李國文，黃孝明

（江西省水文監(jiān)測(cè)中心，江西 南昌 330002）

1 鄱陽湖流域洪水概況

2020 年，江西省天氣極端異常，降雨時(shí)空分布不均，全省年平均降水量為 1 801 mm，比多年均值偏多一成，7 月上旬，贛北贛中連續(xù)發(fā)生 2 次強(qiáng)降雨過程，全省降雨量為多年同期均值的 4 倍，列歷史第1 位[1]，五河及鄱陽湖區(qū)降雨量為多年均值的3.5～5.5 倍，強(qiáng)降雨導(dǎo)致五河及鄱陽湖 1 周內(nèi)接連發(fā)生 12 次編號(hào)洪水，汛期全省境內(nèi)有 36 條河流84 站次超警戒水位，13 條河流 16 站次水位超歷史水位。受五河及長江來水共同影響，鄱陽湖流域發(fā)生超歷史大洪水，湖區(qū)水位超警戒水位天數(shù)達(dá)到58 d。長江和鄱陽湖水位長期居高不下，導(dǎo)致全省堤防險(xiǎn)情多發(fā)頻發(fā)，鄱陽湖區(qū) 3 座萬畝以上圩堤（昌江問桂道圩、中洲圩，修河三角聯(lián)圩）相繼發(fā)生決口。

2 江西水文信息化現(xiàn)狀

近年來，江西水文按照“統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)、統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、分級(jí)管理”的發(fā)展思路，遵循“需求主導(dǎo)、總體規(guī)劃、整合共享，先進(jìn)安全”的基本原則，加快智慧水文建設(shè)，強(qiáng)化信息化技術(shù)在提升水文監(jiān)測(cè)、預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)和服務(wù)支撐的能力[2]。在深入分析江西水文業(yè)務(wù)需求的基礎(chǔ)上，梳理應(yīng)用數(shù)據(jù)資源，按照“水利工程補(bǔ)短板，水利行業(yè)強(qiáng)監(jiān)管”的總體思想，進(jìn)行水文業(yè)務(wù)重造，業(yè)務(wù)創(chuàng)新，通過物聯(lián)網(wǎng)、智能感知、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)分析、智慧應(yīng)用等高新技術(shù)手段[3]，進(jìn)行江西全省水文信息化體系架構(gòu)優(yōu)化重構(gòu)，實(shí)施全省水文及相關(guān)信息資源的整合與共享，強(qiáng)化信息技術(shù)與水文業(yè)務(wù)的深度融合，總體設(shè)計(jì)框架如圖1 所示。以“全省水文一張網(wǎng)、數(shù)據(jù)資源一個(gè)庫、開放共享一平臺(tái)、安全辦公一帳號(hào)、綜合服務(wù)一個(gè)站、管理決策一智囊”的建設(shè)目標(biāo)，構(gòu)建水文信息化新格局，打造智慧水文新模式，信息化支撐水文服務(wù)的能力得到加強(qiáng)。

3 水文信息化技術(shù)的應(yīng)用成效分析

3.1 智能感知監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

水文要服務(wù)于防汛，準(zhǔn)確高效地獲取降水、水位、流量、流速等水文信息并進(jìn)行有效分析是基礎(chǔ)[4]。隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展，越來越多的自動(dòng)測(cè)量?jī)x器用于實(shí)時(shí)的水文監(jiān)測(cè)，從結(jié)構(gòu)上按傳感器的空間位置形成空天地全要素透徹感知，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)將觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、傳輸、分析等綜合處理，從而得出決策和任務(wù)所需的信息[5]。

