關于黑龍江省旱情監(jiān)測預警系統(tǒng)建設的解析

于海英，邢宇良

( 黑龍江省水利水電勘測設計研究院，哈爾濱150080)

1 旱情監(jiān)測系統(tǒng)現(xiàn)狀及存在的問題

近些年來，黑龍江省各級抗旱部門逐步開展了旱情監(jiān)測工作，建立了旱情數(shù)據(jù)庫，旱情監(jiān)測站網、防汛抗旱會商、水文預報等一系列業(yè)務系統(tǒng)，在抗旱工作中發(fā)揮了重要作用。黑龍江省旱情監(jiān)測服務體系由水利部門旱情監(jiān)測系統(tǒng)、氣象部門旱情監(jiān)測系統(tǒng)和農墾系統(tǒng)土壤墑情監(jiān)測系統(tǒng)組成。

目前我省87個縣市中，有14個縣市配有旱情自動監(jiān)測系統(tǒng)，配套設施包括34個土壤墑情監(jiān)測站，其中，固定監(jiān)測站16個，移動監(jiān)測站16個，旱情試驗站2個; 蒸發(fā)站45個;地下水旱情監(jiān)測站( 一般)968個。

全省水利部門已建成哈爾濱市、綏化市2 處市級旱情信息站、2 處墑情實驗站，16 處土壤墑情固定監(jiān)測站，配置48 套移動墑情監(jiān)測設備。土壤墑情固定監(jiān)測站采用國際先進的土壤水分電測量技術，傳輸手段采用GSM( 手機短信) 網，雙向信息傳輸。實現(xiàn)了墑情自動監(jiān)測、定位、傳輸?shù)裙δ堋１O(jiān)測設備主要包括土壤水分傳感器、數(shù)據(jù)采集器、存儲發(fā)送軟件、數(shù)據(jù)接收終端機、接收軟件等硬、軟件設備和測站架臺設施。移動墑情監(jiān)測儀器采用智能化土壤水分快速測試儀，主要由土壤水分傳感器、測試儀器儀表、GPS 接收機以及上位機軟件等組成。

目前監(jiān)測站網建設還不完善，存在的問題有:

1) 覆蓋全省的氣象旱情監(jiān)測系統(tǒng)手段落后，時效性差，已經不適合新形勢情況下的抗旱減災工作的需要。

2) 國家防汛抗旱指揮系統(tǒng)旱情監(jiān)測試點項目采用了國際先進的測試和通訊技術，能夠及時、準確、快速獲得旱情信息。但僅在哈爾濱市和綏化市的部分市縣建成，沒有覆蓋全省。

3) 我省水利部門、氣象部門和農墾系統(tǒng)分別建設旱情監(jiān)測系統(tǒng)，只是進度和側重點各不相同，沒有進行信息資源的有效整合。

4) 現(xiàn)有站網密度低，站點分布不均勻，重點不突出，無法滿足《土壤墑情監(jiān)測規(guī)范》的有關要求。

5) 缺乏運行維護費用，已建系統(tǒng)難以正常運轉。

2 建設目標

總體目標是:根據(jù)全省抗旱工作的需要，以墑情信息自動采集系統(tǒng)和地市墑情監(jiān)測分中心為基礎，以公用通信傳輸平臺為保障，以計算機網絡系統(tǒng)為依托，建成覆蓋全省的墑情監(jiān)測與信息管理系統(tǒng)，實時監(jiān)測和掌握墑情發(fā)生情況及其發(fā)展趨勢，為各級防汛抗旱指揮部門準確、及時、科學地指揮防旱抗旱工作提供決策支持。

3 建設原則

1) 統(tǒng)籌考慮、科學布局。樹立全省一盤棋思想，統(tǒng)一謀劃旱情信息監(jiān)測站網布局。

2) 充分發(fā)揮現(xiàn)有監(jiān)測站點作用，防止重復建設。將全省各級、各類現(xiàn)有抗旱監(jiān)測站點進行整合，達到資源共享，為國家和各級地方政府抗旱減災服務。

3) 先進、實用。各類旱情信息監(jiān)測站點的設備，按照當前先進、近期內不落后，技術上成熟可靠，實用性強的原則配置。

4) 充分利用公網。組建依賴GSM、PSTN、SDH 等現(xiàn)代化設備的信息傳輸網絡，建立先進的旱情信息接收、分析處理與信息發(fā)布系統(tǒng)，提高全省旱情信息的時效性與準確性。

