浙江山區(qū)性小流域安全管理決策預警信息化體系建設

郭昆 薛蒼松

DOI：10.19392/j.cnki.16717341.201722054

摘要：隨著大江大河防洪能力的提高，小流域災害問題日益突出，浙江省是山洪災害易發(fā)、多發(fā)省份，山洪災害對經濟社會和人民生命財產造成極大的危害，據(jù)統(tǒng)計，近年全省小流域山洪災害造成的人 員傷亡占洪澇災害傷亡總人數(shù)的70%以上[1]。在此背景下浙江省開展了山洪災害防治項目以及中小河流治理項目，以期基于工程措施、非工措施兩方面工作的開展，提高中小流域的抗災能力。本文以小流域作為研究對象，以安全管理為核心，以水利模型和管理制度為依托，構建決策預警信息化體系，提升小流域安全管理信息化、智慧化水平。

關鍵詞：安全管理；數(shù)字流域；預警；決策支撐

小流域山洪災害具有易發(fā)、突發(fā)、破壞力強等特點，隨著大江大河防洪能力的提高，小流域山洪災害問題日益凸顯，其也成為近年來防災減災領域研究的一項重要課題。山洪來水集中且漲落幅度大，有效預警、精準預報的難度大，小流域的預報預警工作受到防洪工作者以及研究人員的關注。

目前研究主流依然側重于預警指標優(yōu)化以及預警計算方法等研究及其應用方面，陳澤恩等以龍文區(qū)山洪災害防治非工程措施項目建設為例，簡要分析了預警指標選擇的關聯(lián)因素、設置必要性、運用成效及存在的問題，并對指標優(yōu)化進行了探討[2]。葉金印等以新安江模型為基礎，提出了考慮圖繞飽和度的動態(tài)臨界雨量山洪預警方法，并對方法進行了檢驗，預警合格率超過了70%[3]。劉志宇等分析了國內外山洪預警預報技術的最新進展，提出了以分布式水文模型為基礎，以動態(tài)臨界雨量為指標的山洪預警預報方法，并在江西遂川江流域進行運用[4]。

總體來看，當前研究在預警預報計算及其應用方面積累了大量成果；基于預警支撐計算等與水利管理的融合，構建小流域安全管理體系等方面的研究相對缺少。隨著水利管理體制不斷完善，管理抓手日益健全，管理責任落實得到了保障，如何將預警決策支撐與管理體制有效融合，形成治水合力，是破解小流域安全管理難題的重要途徑。

1 技術路線

本文以小流域安全管理為核心，從小流域信息化系統(tǒng)構建的角度展開研究，基于流域安全管理信息化實施內容角度來看，可以分為數(shù)字流域體系、預警體系、工程運管體系、決策支撐體系等四大體系。

綜合考慮數(shù)據(jù)、模型、支撐、管理等環(huán)節(jié)，通過構建小流域數(shù)字流域體系、決策支撐體系、工程運管體系、預警管理體系，經信息化整合，最終實現(xiàn)小流域安全管理決策預警信息化體系建設。

2 數(shù)字流域體系

數(shù)字流域是對流域信息的數(shù)字化描述，將數(shù)字流域拆解成流域場景和要素場景兩個層面進行數(shù)字流域的構建，其中流域場景主要反映流域總體面貌，要素場景主要對流域水利管理要素進行數(shù)字化管理。

2.1 流域場景的構建

隨著信息化技術的發(fā)展，場景表達的手段愈加完善，場景表達也越來越直觀，總的可以分為二維場景和流域三維場景。

2.1.1二維場景構建

在信息化平臺中，根據(jù)使用需求進行二維場景的構建，手段包括現(xiàn)有商業(yè)電子地圖集成及基于遙感數(shù)據(jù)的二維場景構建。

1）商業(yè)電子地圖的集成利用。目前商業(yè)電子地圖包括百度地圖、谷歌地圖、高德地圖、天地圖等，并提供相應的地圖開發(fā)接口服務，為服務集成提供了便利，其中天地圖在專業(yè)領域的應用相對廣泛。

