錢塘江流域防洪減災(zāi)數(shù)字化平臺(tái)建設(shè)與應(yīng)用實(shí)踐

徐紅權(quán)，陳振飛，毛肖鈺

（1.浙江省錢塘江流域中心，310016，杭州；2.中國電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，311122，杭州）

錢塘江是浙江省第一大河, 流域面積55 491 km2（浙江省內(nèi)流域面積44 467 km2），干流長(zhǎng) 609 km，涉及浙江省衢州、金華、杭州、紹興等8 個(gè)設(shè)區(qū)市 43 個(gè)縣（市、區(qū)），人口約 2 500萬，區(qū)域GDP 約占全省58%，在浙江省經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展中地位突出。 錢塘江流域內(nèi)降雨時(shí)空分布不均，中上游受梅雨控制，河流坡陡流急，洪災(zāi)頻發(fā)；下游河口受風(fēng)暴潮影響， 屬世界三大強(qiáng)涌潮河口之一， 歷史上洪潮災(zāi)害十分嚴(yán)重； 流域防洪涉及上下游、 左右岸、干支流，防洪管理面廣、戰(zhàn)線長(zhǎng)、內(nèi)容多、任務(wù)重、協(xié)同要求高。

貫徹落實(shí)習(xí)近平總書記“節(jié)水優(yōu)先、空間均衡、系統(tǒng)治理、兩手發(fā)力”治水思路和關(guān)于防范化解重大風(fēng)險(xiǎn)的重要論述精神， 按照水利部和浙江省委省政府工作部署， 浙江省水利廳2019 年4 月系統(tǒng)梳理分析了新中國成立以來全省八大流域洪澇災(zāi)害情況，聚焦防范化解錢塘江流域洪、臺(tái)、潮重大風(fēng)險(xiǎn)， 利用數(shù)字化手段精準(zhǔn)提升流域防洪能力， 建設(shè)錢塘江流域防洪減災(zāi)數(shù)字化平臺(tái)（以下簡(jiǎn)稱“平臺(tái)”）。

一、現(xiàn)狀與問題分析

錢塘江流域防洪減災(zāi)工作涉及行業(yè)內(nèi)外不同來源的數(shù)據(jù)。 平臺(tái)建設(shè)前， 流域缺少統(tǒng)一的數(shù)字化平臺(tái)，區(qū)域間、行業(yè)間、部門間信息資源共享不足，極大影響了流域防洪管理高效統(tǒng)一； 流域防洪日常管理手段傳統(tǒng)、協(xié)同性不強(qiáng)、系統(tǒng)性不足，業(yè)務(wù)處理不少仍處于內(nèi)部單循環(huán)狀態(tài)，業(yè)務(wù)協(xié)同主要通過線下方式進(jìn)行，無法滿足快速響應(yīng)、綜合決策的要求；業(yè)務(wù)應(yīng)用多以展示查詢、統(tǒng)計(jì)分析、信息服務(wù)等功能為主，預(yù)測(cè)精度不高、預(yù)見期不長(zhǎng)、預(yù)見性不足，無法滿足流域精準(zhǔn)防洪的管理需求。

二、平臺(tái)建設(shè)方案

1.總體思路

按照“十六字”治水思路及水利部、浙江省委省政府決策部署，圍繞流域防洪核心業(yè)務(wù)，通過建立數(shù)據(jù)共享和業(yè)務(wù)協(xié)同兩大核心模型，以打破數(shù)據(jù)壁壘為目標(biāo)，以核心業(yè)務(wù)協(xié)同為主要方法，以模型融合連通為主要手段，運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新一代信息技術(shù)，開展關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，構(gòu)建水上水下、江內(nèi)江外、地上地下的數(shù)字化流域模型， 建設(shè)防洪減災(zāi)數(shù)字化平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)流域防洪的信息動(dòng)態(tài)化、數(shù)據(jù)集成化、預(yù)報(bào)精準(zhǔn)化、決策科學(xué)化、業(yè)務(wù)協(xié)同化， 精準(zhǔn)提升流域防洪能力，推動(dòng)錢塘江流域防御洪潮體系和能力現(xiàn)代化。

