姬戰(zhàn)生，王玉明，張振林

(杭州市水文水資源監(jiān)測中心，浙江杭州 310016)

水文作為防汛的“尖兵”和“耳目”，在水旱災(zāi)害防御、水資源保護(hù)與管理等方面發(fā)揮了巨大作用。但隨著新時代國家和行業(yè)發(fā)展的新要求和大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能、圖像識別等新一代技術(shù)的快速發(fā)展[1]，水文在智能感知的覆蓋面、自動監(jiān)測的全面性、預(yù)報分析的時效性、便捷服務(wù)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(qiáng)頂層設(shè)計，找準(zhǔn)主要問題，提出針對性的工作舉措，主動拓寬服務(wù)領(lǐng)域、豐富服務(wù)產(chǎn)品、提高服務(wù)質(zhì)量，加快實現(xiàn)水文現(xiàn)代化，打造具有杭州辨識度的現(xiàn)代化水文體系，更好發(fā)揮水文在防洪水安全、優(yōu)質(zhì)水資源、宜居水環(huán)境、健康水生態(tài)等建設(shè)中的支撐保障作用[3]。

1 杭州水文發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 水文站網(wǎng)建設(shè)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(biāo)準(zhǔn)化管理創(chuàng)建和水文防汛“5+1”工程建設(shè)，擴(kuò)大水文監(jiān)測項目和范圍，基本形成了覆蓋比較完善、監(jiān)測項目比較齊全、標(biāo)準(zhǔn)化管理水平較高的水文站網(wǎng)體系[4]。截至2020年底，全市現(xiàn)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(fā)站13個，地下水位站14個，墑情站15個。

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

1.3 水文預(yù)報分析能力不斷增強(qiáng)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(yùn)河流域拱宸橋站等主要江河控制站洪水預(yù)報方案，基本實現(xiàn)全市主要江河干流洪水預(yù)報方案全覆蓋、作業(yè)預(yù)報全覆蓋；制定了市級洪水預(yù)警站“四色”預(yù)警發(fā)布標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)洪水預(yù)警發(fā)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(yù)報預(yù)警信息，實現(xiàn)了洪水的“提前知、提前控”。首次將支持向量機(jī)[5]、深度學(xué)習(xí)[6]等人工智能算法應(yīng)用于運(yùn)河河網(wǎng)、東苕溪流域洪水預(yù)報和錢塘江涌潮預(yù)報，為水文預(yù)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(shù)據(jù)中心，實現(xiàn)了實時水雨情信息自動采集、存儲、清洗、分發(fā)，實現(xiàn)了遙測數(shù)據(jù)水文內(nèi)部省、市、縣3級共用，外部與城管、氣象等多部門共享。研發(fā)了杭州市水旱災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警平臺、水文預(yù)警系統(tǒng)、微信報汛系統(tǒng)、水雨情簡報系統(tǒng)、等值線繪制系統(tǒng)等，大大提高了水旱災(zāi)害防御工作效率和服務(wù)水平[7]。在全省率先建成水文資料在線整編系統(tǒng)，穩(wěn)步推進(jìn)了國家基本站的水文資料即時整編。研發(fā)取水實時監(jiān)控管理平臺，強(qiáng)化了近500家企業(yè)取用水監(jiān)督管理。

1.5 水文服務(wù)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(jī)制，研發(fā)水文信息便民服務(wù)App，為公眾提供便捷的水文信息查詢服務(wù)。每年編制《杭州市水資源公報》《杭州市水資源質(zhì)量通報》《杭州市水資源資產(chǎn)負(fù)債表》，完成跨行政區(qū)域交接斷面水量核定，為水資源管理提供技術(shù)支撐。全年365天不間斷開展錢塘江潮汐預(yù)報，并通過省、市電視臺、廣播、報紙、官方網(wǎng)站等各種媒介發(fā)布潮汐信息，為防潮安全管理、市民游客觀潮、交通航運(yùn)、河道引配水、涉水工程建設(shè)等提供技術(shù)服務(wù)。