4 旱情監(jiān)測系統(tǒng)建設

4.1 旱情監(jiān)測站網建設

4.1.1 墑情監(jiān)測站網

規(guī)劃新建450 處固定墑情監(jiān)測站，87 處墑情移動監(jiān)測站，12 處墑情試驗站。按《水文自動測報系統(tǒng)技術規(guī)范》等相關法律法規(guī)配置先進的監(jiān)測設配，主要包括: 墑情遙測終端機、GSM 通訊模塊、土壤水分傳感器等。

按照規(guī)劃，我省墑情監(jiān)測站點總數(shù)達到583 處。干旱區(qū)域墑情監(jiān)測站點適當加密，旱情較輕區(qū)域相對稀疏。一般縣( 市) ，每縣( 市) 按3 ～5 處布設，易旱縣、重點產糧區(qū)、水資源短缺地區(qū)按每縣( 市) 5 ～10 處布設。112個農場，每個農場各建1 ～2 處。

4.1.2 地表水監(jiān)測站網

規(guī)劃建設蒸發(fā)站44 處，全省蒸發(fā)觀測站達到87 處。新增站點主要集中于我省產糧縣、易旱縣和生態(tài)脆弱區(qū)。

全省現(xiàn)有水面蒸發(fā)站43 處，采用蒸發(fā)皿、蒸發(fā)器人工觀測水面蒸發(fā)量，資料的連續(xù)系列較長、代表性較好，但由于尚未實現(xiàn)蒸發(fā)量自動觀測，其時效性滿足不了旱情實時分析預報的要求。在墑情試驗站建設的基礎上，依托現(xiàn)有水文站點建設，對現(xiàn)有的人工觀測的水面蒸發(fā)監(jiān)測站進行改建升級，把觀測設施、設備，以及信息傳輸設備進行更新改造，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動采集、處理、顯示、存儲和傳輸。

4.1.3 地下水監(jiān)測站網

地下水監(jiān)測信息對于工業(yè)生產、農田灌溉、城市供水及生態(tài)環(huán)境保護等都具有重要作用，是實現(xiàn)地表水和地下水聯(lián)合調度、科學管理水資源的重要信息。為了合理開發(fā)、利用、配置、節(jié)約和保護地下水資源，必須加強地下水監(jiān)測工作，加強地下水監(jiān)測站網建設。

基本站網的布設密度以《地下水監(jiān)測規(guī)范》為標準，本次規(guī)劃全省共布設省級重點水位監(jiān)測站394 處，均采用專用井。達到省級以上重點基本監(jiān)測井的水位等監(jiān)測項目自動監(jiān)測，監(jiān)測信息實時傳輸，準確分析和預報地下水動態(tài)變化，基本達到地下水監(jiān)測現(xiàn)代化。

4.2 信息傳輸與接收系統(tǒng)建設

建立覆蓋全省的旱情信息傳輸與接收系統(tǒng)，實現(xiàn)旱情信息的實時有效傳輸，滿足抗旱需求。旱情信息傳輸與接收系統(tǒng)的建設主要包括:傳輸與接收網絡的建設，縣( 市) 級旱情信息中心、地( 市) 級旱情信息中心和省級旱情信息中心建設等。

國家防汛指揮系統(tǒng)一期工程已建設了省水情中心和哈爾濱市、綏化市兩個水情分中心，建立了水情分中心的計算機網絡和業(yè)務應用系統(tǒng)。本次規(guī)劃在省水情中心的基礎上，建設省級旱情中心，規(guī)劃對全省12個市、區(qū)新建工旱情分中心，規(guī)劃對各市建設地級旱情信息采集站，對各縣建設縣級旱情信息采集站。旱情信息的工作流程見圖1。

圖1 旱情信息流程圖

4.3 旱情數(shù)據(jù)庫建設

旱情監(jiān)測數(shù)據(jù)庫用來存儲抗旱基礎數(shù)據(jù)、實時數(shù)據(jù)和分析結果及其相關數(shù)據(jù)，是旱情監(jiān)測系統(tǒng)建設的基礎和核心。結合我省抗旱工作的實際需求，并與國家抗旱管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)分類保持一致，旱情監(jiān)測數(shù)據(jù)庫主要包括水文氣象數(shù)據(jù)、抗旱水源數(shù)據(jù)、抗旱工程數(shù)據(jù)、實時旱情數(shù)據(jù)、社會經濟數(shù)據(jù)、歷史旱災數(shù)據(jù)、抗旱管理數(shù)據(jù)、圖形數(shù)據(jù)等8 大類信息。