2.建設(shè)內(nèi)容

聚焦錢塘江流域防洪，搭建“一庫、一圖、一平臺(tái)”框架，建設(shè)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫、流域一張圖和業(yè)務(wù)應(yīng)用平臺(tái)，開發(fā)數(shù)字大屏、 移動(dòng)端應(yīng)用以及PC 端應(yīng)用三大終端，實(shí)現(xiàn)一站式防洪作業(yè)。

（1）水利數(shù)據(jù)庫建設(shè)

以水利數(shù)據(jù)倉為基礎(chǔ)，圍繞流域防洪減災(zāi)相關(guān)數(shù)據(jù)資源，整合流域內(nèi)水文氣象、空間地理、河流水系、水利工程、社會(huì)經(jīng)濟(jì)等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，統(tǒng)一接收水雨情、工情險(xiǎn)情等實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，匯聚流域預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)、調(diào)度管理、 水利工程搶險(xiǎn)支持等業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，建設(shè)流域業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫。

（2）流域一張圖建設(shè)

以“浙江水利一張圖”為基礎(chǔ)底圖，逐步完善錢塘江流域重要河段三維模型等，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)地理、水利專題、涉水建筑等多源數(shù)據(jù)融合和圖屬一體化管理， 建設(shè)完善具有水利特色、全流域統(tǒng)一的電子地圖，為流域水旱災(zāi)害防御提供統(tǒng)一地圖服務(wù)、空間拓?fù)浞治龅瓤臻g地理支撐。

（3）業(yè)務(wù)應(yīng)用平臺(tái)建設(shè)

包括數(shù)字規(guī)劃、治理進(jìn)展、規(guī)劃服務(wù)、水域監(jiān)控、水雨情監(jiān)測(cè)、洪潮預(yù)報(bào)、形勢(shì)研判、預(yù)警發(fā)布、聯(lián)合調(diào)度、搶險(xiǎn)支持等10 個(gè)核心業(yè)務(wù)應(yīng)用模塊，主要實(shí)現(xiàn)流域水雨情監(jiān)測(cè)、防洪決策支持、聯(lián)合調(diào)度管理等領(lǐng)域的數(shù)字化。

3.總體架構(gòu)

充分融合遙感、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算及人工智能等技術(shù)，依托“四橫三縱”（“四橫”分別是業(yè)務(wù)應(yīng)用層、應(yīng)用支撐層、數(shù)據(jù)資源層和基礎(chǔ)設(shè)施層；“三縱” 分別是政策制度體系、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系、組織保障體系）總體框架，以天空地一體化智能感知體系為基礎(chǔ)，利用基礎(chǔ)設(shè)施層、數(shù)據(jù)資源層和應(yīng)用支撐層提供的各類資源，聚焦錢塘江流域防洪，著重構(gòu)建“一庫、一圖、一平臺(tái)”，即一個(gè)全流域的水利數(shù)據(jù)庫， 一張全要素的流域電子地圖，一個(gè)涵蓋流域規(guī)劃、防洪、水域監(jiān)控等全過程閉合的業(yè)務(wù)平臺(tái)。

4.業(yè)務(wù)協(xié)同模型

構(gòu)建業(yè)務(wù)協(xié)同模型，解決防洪減災(zāi)流域統(tǒng)籌問題。 深化浙江省“最多跑一次”改革要求，遵循流域治水規(guī)律，強(qiáng)化“全流域統(tǒng)一建設(shè)、統(tǒng)一部署、統(tǒng)一應(yīng)用”頂層設(shè)計(jì)，統(tǒng)籌流域防洪核心業(yè)務(wù)， 按照流域規(guī)劃、建設(shè)、預(yù)報(bào)、研判、預(yù)警、調(diào)度、搶險(xiǎn)支持等洪水防御全過程管理開展平臺(tái)建設(shè)。

