步提升軟硬件支撐能力,實現不同時段以小流域為單元的區域山洪災害動態風險預警,大幅提升山洪災害預警預報水平。

d.完善國際河流報汛系統。 對國際河流報汛站點報汛設施進行全面改造,實現報汛站“GPRS+北斗衛星”雙信道通信,進一步完善國際報汛軟硬件系統,加強報汛數據保障,提升國際報汛服務能力。

3.4 完善構建水資源智能化動態評價系統

根據水資源管理、水生態保護等需求,充分應用大數據、云計算、人工智能等技術,構建滿足流域和區域、地表水和地下水等服務領域的水資源動態分析評價預警系統。

a.完善水資源系統。 充分整合現有系統資源,通過應用集成的方式進行系統完善升級,補充水量水質聯合評價及區域、流域水資源評價等功能,結合在線整編成果,在評價模型的基礎上實現水資源量的年度動態評估和評價。

b.構建動態水文情勢分析評價系統。 從水文情勢、汛情旱情等多方面、多角度,全面深入地分析西藏水文情勢變化情況,提升不同空間尺度的評估能力,提供實時分析評估成果并實時推送。

c.構建地下水信息分析評價系統。 開發地下水水位監測、地下水利用等信息提取功能,開發地下水預測預報功能,實現模擬分析輸出未來一定時間段內的地下水水位分布及變化趨勢。

d.構建水質水生態預測預警系統。 建立重要河段和湖庫水生態本底值數據庫,開發水生態信息及水量補充、水質狀況等現狀信息獲取功能,以及水質常規污染物遷移擴散、富營養化動力學、水環境動力學模擬計算功能,實現對主要污染物的遷移時空分布規律、水華預測預警動態、水生態變化的分析模擬,向各級水行政部門和相關部門提供主要河湖實時水質、水華等預測預警服務。

4 結 語

本文通過對西藏自治區水文現代化建設現狀與存在問題進行分析,提出了建設思路和解決對策。 西藏水文要立足流域管理、經濟社會發展需求,充分應用大數據、云計算、人工智能、區塊鏈等技術,加快推進水文數字化、網絡化、智能化建設,為推進水文服務精準化提供可能,提升水文服務支撐能力,為西藏地區社會經濟發展提供更及時、更全面、更準確地水文服務。