江西智慧水文以實(shí)現(xiàn)水文全要素自動(dòng)監(jiān)測(cè)、智能感知為目標(biāo)，目前各類水文監(jiān)測(cè)站點(diǎn)有 8 732 處，降水量、水位、土壤墑情已全面實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)測(cè)，水面蒸發(fā)自動(dòng)監(jiān)測(cè)超過 60%，流量自動(dòng)監(jiān)測(cè)接近30%。建立了全省統(tǒng)一的水文水資源監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通信標(biāo)準(zhǔn)體系，重要報(bào)汛站水文信息實(shí)現(xiàn)了公網(wǎng)傳輸和衛(wèi)星傳輸雙備份。構(gòu)建了智慧水文綜合數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)了遙測(cè)數(shù)據(jù)在省中心統(tǒng)一落地目標(biāo)。在 2020 年鄱陽湖流域超歷史大洪水過程的 7，8 月中，系統(tǒng)自動(dòng)采集各類水文監(jiān)測(cè)信息 3 600 萬余條，20 min 入網(wǎng)率達(dá)到 99.2%，有效支撐了防汛決策。在 3 座潰口圩堤應(yīng)急監(jiān)測(cè)過程中，由無人機(jī)浮標(biāo)測(cè)流系統(tǒng)、手持雷達(dá)波測(cè)速儀、自動(dòng)水位監(jiān)測(cè)站、遙控船搭載ADCP、衛(wèi)星通訊等構(gòu)成的智能感知監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)潰口水位，流量，視頻等要素的采集上發(fā)揮了重要作用，為圩堤封堵、排澇提供了重要數(shù)據(jù)支撐。

圖1 江西水文信息化總體框架

3.2 水文業(yè)務(wù)支撐系統(tǒng)

以云計(jì)算架構(gòu)為基礎(chǔ)建立的水文信息資源統(tǒng)一組織與應(yīng)用支撐平臺(tái)，通過建立基礎(chǔ)、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、時(shí)空和信息場(chǎng)景等數(shù)據(jù)集合，以及資源目錄、多級(jí)元數(shù)據(jù)、信息標(biāo)識(shí)和知識(shí)圖譜等，實(shí)現(xiàn)水文信息資源的虛擬化組織，形成水文大數(shù)據(jù)環(huán)境[6]。

江西水文采用面向服務(wù)體系架構(gòu)，在可共享的系統(tǒng)資源、公共基礎(chǔ)、應(yīng)用支撐和業(yè)務(wù)等服務(wù)容器應(yīng)用支撐平臺(tái)的基礎(chǔ)上[7]，基于水文應(yīng)用支撐平臺(tái)統(tǒng)一開發(fā)江西省水文系統(tǒng)規(guī)范化的業(yè)務(wù)應(yīng)用組件，建設(shè)全省統(tǒng)一接收和運(yùn)維、水文測(cè)驗(yàn)質(zhì)量管理等監(jiān)測(cè)類業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)；建設(shè)水文站網(wǎng)、標(biāo)準(zhǔn)化管理等基礎(chǔ)管理類業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)；建設(shè)水情會(huì)商、水文資料整編等業(yè)務(wù)支撐類應(yīng)用系統(tǒng)。通過資源整合，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)層面的統(tǒng)一和共享，提高了服務(wù)水平，拓展了合作空間。

3.3 大數(shù)據(jù)分析技術(shù)

水文大數(shù)據(jù)分析是基于水文監(jiān)測(cè)體系所獲取的實(shí)時(shí)、歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行深加工，以完成包含多元信息的資料成果、預(yù)警預(yù)報(bào)信息等分析。防汛的主要內(nèi)容包括水文數(shù)據(jù)的整理及預(yù)報(bào)預(yù)警等應(yīng)用。2020 年防汛中，江西水文基于基礎(chǔ)水文數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)水雨情數(shù)據(jù)、歷史水文數(shù)據(jù)、氣象信息、山洪災(zāi)害調(diào)查評(píng)價(jià)成果、水利普查成果、洪水預(yù)報(bào)信息及 GIS 空間地理信息等形成數(shù)據(jù)類型豐富的江西省水文大數(shù)據(jù)系統(tǒng)，提升水文預(yù)警預(yù)報(bào)水平。2020 年汛期，在充分運(yùn)用洪水預(yù)報(bào)、山洪災(zāi)害調(diào)查評(píng)價(jià)成果及氣象等信息大數(shù)據(jù)分析成果的基礎(chǔ)上，全省水情預(yù)報(bào)精度和效率得到提升，預(yù)見期更長，預(yù)警指標(biāo)針對(duì)性更強(qiáng)，共發(fā)布江河預(yù)報(bào) 2 220 站次，洪水預(yù)警 202 期，山洪災(zāi)害氣象預(yù)警 501 期，江西省五河控制水文站及鄱陽湖區(qū)代表站 2020 年最高洪水預(yù)報(bào)成果如表1所示。