圍繞流域防洪減災(zāi)，深化核心業(yè)務(wù)梳理，量化業(yè)務(wù)指標(biāo)清單，細(xì)化共享數(shù)據(jù)清單， 優(yōu)化事項(xiàng)業(yè)務(wù)流程，梳理形成數(shù)字規(guī)劃、治理進(jìn)展、規(guī)劃服務(wù)、水雨情監(jiān)測(cè)、洪潮預(yù)報(bào)、形勢(shì)研判、預(yù)警發(fā)布、聯(lián)合調(diào)度、搶險(xiǎn)支持、水域監(jiān)控等十大核心業(yè)務(wù)應(yīng)用模塊，21 個(gè)單元，33 項(xiàng)事項(xiàng)，71 個(gè)指標(biāo)。 上接水利部智慧水利、省政府大數(shù)據(jù)中心，下達(dá)流域內(nèi)各級(jí)政府部門及重點(diǎn)水管單位， 橫向打通省級(jí)各部門，深度融入“浙政釘”“浙里辦”，建設(shè)水利數(shù)據(jù)中臺(tái)、業(yè)務(wù)中臺(tái)，形成標(biāo)準(zhǔn)協(xié)同、用戶協(xié)同、數(shù)據(jù)協(xié)同、業(yè)務(wù)協(xié)同、監(jiān)管協(xié)同等5 類協(xié)同關(guān)系（圖1），構(gòu)建流域防洪核心業(yè)務(wù)流程，實(shí)現(xiàn)核心業(yè)務(wù)廳局間橫向協(xié)同、 省市縣縱向聯(lián)動(dòng)，服務(wù)流域防洪減災(zāi)業(yè)務(wù)相關(guān)的各廳局和部門、流域內(nèi)省市縣三級(jí)水利部門、流域內(nèi)各水工程管理單位和沿江社會(huì)民眾。

圖1 業(yè)務(wù)協(xié)同模型

5.數(shù)據(jù)共享模型

構(gòu)建數(shù)據(jù)共享模型，解決數(shù)據(jù)共享業(yè)務(wù)協(xié)同問題。 根據(jù)需求分析提出的數(shù)據(jù)清單，進(jìn)行數(shù)據(jù)倉部署、存儲(chǔ)、調(diào)用等研究，實(shí)現(xiàn)防洪減災(zāi)核心業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的協(xié)同共享。 按照浙江省政府?dāng)?shù)據(jù)開放共享的管理規(guī)定，利用浙江省數(shù)字化轉(zhuǎn)型工作協(xié)調(diào)機(jī)制，有效整合廳局之間的信息資源， 打通信息堵點(diǎn)，基于全省統(tǒng)一水利數(shù)據(jù)倉，建立數(shù)據(jù)共享模型。

水利數(shù)據(jù)共享模型按行業(yè)不同劃分為行業(yè)內(nèi)共享和行業(yè)外共享。 對(duì)行業(yè)外的共享需求，通過省政府公共數(shù)據(jù)共享交換平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)水利廳與其他部門的數(shù)據(jù)共享；對(duì)行業(yè)內(nèi)的共享需求， 基于水利數(shù)據(jù)共享交換平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)省水利數(shù)據(jù)倉與水利部、市縣水利數(shù)據(jù)倉的共享。 市縣水利數(shù)據(jù)倉數(shù)據(jù)按要求匯集共享至省水利數(shù)據(jù)倉，省水利數(shù)據(jù)倉匯聚全省水利數(shù)據(jù)資源和水利部共享數(shù)據(jù)并按需回流數(shù)據(jù)到市縣。

三、主要成果與創(chuàng)新

1.主要成果

2020 年4 月平臺(tái)上線試運(yùn)行，經(jīng)過一個(gè)汛期的實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用，較好達(dá)成了預(yù)期目標(biāo)， 實(shí)現(xiàn)了流域一站式防洪，賦能了防洪全過程決策，精準(zhǔn)提升了防洪能力， 重構(gòu)了水旱災(zāi)害防御格局， 提升了流域防洪減災(zāi)的管理、分析與調(diào)度決策能力。