2 存在的主要問題

2.1 水文站網(wǎng)覆蓋面不足水文信息采集主要依靠地面水文監(jiān)測站網(wǎng)，監(jiān)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(xiāng)鎮(zhèn)中心區(qū)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(jiān)測和流域面積200 km2以上河道流量監(jiān)測需進(jìn)一步補(bǔ)充。全市81個鄉(xiāng)鎮(zhèn)中心區(qū)，103個山丘區(qū)中心村無雨量監(jiān)測，大中型水庫出庫流量自動監(jiān)測率較低，全市開展泥沙監(jiān)測的河流僅2條，水土保持監(jiān)測小區(qū)僅1處，千島湖湖面蒸發(fā)監(jiān)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(jié)點、保障亞運(yùn)會等重大活動、支撐重點工程運(yùn)行管理等測站不足，需適當(dāng)補(bǔ)充建設(shè)。

2.2 監(jiān)測自動化水平有待提高杭州市尚未完全實現(xiàn)流量和蒸發(fā)實時在線監(jiān)測，未開展系統(tǒng)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(xiàn)固定式ADCP測流，蒸發(fā)站受客觀技術(shù)條件限制仍采用人工觀測。因山區(qū)地理環(huán)境復(fù)雜，現(xiàn)有監(jiān)測手段的環(huán)境適應(yīng)性較低，大部分測站仍采用單一信道傳輸數(shù)據(jù)，水文要素的漏測、漏報、傳輸中斷等時有發(fā)生。

2.3 預(yù)報預(yù)警能力短板突出水文預(yù)報仍以經(jīng)驗預(yù)報模式為主，需不同程度地進(jìn)行人工分析計算，預(yù)見期較短；大數(shù)據(jù)、人工智能等分析應(yīng)用手段尚未與實時水文預(yù)報作業(yè)深度融合；蘭江、浦陽江等需與周邊地市協(xié)調(diào)的流域洪水預(yù)報開展難度較大，流域洪水、錢塘江潮汐自動預(yù)報能力明顯不足。已建成的洪水預(yù)報系統(tǒng)均已運(yùn)行多年，缺乏有效維護(hù)，下墊面及工程實際情況變化較大，且與當(dāng)前計算機(jī)操作系統(tǒng)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(jiān)測自動化的發(fā)展，自動化監(jiān)測要素增多、監(jiān)測站點加密，監(jiān)測數(shù)據(jù)總量呈幾何式增長，但僅108個國家基本站數(shù)據(jù)實現(xiàn)了資料整編，大部分水文遙測數(shù)據(jù)尚未實現(xiàn)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(shè)滯后，水文監(jiān)測數(shù)據(jù)、水文分析模型、水文裝備管理、水文信息服務(wù)等信息化系統(tǒng)尚未集成；云計算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術(shù)在水文信息分析研究與應(yīng)用不夠[9]，難以支撐水文高質(zhì)量和可持續(xù)發(fā)展。

2.5 服務(wù)能力亟需提升水情分析仍以實時水雨情統(tǒng)計分析為主，對歷史水文數(shù)據(jù)深度挖掘和精加工不足，高技術(shù)附加值、多層次的產(chǎn)品化服務(wù)不多，高頻次智能化分析相對薄弱，提供的服務(wù)自動化和時效性不夠，產(chǎn)品質(zhì)量有較大提升空間，與水旱災(zāi)害防御、水資源保護(hù)和經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展等需求存在差距。除水雨情簡報、洪水預(yù)報預(yù)警、錢塘江潮汐預(yù)報等常規(guī)水文分析預(yù)報產(chǎn)品外，洪水風(fēng)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(wù)產(chǎn)品不夠豐富。圍繞杭州水利中心工作和經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展面臨的新情況新需求，不能提供更多精細(xì)化、多樣化水文服務(wù)[10]。

3 杭州水文現(xiàn)代化發(fā)展思路

3.1 發(fā)展目標(biāo)圍繞水利改革發(fā)展總基調(diào)，緊扣杭州打造“全國數(shù)字經(jīng)濟(jì)第一城”“全國數(shù)字治理第一城”的定位與部署，積極踐行“大水文”發(fā)展理念，落實“補(bǔ)短板、強(qiáng)監(jiān)管”[11]，以數(shù)據(jù)底座為基礎(chǔ)，以預(yù)報預(yù)警為核心，以數(shù)字化轉(zhuǎn)型為抓手，穩(wěn)步推進(jìn)杭州水文“五大體系”建設(shè)，即健全優(yōu)化的現(xiàn)代化水文站網(wǎng)體系、自動先進(jìn)的水文監(jiān)測體系、精準(zhǔn)全面的水文分析預(yù)報體系、智能便捷的水文信息服務(wù)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(wù)”的現(xiàn)代化水文事業(yè)格局。

