鄭玉峰，王永福，丁仕程

（河北省唐山水文勘測研究中心，河北 唐山 064100）

水文工作是一個傳統(tǒng)的行業(yè)，距今已有上千年歷史，是研究水體在地球不同空間位置的形成過程和運動變化規(guī)律的活動。水文是水利建設的技術基石和尖兵，是防汛的耳目和參謀，是水資源管理和保護的前沿哨兵，也是經濟社會進步發(fā)展的基礎。水文工作連接著人民的生命財產安全，維系著工農業(yè)生產的順利進行，關系著經濟建設的成敗得失，是經濟社會發(fā)展必不可少的一項重要基本工作。在水文事業(yè)中，最基層的單位就是水文站。水文站承擔著水文工作最基礎的業(yè)務，其工作質量如何能直接影響著水文事業(yè)的發(fā)展。水文站主要是收集河流的各種水文要素如水位、流量、含沙量、降水量、蒸發(fā)量等進行水情預報，為防汛抗旱、水利工程規(guī)劃和設計、水資源合理開發(fā)與利用以及國民經濟發(fā)展提供必不可少的科學依據(jù)。

當前世界信息化發(fā)展日新月異，水文站水情信息化建設是未來發(fā)展的大趨勢，是水文現(xiàn)代化的基礎和重要標志。水文站水情信息化是基于微電子和數(shù)字化形式的新型技術，通過全面利用計算機網絡技術、通信技術、雷達技術構建出信息交流平臺[1]，對水文信息進行采集、傳輸、存儲、處理和利用，提高水文信息資源實時共享水平。水文站水情信息化系統(tǒng)建成后能提供實時的水情信息和詳細的綜合分析成果，及時預警、預報洪水信息，為相關部門和各級政府準確地擬定和實施防汛方案提供技術支撐。

1 背景和現(xiàn)狀

面對嚴重、頻發(fā)的洪澇災害，水文站精心組織、周密部署、密切監(jiān)測、滾動預報，為各級政府決策部門提供了及時準確的水文情報預報信息，為防汛工作的順利進行作出了重要貢獻，發(fā)揮了其他行業(yè)無法替代的作用。隨著新時期治水思路的調整，為適應水利發(fā)展和踐行大水文觀，面對水利工作的新形勢和新任務，發(fā)展水文信息化成為水利現(xiàn)代化建設的重要課題。為深入貫徹落實“以防為主、防重于搶、搶重于救、常備不懈”的防汛抗災總方針，必須始終牢固堅持踐行以人為本的核心價值觀，以有效維護和安全保障廣大基層人民群眾的生命財產安全為第一要務，有效地準確防范特大洪水所直接帶來的自然災害。為此，水文站必須對河流進行合理的洪水風險分析，科學研制和應用防洪安全預警系統(tǒng)，提出相應的防洪保安對策，讓“智慧水文”藍圖早日變成實景。

當前，河北省唐山地區(qū)的小定府莊水文站在水情信息化建設方面亟待改善，主要因為水情信息涉及的數(shù)據(jù)資料較多、對有些數(shù)據(jù)資源的收集較為困難。如果繼續(xù)采用傳統(tǒng)的信息傳輸和處理方式，必然會影響到數(shù)據(jù)信息的及時性和完整性。目前，該水文站能夠實時、定時、連續(xù)地監(jiān)測水情參數(shù)，實現(xiàn)時間上、空間上提供水情信息的要求，但是提供的常規(guī)水情信息未經過深層次的分析和加工，不能滿足經濟社會發(fā)展的需要，所以必須建設水文站水情信息化系統(tǒng)，實現(xiàn)水情信息資源處理和共享，實時發(fā)布水情信息，滿足政府部門及時掌握準確的水情信息和綜合分析成果的需要[2]。

2 任務和目標

歷年來的防汛事故和應急處置經驗表明，在有效抗擊洪水的情況下，非工程防洪措施對于防洪和搶險救災具有舉足輕重的作用，在確保廣大人民群眾生命財產安全與社會經濟的可持續(xù)發(fā)展、盡量減少洪澇災害損失方面都具有重要的意義。因此，迫切需要建立一個高效、可靠的水文站水情信息化系統(tǒng)。該系統(tǒng)建成后可以實現(xiàn)各種防汛信息的數(shù)字化和資源共享，對于相關的信息可以實現(xiàn)自動采集、實時傳輸，并對大量的數(shù)據(jù)資料進行綜合管理和分析處理，以提高洪水預報、防汛調度等工作的科學性、準確性與及時性，使水文站的水情信息化建設進入現(xiàn)代化管理時代。