汛期共發(fā)布水庫預(yù)報(bào) 195 站次，充分發(fā)揮攔洪泄洪、削峰、錯(cuò)峰作用，在防汛關(guān)鍵期通過水庫群的聯(lián)合調(diào)度攔蓄鄱陽湖洪量 18 億 m3，降低鄱陽湖水位 18 cm[8]，提供了五河及鄱陽湖超歷史水位預(yù)報(bào)、五河干流水庫聯(lián)合攔蓄減少下泄流量減輕湖區(qū)防汛壓力的手段與調(diào)度建議、單退圩堤及蓄滯洪區(qū)應(yīng)用分析、潰口圩堤應(yīng)急分析、鄱陽湖退水分析等，為江西省防汛抗旱指揮部、江西省水利廳科學(xué)決策和調(diào)度防汛工作提供了堅(jiān)強(qiáng)支撐。

表1 江西五大水系控制水文站及鄱陽湖區(qū)代表站2020 年最高洪水位預(yù)報(bào)情況

以柘林水庫為例，柘林水庫 2020 年洪水調(diào)度過程情況如圖2 所示，7 月 8 日預(yù)報(bào)修河柘林水庫入庫流量將超過 10 000 m3/s，修河一級(jí)支流萬家埠水文站將于 9 日出現(xiàn) 4 800 m3/s 的洪峰流量，干支流洪水疊加，修水永修水文站洪峰水位將超歷史水位，8 日 18 時(shí)起，應(yīng)用預(yù)報(bào)調(diào)度系統(tǒng)在充分分析氣象、實(shí)時(shí)水雨情、水庫工情信息及歷史水文數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，提出調(diào)度柘林水庫泄量由 3 300 m3/s 減小為 1 860 m3/s，成功錯(cuò)峰，有效降低永修縣城段洪峰水位 0.30 m，未超歷史記錄（1998 年 23.48 m），確保了縣城防洪安全。

圖2 柘林水庫 2020 年洪水調(diào)度過程情況

3.4 可視化會(huì)商系統(tǒng)

會(huì)商是提高預(yù)報(bào)成果精度的重要途徑，隨著信息化技術(shù)的不斷發(fā)展，可視化會(huì)商系統(tǒng)的應(yīng)用發(fā)揮了重要的作用，大大提升了預(yù)報(bào)效率，為防汛決策爭(zhēng)取了時(shí)間[9]。江西水文充分利用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，基本實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)、語音、視頻三網(wǎng)合一，建成江西省水情中心與 9 個(gè)水情分中心的異地視頻會(huì)商系統(tǒng)，省、市專家可隨時(shí)通過視頻進(jìn)行遠(yuǎn)程討論，交流，決策，充分解決了傳統(tǒng)依靠電話、傳真等方式會(huì)商的弊端。2020 年防汛關(guān)鍵期間，可視化會(huì)商系統(tǒng)在水文預(yù)報(bào)過程發(fā)揮了重要作用，大幅度提升了決策效率。

4 結(jié)語

水文信息化是水文現(xiàn)代化的具體體現(xiàn)，江西是一個(gè)洪澇旱災(zāi)頻發(fā)的省份，支撐防汛抗旱決策一直是江西水文最重要的一項(xiàng)職責(zé)。近年來，江西水文按照《智慧水利總體方案》要求，構(gòu)建了包括智能感知監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、水文大數(shù)據(jù)中心、應(yīng)用支撐平臺(tái)、智能業(yè)務(wù)應(yīng)用等 5 個(gè)方面為核心的水文信息化建設(shè)體系，無論是在覆蓋范圍、自動(dòng)化水平、工作效率效果、及時(shí)準(zhǔn)確程度、預(yù)警預(yù)報(bào)分析手段等方面較原來都有了較大提升，特別是在2020 年鄱陽湖流域超歷史大洪水中取得了較好成效。

然而，信息化技術(shù)的發(fā)展日新月異，社會(huì)對(duì)水文部門的需求也與日俱增，如何不斷提升水文信息化水平，通過物聯(lián)網(wǎng)、智能感知、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)分析、智能應(yīng)用等高新技術(shù)手段[10]，強(qiáng)化信息化技術(shù)與水文業(yè)務(wù)的深度融合，提升超標(biāo)洪水應(yīng)急監(jiān)測(cè)能力，實(shí)現(xiàn)預(yù)報(bào)調(diào)度一體化，促使水文在防災(zāi)減災(zāi)方面提供更加全面、可靠、智能的服務(wù)目標(biāo)，是江西智慧水文今后的發(fā)展方向。