（1）實(shí)現(xiàn)流域一站式防洪

聚焦防范化解流域洪、臺(tái)、潮重大風(fēng)險(xiǎn)，集成優(yōu)化水雨情監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)、洪水風(fēng)險(xiǎn)圖、山洪災(zāi)害監(jiān)測(cè)、防汛物資管理等多個(gè)業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)， 匯聚行業(yè)外地理信息、 氣象等和行業(yè)內(nèi)流域水文、河流水系、水利工程、搶險(xiǎn)物資等數(shù)據(jù)， 建成流域防洪數(shù)字化應(yīng)用平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)、預(yù)報(bào)、研判、預(yù)警、調(diào)度、搶險(xiǎn)等流域防洪業(yè)務(wù)全覆蓋、 流程全閉環(huán)和橫向打通省級(jí)各部門、 縱向貫通省市縣的一站式防洪作業(yè)。

（2）賦能防洪全過程決策

圍繞監(jiān)測(cè)預(yù)警、形勢(shì)研判、預(yù)報(bào)調(diào)度三大應(yīng)用場(chǎng)景和精準(zhǔn)防洪目標(biāo)要求， 實(shí)現(xiàn)感知數(shù)據(jù)和工情信息一張圖呈現(xiàn)，預(yù)報(bào)、演進(jìn)、調(diào)度一體化，以及一鍵查詢水雨情、 一鍵研判防汛形勢(shì)、一鍵發(fā)出洪水預(yù)警、一鍵擬定最優(yōu)搶險(xiǎn)方案、 一鍵聯(lián)合調(diào)度計(jì)算等快速響應(yīng)功能， 數(shù)字化賦能全過程科學(xué)決策為現(xiàn)場(chǎng)專家提供技術(shù)支撐， 增強(qiáng)了對(duì)突發(fā)災(zāi)害和潛在危險(xiǎn)的快速反應(yīng)能力， 提升了綜合管理水平。

（3）精準(zhǔn)提升防洪能力

通過擴(kuò)大監(jiān)測(cè)范圍、 延長(zhǎng)預(yù)見期、應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)、計(jì)算干流洪水演進(jìn)、預(yù)報(bào)調(diào)度一體化等多項(xiàng)技術(shù)攻關(guān)， 實(shí)現(xiàn)了歷史水文大數(shù)據(jù)挖掘和高精度洪水預(yù)報(bào)、 錢塘江河口地區(qū)洪臺(tái)潮情差異化預(yù)報(bào)、 干流行洪能力分析、 流域復(fù)雜水庫群聯(lián)合調(diào)度等；運(yùn)用流域空間地理信息模型、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)水雨情監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)最快5 分鐘更新， 擴(kuò)大流域洪水預(yù)報(bào)范圍， 延長(zhǎng)洪水預(yù)報(bào)預(yù)見期至3～7 天， 縮短洪水預(yù)警預(yù)報(bào)制作時(shí)間到2 小時(shí)以內(nèi)， 提前24 小時(shí)發(fā)布山洪災(zāi)害預(yù)警， 提高河口風(fēng)暴潮預(yù)報(bào)及涌潮預(yù)報(bào)精度， 精準(zhǔn)防洪能力得到提升。

（4）重構(gòu)水旱災(zāi)害防御格局

以錢塘江流域防洪減災(zāi)數(shù)字化平臺(tái)深化和應(yīng)用為牽引，圍繞“水情旱情監(jiān)測(cè)預(yù)警、 水工程調(diào)度和防汛搶險(xiǎn)技術(shù)支撐”三大職能，構(gòu)建完善水旱災(zāi)害防御組織領(lǐng)導(dǎo)、監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)、方案預(yù)案、應(yīng)急響應(yīng)、協(xié)同聯(lián)動(dòng)五個(gè)體系， 重構(gòu)并形成組織有序、 制度有效、 支撐有力的水旱災(zāi)害防御新格局。

2.關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新

平臺(tái)建設(shè)過程中項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)同步開展關(guān)鍵技術(shù)研究，解決防洪減災(zāi)關(guān)鍵技術(shù)問題。 重點(diǎn)研究防范化解流域洪、臺(tái)、潮重大風(fēng)險(xiǎn)的專業(yè)技術(shù)模型，充分運(yùn)用數(shù)值模型計(jì)算、大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，提高預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)運(yùn)算速度和精度，延長(zhǎng)預(yù)見期，優(yōu)化聯(lián)合調(diào)度，支撐防洪決策和險(xiǎn)情處置，減少洪災(zāi)損失。