2.1 任務

若在小定府莊水文站建設水文站水情信息化系統(tǒng)，則可以把所收集的數(shù)據(jù)信息進行合理整合，這種整合是按照科學性原則進行的，方便管理和維護，從而實現(xiàn)資源的優(yōu)化配置。當下小定府莊水文站配備的新儀器和新設備收集的數(shù)據(jù)信息還沒有被直接利用，如果把這些數(shù)據(jù)信息直接接入水文站水情信息化系統(tǒng)，既可以減小人工操作出現(xiàn)的誤差，也可以解決時效性問題，使工作人員對各種數(shù)據(jù)資源進行及時、快速、高效處理，提高信息資源交流和共享效率。目前小定府莊水文數(shù)據(jù)還不能實現(xiàn)實時化分析、匯總和計算，更不能按照預期設定的格式將報表進行輸出。小定府莊水文站水情信息化系統(tǒng)建成后，可以對水文信息資源進行準確搜索、加工和整理，增強數(shù)據(jù)信息處理的高效性和時效性，確保信息的真實性和合理性；同時，可以實現(xiàn)水情工作的科學調度，確保在最短時間內完成快速響應，尤其在應對突發(fā)問題時可以明顯提升決策效率。

2.2 目標

要想做好現(xiàn)代水利防汛工作，必須首先實現(xiàn)水情信息化建設工作，不斷提高水情信息數(shù)據(jù)的收集處理效率，利用先進的信息化技術不斷提升水文防汛工作的質量。小定府莊水文站水情信息化建設目標是能夠實現(xiàn)水情監(jiān)測自動化、信息采集立體化、傳輸數(shù)據(jù)網絡化、數(shù)據(jù)處理智能化、分析預測專業(yè)化、管理決策規(guī)范化。小定府莊水文站配置的新儀器新設備能夠自動測量和傳輸水文要素，確?？刂茝搅鞣秶鷥鹊挠昵楹退閿?shù)據(jù)可以直接接入數(shù)據(jù)庫。當確定傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進入數(shù)據(jù)中心時，結合所創(chuàng)建歷史數(shù)據(jù)和水文站基本數(shù)據(jù)，就能掌握任何地點的水情信息，并可分析出未來的變化趨勢。根據(jù)分析成果，水文站水情信息化系統(tǒng)就可以推演出未來的水情信息：洪峰什么時候出現(xiàn)、洪峰流量是多少、洪峰的持續(xù)時間以及洪水的淹沒范圍等。當導出一份成果報告，就可以通過分析得出相應的對策和建議，上報政府部門制定、實施精準方案。

3 系統(tǒng)組成

隨著現(xiàn)代化科學技術的不斷發(fā)展，水文站水情信息化技術打破了傳統(tǒng)水文技術的弊端，進行了大量的創(chuàng)新和改進工作。水文站水情信息化建設，從實質上不斷優(yōu)化水文數(shù)據(jù)，利用現(xiàn)代化科學技術手段扎實做好切合實際的水文信息基礎工作。結合小定府莊水文站水情信息化建設現(xiàn)狀，擬采取如下措施建設水文站水情信息化系統(tǒng)。

3.1 采集系統(tǒng)

建立實時水文測報系統(tǒng)，必須采用國際上精度較高的雷達、ADCP 先進儀器，依據(jù)遙感技術，從靜態(tài)向動態(tài)，從定性向定量，實現(xiàn)水情信息實時自動采集。水文站的水情信息化系統(tǒng)建設的主要目標就是在每一條河流上建立起雨量、水位、流量的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和實時監(jiān)測系統(tǒng)，采用“3S”技術、計算機互聯(lián)網技術、遙感遠程技術、數(shù)據(jù)通信技術、數(shù)據(jù)采集及其他各類傳感器的測量技術，把河流沿線連成一個整體，統(tǒng)一運行、監(jiān)測和采集，以實現(xiàn)安全、穩(wěn)定、可靠的數(shù)據(jù)信息采集管理。