旱情監(jiān)測數(shù)據(jù)來源主要有實測數(shù)據(jù)和各采集點提供的數(shù)據(jù)兩大類。實測數(shù)據(jù)包含通過水文、旱情監(jiān)測站的實時監(jiān)測提供的監(jiān)測數(shù)據(jù)，以及抗旱工程、抗旱水源、歷史旱災數(shù)據(jù)等。各采集點提供的數(shù)據(jù)是指各采集點獲取的社會經濟數(shù)據(jù)等。

1) 水文氣象數(shù)據(jù): 是指溫度、日照、風力、蒸發(fā)、降雨、河道( 水庫) 水位、流量等水文氣象實時信息。數(shù)據(jù)主要來源為氣象產品應用系統(tǒng)和水雨情數(shù)據(jù)庫。

2) 抗旱水源數(shù)據(jù): 是指地表水、地下水等用來分析抗旱可用水量的信息。其中地表水信息包括水庫、湖泊、坑塘、水窖等可利用蓄水量以及過境河流可利用徑流量，地下水信息包括可利用的淺層地下水資源量和深層地下水資源量。抗旱水源數(shù)據(jù)主要來自各采集點整理后上報。

3) 抗旱工程數(shù)據(jù): 是指水庫、機電井、塘壩、水窖、提灌站、水閘及灌區(qū)灌溉設施等抗旱水利工程的基本信息及運行記錄。數(shù)據(jù)主要來自各采集點整理后上報。

4) 實時旱情數(shù)據(jù): 包括實時旱情統(tǒng)計信息、墑情監(jiān)測信息、旱情遙感信息、地下水埋深信息、城鄉(xiāng)生產生活缺水信息、生態(tài)用水信息等。其中:旱情統(tǒng)計信息包括旱情動態(tài)、統(tǒng)計報表等;墑情監(jiān)測信息包括墑情監(jiān)測點信息、墑情監(jiān)測數(shù)據(jù)信息等;地下水信息包括地下水埋深、水位、給水度等; 城鄉(xiāng)生產生活缺水信息包括工農業(yè)用水量、生活用水量等。數(shù)據(jù)主要來自各采集點整理后上報。

5) 社會經濟數(shù)據(jù):包括行政區(qū)劃、人口、經濟狀況、農業(yè)、林業(yè)、畜牧業(yè)、耕地面積等。數(shù)據(jù)主要來自各采集點。

6) 抗旱管理數(shù)據(jù):包括抗旱法律法規(guī)、抗旱服務組織、抗旱預案、應急預案等。數(shù)據(jù)主要由各級抗旱部門進行整理上報。

7) 歷史旱災數(shù)據(jù): 包括歷史旱災發(fā)生時間、地點、規(guī)模、造成的損失、抗旱措施及對經濟、社會、生態(tài)的影響及損失等。數(shù)據(jù)主要由各級抗旱部門依據(jù)歷年旱災記錄進行整理上報。

8) 圖形數(shù)據(jù):包括各地基礎地理信息圖、耕地分布圖、抗旱分析專題成果圖、各種監(jiān)測站點分布圖、受災分布圖、受災面積統(tǒng)計圖等。數(shù)據(jù)主要由各級抗旱部門進行整理上報。

4.4 旱情信息管理系統(tǒng)建設

在旱情數(shù)據(jù)庫的基礎上建設旱情信息管理系統(tǒng)。旱情信息管理系統(tǒng)應具備信息接收處理、信息查詢、信息應用和信息上報四個主要功能。按照系統(tǒng)功能，開發(fā)相應的支撐軟件。

5 旱情預警系統(tǒng)建設

5.1 系統(tǒng)的功能

旱情預警系統(tǒng)主要根據(jù)旱情分析評估中的水文干旱指數(shù)、氣象干旱指數(shù)、農業(yè)干旱指數(shù)、綜合干旱指數(shù)和旱情預測結果對旱情進行等級的劃分，建立旱情預警決策支持平臺，實時干旱災害的實時預警。