2）基于遙感的二維場景構建

基于遙感影像數(shù)據(jù)構建二維場景，需對影像數(shù)據(jù)進行處理。以國產資源三號衛(wèi)星為例，其包括全景影像、多光譜影像、以及前后視影像，通過數(shù)據(jù)預處理、大氣校正、正射校正、幾何校正、融合處理，可作為二維場景底圖。由于遙感影像本身地理信息標注較少，需測繪部門提供相應的標注信息與遙感地圖進行疊加，并進行切片處理。

2.1.2三維場景構建

根據(jù)管理尺度、精度等需求差異，三維模型構建方式大致可分為基于遙感影像、基于無人機、基于數(shù)學模型三種構建模式，其場景展示精度由低到高，根據(jù)展示精度需求的不同，分別應用于流域范圍、工程管理區(qū)域或其他重要區(qū)域、重要節(jié)點水利工程的三維場景構建。

基于遙感影像的三維場景構建，以資源三號衛(wèi)星遙感影像為例，需從前后視立體相對中提取出地表高程數(shù)據(jù)，同時對多光譜影像、全色影像進行預處理、大氣校正、正射校正、幾何校正、融合處理，最終將地表高程與融合影像進行疊加，并進行服務發(fā)布。

基于無人機的三維場景構建與遙感影像三維場景構建原理類似，對無人機信息采集成果通過進行勻光勻色、影像鑲嵌等后處理，生成DEM和DOM，進行圖層疊加，最終進行服務發(fā)布。

數(shù)學模型建立三維模型，主要依托BIM技術對流域關鍵水利工程節(jié)點進行三維模型構建，并將模型成果通過模型發(fā)布平臺進行服務發(fā)布，在管理平臺中予以集成。

2.2 要素場景的構建

根據(jù)水利要素空間特征進行面、線、點的區(qū)分，面狀要素包括土地利用、土壤、流域劃分、數(shù)字高程模型、水域面（河、湖、庫、塘等）、圩區(qū)或堤防保護對象等；線狀要素：河道線（包括河道管理線、岸線等）、堤線（在建、現(xiàn)狀、規(guī)劃）、工程劃界（管理范圍線、保護范圍線等）等；點裝要素包括：點狀工程（水庫、閘、泵、樞紐、交叉建筑物、跨河建筑物等）、測點（水雨情測站、土壤墑情、安全監(jiān)測點、視頻監(jiān)控點等）、預警設施分布、重要設施等。

利用地理信息管理系統(tǒng)對各類要素做矢量化處理，并根據(jù)管理決策支撐需求，完善矢量數(shù)據(jù)屬性信息。在此基礎上通過數(shù)據(jù)預處理（糾偏、投影統(tǒng)一等）、數(shù)據(jù)質檢（準確性、規(guī)范性）、數(shù)據(jù)拼接整合等，完成要素場景數(shù)據(jù)庫建設，部分監(jiān)測設備等實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)的接入。

3 決策支撐體系

3.1 決策支撐模型庫

決策支撐模型庫主要包括各類水文、水利計算方法、模型，以及工程安全運行評價模型等，包括點面雨量轉換、時段點面雨量滾動計算、洪水預報調度、洪水淹沒分析計算、河道水面線推算、運行管理安全評價、避險轉移線路最優(yōu)化等。對計算模型進行規(guī)范處理，包括模型輸入輸出數(shù)據(jù)格式、模型參數(shù)格式、模型計算模塊集成封裝等，實現(xiàn)模型計算服務發(fā)布。

3.2 決策支撐數(shù)據(jù)庫

決策支撐數(shù)據(jù)庫對預警計算成果進行數(shù)據(jù)庫存儲，如山洪預警指標、危險區(qū)等級劃分等成果，設計頻率下區(qū)域淹沒范圍、淹沒歷時、淹沒水深、災情統(tǒng)計，防汛形勢圖編制成果等。預警指標、危險區(qū)劃分等未實現(xiàn)流域范圍全覆蓋，進行補充計算分析，或將相應模型集成到支撐決策模型中。

3.3 監(jiān)測預警硬件系統(tǒng)

監(jiān)測預警硬件系統(tǒng)主要保障實現(xiàn)災情監(jiān)測、災害防范宣傳、預警告知、防汛過程交互等功能。

根據(jù)小流域硬件監(jiān)測現(xiàn)狀、區(qū)域防汛形勢、模型計算數(shù)據(jù)需求，適當補充相應的遙測站點，包括遙測雨量站、水位站、土壤墑情監(jiān)測點、視頻監(jiān)測點等。