3.2 接收處理系統(tǒng)

設計開發(fā)水文信息接收處理系統(tǒng)，快速準確地收集雨水情信息，實現(xiàn)信息及時查詢、分析，為防汛調度提供寶貴時間。該系統(tǒng)還要根據(jù)區(qū)域內河流的具體情況和特點，利用工程水文、城市水文、隨機水文、模糊水文、分形結合、灰色系統(tǒng)等技術，采用歷史洪水分析、槽蓄理論等方法，研究河流設計洪水包括洪峰、洪量及其洪水過程，并分析其成果的合理性。實時采取多變量洪水風險分析方法，根據(jù)“完全相關”與“獨立相互”2 種特殊情況，采用模糊集理論，建立2 個參數(shù)進行加權和組合的概率模型，從對不同事件進行組合的概率理論出發(fā)，參照水文模型考慮洪峰、洪量及洪水過程，開展詳盡的綜合防洪風險分析?；诤樗畟鞑?、演進及淹沒的模擬和對洪水風險的全面分析，研究并提出對應不同標準洪水、不同邊界條件的防洪措施及建議，優(yōu)化防洪對策。

3.3 輸出系統(tǒng)

將實時采集的水情信息和經過分析處理的數(shù)據(jù)，采用圖、表、聲等多種媒體輸出，使其直觀、形象、詳盡地呈現(xiàn)出來。由于水文信息量大、范圍廣、變化快，單純靠傳統(tǒng)的表格和文字方式來表述還不能滿足要求，需借助GIS（地理信息系統(tǒng)）和5G 技術傳輸，依據(jù)河流區(qū)域內地形地貌分布，建立平面二維洪水數(shù)學模型，開展不同邊界條件與不同標準洪水的二維數(shù)值模擬研究。模擬出洪水演進及淹沒狀況（淹沒范圍、淹沒深度、淹沒時間、淹沒過程等），編制洪水風險圖。依據(jù)風險圖，模擬出沙盤地形圖，讓洪水淹沒范圍、淹沒深度、淹沒時間、淹沒過程等一目了然。根據(jù)河流流域情況研究洪水預報方案，建立洪水預報模型，并與洪水演進及淹沒風險模型耦合連接，開發(fā)出防洪安全預警系統(tǒng)，為防洪安保提供決策依據(jù)。通過建立可視化會商系統(tǒng)，搭建高效率的信息化交流平臺，保證水情信息的準確性、真實性、完整性，為決策提供依據(jù)，實現(xiàn)數(shù)字水文。

小定府莊水文站水情信息化系統(tǒng)就是將水文數(shù)據(jù)采集、視頻監(jiān)控、管理系統(tǒng)和安全風險防范體系進行有機組合，具有較強風險防范功能的整體性綜合系統(tǒng)。該業(yè)務系統(tǒng)內容豐富、直觀形象、易于操作，有利于相關領導及時了解到洪水狀況，盡早作出判斷，科學地研究制定出防洪安全預警方案和相應的防洪安保對策。

4 前景展望

綜上，河北省唐山地區(qū)的小定府莊水文站水情信息化系統(tǒng)建成后能夠迅速準確地完成對水情、雨情等各種防汛相關信息的采集、傳輸、儲存和利用，靈活地以圖、文、聲、像等多種方式對各類防汛現(xiàn)場實時信息和防災預測信息進行查詢。通過對洪水預報、河道洪水演算、防洪工程系統(tǒng)聯(lián)合調度、洪水災害評價、安全風險評價等的仿真計算、監(jiān)控分析，及時準確地作出洪水預報，提高洪水預報的準確性和預見性，實時制定并研究選擇防洪措施。小定府莊水文站水情信息化系統(tǒng)的應用，使當?shù)氐姆姥垂ぷ饔山涷灧姥聪蚩茖W迎汛轉變。該系統(tǒng)全面提升了水文站的信息采集、傳輸、處理、展示和管理能力，為防汛決策與調度指揮工作提供了全方位的技術支撐，大大提高了防汛決策和調度指揮工作的正確性、及時性和準確性，從而保證了當?shù)亟洕鐣沙掷m(xù)發(fā)展。