旱情預警等級分為4 級，即Ⅰ級預警( 特大干旱) 、Ⅱ級預警( 嚴重干旱) 、Ⅲ級預警( 中度干旱) 和Ⅳ級預警( 輕度干旱) 。

系統(tǒng)功能結構見圖2。

圖2 旱情預警功能結構圖

5.2 系統(tǒng)的邏輯結構

旱情預警系統(tǒng)由旱情分析、旱情評估、旱情預測、旱情預警模型共同組成應用支持平臺。系統(tǒng)應用開發(fā)和運行環(huán)境遵循中央系統(tǒng)的總體結構。系統(tǒng)邏輯結構見圖3。

圖3 旱情預警邏輯結構圖

5.3 旱情預警信息發(fā)布系統(tǒng)建設

5.3.1 一般旱情信息發(fā)布

旱情信息發(fā)布系統(tǒng)是基于旱情綜合分析評估系統(tǒng)，利用專線向用戶提供旱情信息服務的可查詢系統(tǒng)。旱情綜合分析評估系統(tǒng)將可對外公布的旱情基礎數(shù)據(jù)信息、旱情分析與預警信息存儲于公用端查詢數(shù)據(jù)庫，用戶端通過授權與身份驗證可查詢旱情信息數(shù)據(jù)庫里的相應信息。

旱情信息發(fā)布系統(tǒng)采用Web 網頁通過現(xiàn)有防汛抗旱專線對外發(fā)布，在旱情信息中心設身份驗證系統(tǒng)和授權許可系統(tǒng)。

旱情信息中心通過防汛抗旱專線將相應數(shù)據(jù)上報至國家防總。

5.3.2 干旱預警信息發(fā)布

省防汛抗旱指揮部根據(jù)會商結果，報經省人民政府批準，并由省防汛抗旱指揮部通過公眾媒體向社會發(fā)布有關旱情信息。I－IV 級干旱預警顏色依次采用紅色、橙色、黃色、藍色。

5.3.2.1 I 級干旱預警發(fā)布( 紅色)

由省防汛抗旱總指揮主持旱情會商，省防汛抗旱指揮部全體成員單位參加，會商形成啟動I 級預警應急響應方案結論，研究制定出相應的預警應急響應工作部署，報經省人民政府批準后，啟動I 級預警應急響應方案，報上級備案，并通過媒體向社會發(fā)布。

5.3.2.2 II 級干旱預警發(fā)布( 橙色)

由省防汛抗旱總指揮或委托省防訊抗旱副總指揮主持旱情會商，省防汛抗旱指揮部有關成員單位參加，會商形成啟動II 級預警應急響應方案結論，研究制定出相應的預警應急響應工作部署，報經省人民政府批準后，啟動II 級預警應急響應方案，報上級備案，并通過媒體向社會發(fā)布。

5.3.2.3 III 級干旱預警發(fā)布( 黃色)

由省防汛抗旱副總指揮主持旱情會商，省防汛抗旱指揮部有關成員單位參加，會商形成啟動III 級預警應急響應方案結論，研究制定出相應的預警應急響應工作部署，經省防指領導批準后，啟動III 級預警應急響應方案，報上級備案，并通過媒體向社會發(fā)布。

5.3.2.4 IV 級干旱預警發(fā)布( 藍色)

由省防辦主任主持旱情會商，省防汛抗旱指揮部有關成員單位參加，會商形成啟動IV 級預警應急響應方案結論，研究制定出相應的預警應急響應工作部署，經省防汛抗旱指揮部領導批準后，啟動IV 級預警應急響應方案，報上級備案，并通過媒體向社會發(fā)布。

5.3.2.5 預警的解除

由發(fā)布干旱預警的單位組織有關單位和專家，綜合分析旱情形勢，形成相應預警應急響應方案的解除結論，經原預警發(fā)布批準單位批準后，由發(fā)布該干旱預警的單位宣布解除相應干旱預警應急響應方案，并通過媒體向社會發(fā)布。

根據(jù)需要，旱情預警信息可通過短信或郵件方式向指定的用戶群發(fā)送，需配置E－mail 服務器和短信發(fā)送裝置。

［1］黑龍江省水利水電勘測設計研究院. 黑龍江省抗旱規(guī)劃［R］.哈爾濱:黑龍江省水利水電勘測設計研究院，2010.

［2］李茹. 中央防汛決策支持系統(tǒng)洪水預報子系統(tǒng)的研制與開發(fā)［D］. 西安:西安理工大學，2000.