張聿鋒，程瑞芳，杜慧娟，吳 鵬

（河南省水土保持監(jiān)測總站，河南鄭州 450008）

0 引言

水土保持信息化建設是智慧水利建設的重要內(nèi)容，是保障水土保持生態(tài)文明建設提質(zhì)增效的有力手段。分析并總結(jié)河南省水土保持信息化建設的現(xiàn)狀及需求，探索水土保持信息化發(fā)展需求，有利于支撐水土保持現(xiàn)代化、助力水土保持高質(zhì)量發(fā)展。

1 河南省水土保持信息化發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 信息化監(jiān)管從試點到全面推進

河南省水土保持信息化監(jiān)管，經(jīng)歷了由縣級試點、市級推廣、全省覆蓋三個階段。2015 年水利部選定河南省淅川縣作為全國水土保持遙感監(jiān)管試點縣之一。通過對遙感影像解譯、疑似違規(guī)項目分析、現(xiàn)場核查認定，完成了初次水土保持信息化監(jiān)管嘗試，初步確定了遙感監(jiān)管技術路線。2017年，作為水土保持遙感監(jiān)管市級試點，三門峽市開展了全市推廣遙感監(jiān)管工作，確定了遙感監(jiān)管解譯標準和核查認定技術流程，取得了顯著效果。2018年以來，遙感監(jiān)管工作在全省全面鋪開，按照制定的技術規(guī)范要求，省、市、縣三級明確分工，對全省范圍內(nèi)疑似未批先建、未批先棄開展核查認定查處工作，生產(chǎn)建設項目水土保持責任落實情況有了較大改善。

1.2 信息化系統(tǒng)框架初步搭建

為提高河南省水土保持信息化工作水平，2018—2019年，河南省水利廳組織開發(fā)了“河南省水土保持信息化基礎平臺”，河南省水土保持信息化系統(tǒng)在現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫的基礎上，建設了“一圖、一庫、六應用”整體業(yè)務框架體系：建設省級水土保持一張圖，實現(xiàn)全省涉及水土保持業(yè)務的一張圖管理、展示、查詢和分析。以全省水土保持行業(yè)為服務對象，綜合包括水土保持重點工程、生產(chǎn)建設項目水土保持監(jiān)管數(shù)據(jù)、水土保持監(jiān)測站網(wǎng)數(shù)據(jù)和動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)、淤地壩基礎數(shù)據(jù)、生態(tài)文明工程數(shù)據(jù)等相關數(shù)據(jù)建設一套水土保持數(shù)據(jù)庫，打破數(shù)據(jù)壁壘，在統(tǒng)一數(shù)據(jù)管理模式下實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。圍繞水土保持主體業(yè)務，建設預防監(jiān)督管理系統(tǒng)、綜合治理與實施效果評價系統(tǒng)、監(jiān)測評價系統(tǒng)、水土流失預防系統(tǒng)、規(guī)劃實施情況評估系統(tǒng)、業(yè)務服務系統(tǒng)等六個應用系統(tǒng)，通過全面整合省級水土保持業(yè)務，采集存儲業(yè)務數(shù)據(jù)，結(jié)合應用平臺數(shù)據(jù)處理和模型分析，最終為水土保持決策與科學管理提供信息服務和決策支持，為水土保持行業(yè)改革與發(fā)展提供信息化支持。

1.3 淤地壩預報預警基礎設施建設基本完成

為實現(xiàn)對重要淤地壩的動態(tài)監(jiān)控和安全風險預警要求，2019 年至2023 年，河南省多渠道利用資金開展淤地壩雨水情監(jiān)測設施建設；目前全省中型以上256座淤地壩全部安裝了雨水情監(jiān)測設施，建設內(nèi)容主要包括雨量、水位、影像等；通過對每座淤地壩預設預警參數(shù)，結(jié)合氣象預報、防汛預案等數(shù)據(jù)，開展淤地壩安全自動預警。全省不同建設渠道的淤地壩監(jiān)測設施通過規(guī)范采集數(shù)據(jù)格式和傳輸數(shù)據(jù)接口，將監(jiān)測數(shù)據(jù)匯總至河南省水土保持信息化基礎平臺，接受并處理信息后及時發(fā)送雨量、水位及預報預警信息給相關責任人，初步實現(xiàn)了輔助防汛會商，助力安全度汛的目的。

2 加強水土保持信息化建設符合時代需求

2024 年1 月，中共河南省委辦公廳、河南省人民政府辦公廳印發(fā)了《河南省加強新時代水土保持工作實施方案》（以下簡稱《方案》），明確指出，要加快推進水土流失重點治理、依法嚴格人為水土流失監(jiān)管，確定了河南省近遠期水土流失防治和人為水土流失監(jiān)管的目標。加強水土保持信息化建設，是完成《方案》提出目標的必然需求。

2.1 水保信息化建設是精細化開展水保生態(tài)建設的需求

四十年來，全省水土保持生態(tài)文明建設取得了較大成效，水土流失面積逐年降低，但是隨著水土保持率的不斷提升，水土流失治理難度也不斷加大，精細化水土保持防治是未來水土流失治理工作的必經(jīng)之路和必然選擇；治理前期設計方案標準低、治理過程管理方式相對落后、治理后效果評價缺失等現(xiàn)象仍然或多或少存在，利用信息化手段，開展圖斑精細化管理、精準治理水土流失，是提高水保治理標準的必要需求。