（1）系統(tǒng)集成創(chuàng)新

聚焦防范化解錢塘江流域洪、臺(tái)、潮、山洪等重大風(fēng)險(xiǎn)，整體規(guī)劃、系統(tǒng)設(shè)計(jì)，開展洪潮預(yù)報(bào)、洪水演進(jìn)、山洪氣象預(yù)警、聯(lián)合調(diào)度等核心技術(shù)攻關(guān)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)、預(yù)報(bào)、研判、預(yù)警、調(diào)度、 搶險(xiǎn)等業(yè)務(wù)全覆蓋和流程全閉環(huán)；平臺(tái)集洪潮信息實(shí)時(shí)感知、預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)及時(shí)精準(zhǔn)、 洪潮演進(jìn)三維呈現(xiàn)、防汛形勢(shì)在線研判、水庫調(diào)度聯(lián)合優(yōu)化、 預(yù)警指令一鍵送達(dá)等特點(diǎn)于一體， 將防洪減災(zāi)所有業(yè)務(wù)進(jìn)行協(xié)同融合，實(shí)現(xiàn)防洪減災(zāi)一站式操作，重要信息一張圖呈現(xiàn)， 預(yù)警風(fēng)險(xiǎn)一鍵送達(dá)。

（2）技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)新

充分運(yùn)用云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、虛擬仿真等信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)流域精準(zhǔn)防洪。 利用大數(shù)據(jù)分析，引入歐洲、日本等降雨預(yù)報(bào)產(chǎn)品，提高預(yù)報(bào)精確度，延長(zhǎng)預(yù)見期；融合多學(xué)科，形成完整的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、防御決策等開發(fā)體系，系統(tǒng)優(yōu)化全域調(diào)度效果；優(yōu)化整合傳統(tǒng)的單機(jī)水利計(jì)算模型，實(shí)現(xiàn)云上并行計(jì)算；構(gòu)建水上水下、 江內(nèi)江外的流域數(shù)字化模型，首次在錢塘江流域?qū)崿F(xiàn)三維綜合呈現(xiàn)；通過智能化演算，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互預(yù)報(bào)、分析會(huì)商、優(yōu)選發(fā)布等功能，提高科學(xué)決策能力。

四、應(yīng)用成效

平臺(tái)深度融合“浙政釘”，服務(wù)于15 萬政務(wù)用戶，貫通流域內(nèi)8 市及43縣（市、區(qū)），成為省市縣三級(jí)業(yè)務(wù)聯(lián)動(dòng)、信息共享的主要渠道。 2020 年平臺(tái)公共主頁訪問量大于9 000 人次/月，汛期累計(jì)登錄超8 萬人次，服務(wù)1.5 萬一線工作人員；通過“浙政釘”、微信公眾號(hào)、 網(wǎng)站等為12 萬人次公眾提供錢塘江強(qiáng)涌潮全河段的涌潮滾動(dòng)預(yù)報(bào)信息查詢服務(wù)。 平臺(tái)在2020 年浙江“長(zhǎng)梅”防御期間尤其是新安江洪水防御過程中發(fā)揮重要作用，各項(xiàng)功能模塊全面應(yīng)用、全面賦能，實(shí)現(xiàn)了防災(zāi)減災(zāi)效益最大化、暴雨洪水影響最小化。 新安江水庫削峰率達(dá)到67%， 精準(zhǔn)調(diào)度得到水利部的全國通報(bào)表揚(yáng)和省委省政府主要領(lǐng)導(dǎo)的肯定。 通過平臺(tái)實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用，重構(gòu)了流域水災(zāi)害防御體系， 形成了全過程、全鏈條、同參與的預(yù)報(bào)調(diào)度一體化作業(yè)，大幅度提高了預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)工作效率，為江河水庫錯(cuò)峰精準(zhǔn)精細(xì)調(diào)度、沿江各級(jí)政府和部門精準(zhǔn)防御部署、人員精準(zhǔn)轉(zhuǎn)移提供有力技術(shù)支撐。