預警硬件設施主要包括預警大屏建設、預警短信服務、離線預警廣播系統(tǒng)建設等，根據(jù)危險區(qū)等級劃分情況等，合理進行點位布設，按照危險程度高低，確定保障次序。

4 工程運管體系

水利工程是保障流域安全的關鍵環(huán)節(jié)，同時關鍵節(jié)點性水利工程自身的安全運行對于流域整體的安全運行起到決定性的作用，水利工程安全運行管理對于流域安全管理意義重大。

水利工程管理需對運行管理進行事項化的梳理，對管理事項進行流程化梳理，對管理流程節(jié)點進行責任明確；對運行管理的組織體系進行梳理，明確人員崗位事項對應關系及人員上崗條件；從水利工程安全運行角度考慮，管理事項包括劃界限權、調度運行、安全監(jiān)測、巡查檢查、維護養(yǎng)護、預警預報等。

通過平臺功能建設，實現(xiàn)人員崗位權限對應，監(jiān)督人員履職情況，落實問題追蹤機制，實現(xiàn)管理事項化、流程閉環(huán)化、操作規(guī)范化、責任明晰化，并通過工程運行管理評價模型對工程運管狀況進行綜合評價，對安全運行管理工作不到位的工程及時告警。

5 預警管理體系

預警管理體系依托現(xiàn)狀管理網格劃分，落實預警或防汛責任，通過信息化手段實現(xiàn)預警過程監(jiān)控、預警信息共享，同時加強預警宣傳、警示以及小流域應急管理基礎工作。

目前浙江省省、市、縣均設立專門防汛指揮機構，通過基層防汛體系管理建設中對網格進一步細化，實現(xiàn)以鄉(xiāng)鎮(zhèn)（街道）為單位，以行政村（社區(qū)）為單元，以自然村、居民區(qū)、企事業(yè)單位、水庫山塘、堤防海塘、山洪與地質災害易發(fā)區(qū)、危房、公路危險區(qū)、船只、避災安置場所等責任區(qū)為網格的劃分，并明確預警流程、落實了網格責任人，在重要網格設置A、B崗；水利工程標準化工作以水利工程作為網格，進一步細化管理責任，明確管理責任主體并實現(xiàn)定崗定員工作；河長制工作進行了河段網格劃分，從省、市、縣、鄉(xiāng)鎮(zhèn)、行政村、自然村等層級，建立一整套的網格體系。

信息化平臺通過對網格劃分以及網格責任人管理，實現(xiàn)對預警對象的全覆蓋，通過信息化手段調動各級網格責任人進行落實預警相關工作，可以保障預警及時到人到戶。

信息平臺中對預警宣傳工作進行臺賬式管理監(jiān)督，對預警管理配套標識牌進行管理，并實現(xiàn)防汛物資管理信息化，為應急管理工作開展提供日常監(jiān)督手段。

6 總結與展望

本文基于數(shù)字流域、決策支撐、工程運管、預警管理四大體系構建，從數(shù)據(jù)支撐、硬件保障、模型計算、工程管理、水行政管理等幾方面入手，實現(xiàn)小流域安全管理決策預警信息化體系建設。

隨著水問題日益突出，流域安全問題內涵不斷擴展，從傳統(tǒng)防洪安全，逐漸向水質、水資源保障等方面關拓展，建立流域水安全管理綜合平臺的需求凸顯；同時由于管理多線條現(xiàn)狀，帶來的管理網格化統(tǒng)一問題的研究有待進一步深化。

參考文獻：

[1]曹飛鳳，何秉順.浙江省山洪災害防治非工程措施建設現(xiàn)狀與對策研究[J].中國水利，2014（9）：5759.

[2]陳澤恩，林勇明.福建漳州市龍山區(qū)山洪災害防治預警方式和指標確定探討[J].中國防汛抗旱，2014，24（增）：7375.

[3]葉金印，李致家，常露.基于動態(tài)臨界雨量的山洪預警方法研究與應用[J].氣象，2014，40（1）：101107.

[4]劉志宇，楊大文，胡健偉.基于動態(tài)臨界雨量的中小河流山洪預警方法及其應用[J].北京師范大學學報自然科學版，2010，46（3）：317321.