3.2 總體思路

3.2.1健全優(yōu)化的現(xiàn)代化水文站網(wǎng)體系建設(shè)。以服務(wù)和支撐水旱災(zāi)害防御、水資源保護(hù)與管理、水生態(tài)保護(hù)為目標(biāo)，通過增加監(jiān)測要素、加密站點布設(shè)、統(tǒng)籌站點功能，健全水文站網(wǎng)功能，優(yōu)化站網(wǎng)布局，逐步實現(xiàn)水文站網(wǎng)管理的自動化、智能化和智慧化，實現(xiàn)水文站網(wǎng)監(jiān)測“1個百分百、8個全覆蓋”，即全市專用水文測站標(biāo)準(zhǔn)化率達(dá)100%；所有大中型水庫、行政交接斷面、平原區(qū)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(jiān)測全覆蓋[12]，所有縣級以上河湖、鄉(xiāng)鎮(zhèn)中心區(qū)水位監(jiān)測全覆蓋，所有行政村雨量監(jiān)測全覆蓋。

通過在重要河道干支流上加密布設(shè)水文測站，依托重點工程配套建設(shè)水文測站，為保障亞運(yùn)會等重大活動、控制防洪重要節(jié)點、監(jiān)管重要湖庫水資源等建設(shè)必要站點，進(jìn)一步優(yōu)化完善水文站網(wǎng)。建成一批水文示范站，進(jìn)一步推進(jìn)新技術(shù)新裝備的應(yīng)用示范；建設(shè)水文試驗站、河道動植物水生態(tài)監(jiān)測示范站等，為開展科學(xué)研究提供基礎(chǔ)信息。構(gòu)建水文站網(wǎng)建設(shè)管理指標(biāo)體系，并定期評估，在保證站網(wǎng)全覆蓋的前提下精簡優(yōu)化站網(wǎng)密度。

3.2.2自動先進(jìn)的水文監(jiān)測體系建設(shè)。充分利用新一代信息和傳感技術(shù)，構(gòu)建空天地一體化水文感知網(wǎng)[13]，不斷提高水文監(jiān)測時效性和精確性，大幅降低水文監(jiān)測的人工依賴，全面實現(xiàn)杭州水旱災(zāi)害、水資源、水環(huán)境、水生態(tài)等要素指標(biāo)的全量程、全過程、全要素、全環(huán)境、全自動監(jiān)測。

基于各水文要素監(jiān)測技術(shù)特點與服務(wù)對象實際需求，以攻堅流量、蒸發(fā)、泥沙、墑情、含氯度等要素自動監(jiān)測為重點，積極推進(jìn)北斗衛(wèi)星、5G等新一代通信技術(shù)應(yīng)用，全面提升測站監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)，不斷提高全要素監(jiān)測自動化水平、監(jiān)測量程適用性水平、監(jiān)測環(huán)境適應(yīng)性水平，在國內(nèi)率先研究監(jiān)測設(shè)備健康管理技術(shù)、監(jiān)測數(shù)據(jù)質(zhì)量智能化甄別技術(shù)，構(gòu)建多技術(shù)交叉監(jiān)測、自動化監(jiān)測為主、巡檢駐檢為輔，集水文要素自動化監(jiān)測、水文設(shè)備集成化管理、水文數(shù)據(jù)智能化甄別于一體的現(xiàn)代化水文監(jiān)測新格局。

3.2.3精準(zhǔn)全面的水文分析預(yù)報體系建設(shè)。充分利用傳統(tǒng)的水文學(xué)、水動力學(xué)等模型和大數(shù)據(jù)、云計算、區(qū)塊鏈、人工智能算法等新技術(shù)，建設(shè)“一標(biāo)一倉一庫雙平臺”，即研編涵蓋水文數(shù)據(jù)倉、工具庫、系統(tǒng)平臺和數(shù)據(jù)產(chǎn)品的水文業(yè)務(wù)通用標(biāo)準(zhǔn)集；基于統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建杭州綜合水文數(shù)據(jù)倉和包括模型庫、算法庫、方案庫的杭州水文預(yù)報分析工具庫；建設(shè)東苕溪、分水江、運(yùn)河等主要流域洪水預(yù)報系統(tǒng)、錢塘江潮汐智能預(yù)報系統(tǒng)、中長期預(yù)報分析系統(tǒng)等，構(gòu)建杭州水文預(yù)報平臺；構(gòu)建包括知識圖譜與知識推理、水文大數(shù)據(jù)分析、城市洪澇模擬預(yù)報、智慧化自動決策分析和發(fā)布系統(tǒng)的杭州智慧水文平臺。