2.2 水土保持信息化建設是提高人為水土流失監(jiān)管效率的需求

開展人為水土流失監(jiān)管，是遏制水土流失發(fā)展的重要內(nèi)容，隨著我省經(jīng)濟社會的發(fā)展，人為水土流失逐漸呈現(xiàn)多樣性、復雜性，傳統(tǒng)化手段開展人為水土流失監(jiān)管工作面臨著監(jiān)管效率不足、監(jiān)管內(nèi)容不全、監(jiān)管手段落后等問題，面對新形勢，利用遙感等信息化手段開展人為水土流失監(jiān)管，推進從地面監(jiān)管到天空監(jiān)管、從人力監(jiān)管到智慧監(jiān)管，是強化我省人為水土流失監(jiān)管的必要需求。

2.3 水保信息化建設是科學助力淤地壩安全度汛的需求

近年來區(qū)域性的極端氣象頻發(fā)，迫切需要實現(xiàn)汛期對重要淤地壩庫區(qū)及上游來水監(jiān)測以及安全風險預警，提升淤地壩運行監(jiān)管能力與應急指揮能力，保衛(wèi)人民生命財產(chǎn)安全，淤地壩多建在山區(qū)，傳統(tǒng)的巡查監(jiān)測模式效率低，在雨季對于巡查人員來說也存在安全隱患。因此利用數(shù)字孿生等技術手段和外接感知設備等硬件建設，完善和強化淤地壩預警預報系統(tǒng)建設，能夠科學判斷淤地壩上游來水、模擬淤地壩泄洪、潰壩等分析，助力汛期淤地壩安全度汛。

3 河南省水土保持信息化發(fā)展展望

3.1 利用信息化手段，精準治理水土流失

開展水土保持孿生流域建設，建立水土保持基礎數(shù)據(jù)底板，疊加以小流域為單元的數(shù)字化場景模型、地理高程模型、土地利用、水土流失現(xiàn)狀、水土保持綜合治理措施及成效等數(shù)據(jù)，以水土流失治理迫切程度和預估治理效果為前提，研究提出智能化分析水土流失治理任務的量化標準和規(guī)則算法，為重點治理工程項目區(qū)選址準確度與措施布設精準性提供支撐。開展水土流失圖斑落地工作，將水土流失因子經(jīng)計算形成的柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為矢量數(shù)據(jù)，并疊加進水土保持基礎數(shù)據(jù)庫，于數(shù)字孿生流域等同步分析，為區(qū)域水土流失精準治理提供信息化手段。

完善水土保持工程過程管理系統(tǒng)，實現(xiàn)工程實施進度、實施內(nèi)容、實施效果的全方位信息化管理，建立實施效果評價體系，從生態(tài)治理效果、百姓滿意度等方面反向促進前期工作，水土流失治理實現(xiàn)閉環(huán)管理、不斷提升，為科學化、精準化開展水土流失治理提供信息化手段。

3.2 利用信息化手段，嚴控人為水土流失

常態(tài)化開展人為水土流失遙感監(jiān)管。多渠道獲取遙感影像來源，研究人為擾動智能判別系統(tǒng)，以河南省遙感監(jiān)管歷年數(shù)據(jù)為基礎，深度分析人為擾動地表影像特征，建立河南省生產(chǎn)建設項目疑似違法違規(guī)圖斑解譯標志庫，最終實現(xiàn)生產(chǎn)建設項目擾動圖斑遙感智能識別，結(jié)合多元影像來源，及時發(fā)現(xiàn)人為水土流失行為，依托水土保持信息平臺，智能分析派發(fā)監(jiān)管任務，從疑似人為擾動圖斑統(tǒng)一發(fā)放逐步過渡到發(fā)現(xiàn)問題圖斑實時發(fā)放，最終實現(xiàn)人為水土流失“早發(fā)現(xiàn)、早制止”。

加強對人為水土流失風險的跟蹤監(jiān)管。開展水土流失重點預防區(qū)和重點治理區(qū)范圍劃定落地工作，利用遙感、無人機等信息化手段開展重點區(qū)域內(nèi)的生產(chǎn)建設項目水土保持監(jiān)管，建立水土流失隱患評價模型，根據(jù)無人機三維模型獲取的模型參數(shù)，實現(xiàn)對重點區(qū)域重點工程的水土流失隱患在線評價。建設生產(chǎn)建設項目水土保持視頻監(jiān)控共享接入系統(tǒng)，針對3級以上棄渣場和重點區(qū)域施工現(xiàn)場，將建設單位自主建設的視頻監(jiān)控，納入河南省水土保持信息化平臺監(jiān)管系統(tǒng)，精準了解現(xiàn)場施工、棄土堆渣情況及水土流失防治措施，從而推動實現(xiàn)“無風險不打擾、低風險預提醒、中高風險嚴監(jiān)控”的目標。

3.3 利用信息化手段，助力淤地壩安全度汛

建設淤地壩數(shù)字孿生流域數(shù)字底版。選擇下游有人員或重要設施的淤地壩開展數(shù)字孿生流域建設，采用無人機航攝、機載激光雷達，構(gòu)建分辨率優(yōu)于0.5 m數(shù)字地面模型（DEM），水下部分采用無人船聲吶測量，構(gòu)建水下高程模型，關鍵部位BIM 模型。建設淤地壩防汛數(shù)字孿生平臺。依托淤地壩數(shù)字孿生流域數(shù)字底版，結(jié)合天氣預報信息和淤地壩雨水情監(jiān)測信息，開發(fā)建設淤地壩防汛數(shù)字孿生平臺，構(gòu)建淤地壩所在小流域數(shù)字孿生場景模型，對上游來水、淤地壩泄洪行為等進行數(shù)字化模擬，支撐淤地壩四預決策。