從標(biāo)準(zhǔn)體系、數(shù)據(jù)倉、工具庫、業(yè)務(wù)系統(tǒng)、產(chǎn)品集“五個層次”上，通過實用洪水預(yù)報方案數(shù)字化、數(shù)據(jù)模型算法產(chǎn)品倉庫化、傳統(tǒng)模型與智能模型集合化、預(yù)報分析評估作業(yè)實時化、水文決策支持智慧化“五個階段”逐步推進(jìn)，實現(xiàn)全市主要流域洪水預(yù)報分析全覆蓋，實現(xiàn)全域洪水實時滾動預(yù)報，打造全面支撐杭州市水安全保障和強(qiáng)監(jiān)管需求的智能預(yù)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(wù)體系建設(shè)。以全面服務(wù)水文工作、滿足政府部門和社會公眾需求為總體目標(biāo)，建設(shè)現(xiàn)代化水文綜合管理服務(wù)平臺，形成水文信息監(jiān)測、分析、管理、服務(wù)全業(yè)務(wù)鏈條的智能化管理服務(wù)模式。

分階段建成站網(wǎng)運(yùn)行智能化監(jiān)管系統(tǒng)、水文數(shù)據(jù)質(zhì)量智能化診斷系統(tǒng)、水文資料智能化整編系統(tǒng)、水旱災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)、水文信息共享服務(wù)系統(tǒng)、防汛水情會商系統(tǒng)、信息安全監(jiān)控系統(tǒng)等功能模塊，最終形成集水文數(shù)據(jù)自動化監(jiān)測、水文裝備智能化監(jiān)管、水文數(shù)據(jù)智能化整編、水文信息泛在化服務(wù)于一體的現(xiàn)代化水文綜合管理服務(wù)平臺，為政府和社會公眾提供數(shù)據(jù)權(quán)威可靠、產(chǎn)品形式豐富、發(fā)布及時高效、獲取方便快捷的水文服務(wù)[15]。

3.2.5精簡高效的水文管理體系建設(shè)。建立“標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、精兵高效、全面服務(wù)、杭州特色”的現(xiàn)代化杭州水文管理體系，建成制度健全、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、多級協(xié)同、監(jiān)督有力的杭州水文治理體系，建設(shè)理念現(xiàn)代、工具先進(jìn)、知識更新、能力勝任的杭州水文人才隊伍，推廣產(chǎn)學(xué)研合作攻關(guān)、實驗站先行先試的科研創(chuàng)新平臺機(jī)制，展示以水文鉛魚精神和大運(yùn)河百年水文為特色的杭州水文文化窗口。

全面完善水文業(yè)務(wù)管理制度，建設(shè)水文業(yè)務(wù)流程標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，建成市縣兩級水文機(jī)構(gòu)聯(lián)動合作機(jī)制，建立“準(zhǔn)入評測—運(yùn)管監(jiān)督—跟蹤評估”的全鏈條社會化服務(wù)體系。實施“112”人才培養(yǎng)計劃，開展水文勘測技能和預(yù)報技術(shù)競賽，保障技術(shù)人員有提升路徑、技能人員有評價機(jī)制。開展水文水資源關(guān)鍵技術(shù)研究，強(qiáng)化水旱災(zāi)害支撐，開拓資源生態(tài)服務(wù)。弘揚(yáng)水文鉛魚精神，講好水文故事，提高水文隊伍凝聚力，擴(kuò)大水文社會影響力。

4 展望

根據(jù)浙江省爭創(chuàng)社會主義現(xiàn)代化先行省的發(fā)展目標(biāo)，緊扣杭州“全國數(shù)字經(jīng)濟(jì)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(chuàng)新兩大發(fā)展動力為引領(lǐng)，以數(shù)字化轉(zhuǎn)型為抓手，穩(wěn)步推進(jìn)“五大體系”建設(shè)，最終形成“透徹感知、智能分析、高效管理、便捷服務(wù)”的現(xiàn)代化水文事業(yè)格局，為政府和社會提供全面、及時、便捷的水文服務(wù)，有力支撐水利和經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展，在浙江省內(nèi)展現(xiàn)水文“頭雁”風(fēng)采，在國內(nèi)爭創(chuàng)現(xiàn)代化示范。