安徽省山洪危險區(qū)動態(tài)化管理技術(shù)研究

賈飛

（安徽省大禹水利工程科技有限公司，安徽 合肥 230094）

0 引言

安徽省地處華東腹地，境內(nèi)有長江、淮河、新安江三大流域，長江、淮河橫穿省境，支流、湖泊眾多，水系復(fù)雜，加之又屬于南北氣候過渡帶，氣候條件復(fù)雜，在此條件下導(dǎo)致安徽水旱災(zāi)害易發(fā)頻發(fā)，防汛抗旱管理任務(wù)繁重，在防汛抗旱中特別是山洪災(zāi)害對人民生命財產(chǎn)安全帶來較大威脅。

為有效管理防汛抗旱相關(guān)工作，近年來，特別是“十三五”期間，安徽省水利廳逐步加大水利信息化建設(shè)投資，防汛抗旱信息化建設(shè)有了長足的發(fā)展。在前端采集方面，基本形成水利信息采集綜合體系，水利信息采集站點數(shù)量快速增加，采集內(nèi)容大幅擴展，采集效率大力提升；在通信網(wǎng)絡(luò)方面，基本建成了全省防汛抗旱通信骨干網(wǎng)和“省—市（廳直單位）—縣—鄉(xiāng)鎮(zhèn)”的視頻會商系統(tǒng)；在應(yīng)用支撐方面，圍繞全廳核心業(yè)務(wù)，創(chuàng)新開展了數(shù)據(jù)共享平臺建設(shè)，初步實現(xiàn)了水利核心數(shù)據(jù)資源統(tǒng)一管理、底數(shù)清晰；在業(yè)務(wù)應(yīng)用方面，建成了覆蓋山洪災(zāi)害、基層防汛、洪水預(yù)報、工程管理等核心業(yè)務(wù)領(lǐng)域的防汛抗旱專題應(yīng)用系統(tǒng)。

為進一步提升精準(zhǔn)分區(qū)分級防御山洪災(zāi)害能力和水平，開展山洪災(zāi)害危險區(qū)動態(tài)化管理，降低山洪災(zāi)害帶來的風(fēng)險隱患已經(jīng)愈加重要。危險區(qū)是指在山洪預(yù)警發(fā)生時需要重點關(guān)注的區(qū)域，這些區(qū)域比較容易發(fā)生山洪或者一旦發(fā)生山洪后會造成較大的損失主要包括調(diào)查評價劃定的危險區(qū)域、災(zāi)害普查、水利工程存在安全隱患所在區(qū)域、開口工程所在區(qū)域、險工險段所在區(qū)域等等。對于不同的危險區(qū)域需要建立不同的風(fēng)險等級制定不同的預(yù)警處置預(yù)案。

1 危險區(qū)動態(tài)管理需求

危險區(qū)動態(tài)管理需要收集危險區(qū)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)，并將各類數(shù)據(jù)整合。

1.1 危險區(qū)數(shù)據(jù)種類

危險區(qū)設(shè)計的數(shù)據(jù)種類包括以下3 類。

（1）基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)：主要包括各種行政區(qū)劃、水系、區(qū)域界線、影像數(shù)據(jù)、dem 等數(shù)據(jù)。

（2）危險區(qū)清單數(shù)據(jù)：包括危險區(qū)防御對象清單和危險區(qū)監(jiān)測預(yù)警體系清單。危險區(qū)清單一般以行政村為單位、危險區(qū)為單元。危險區(qū)單元應(yīng)與社會管理單元相對應(yīng)，可為自然村、社區(qū)、學(xué)校、醫(yī)院、養(yǎng)老院、農(nóng)家樂、景區(qū)、礦場、林場、施工工地等。

危險區(qū)防御對象清單應(yīng)包含但不限于：縣（市、區(qū)）、鄉(xiāng)鎮(zhèn)（街道）、村組（社區(qū)）名稱；危險區(qū)名稱、風(fēng)險等級、現(xiàn)狀防洪能力；危險區(qū)居民戶數(shù)、人口數(shù)、老弱婦幼及行動不便人口數(shù)；各戶戶主、責(zé)任人信息及聯(lián)系電話。

危險區(qū)監(jiān)測預(yù)警體系清單應(yīng)包含但不限于：危險區(qū)名稱、水雨情監(jiān)測設(shè)施配置、預(yù)警閾值設(shè)定、臨時避災(zāi)場所容納能力等。

（3）非結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。與危險區(qū)相關(guān)的預(yù)案、表格、視頻、圖片、文檔等非結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。

1.2 危險區(qū)動態(tài)管理機制

實行危險區(qū)清單常態(tài)更新、應(yīng)急更新和聯(lián)動更新?？h級水行政主管部門每年汛前應(yīng)根據(jù)環(huán)境變化、村鎮(zhèn)搬遷、責(zé)任人調(diào)整等情況組織更新危險區(qū)清單，并按程序?qū)徍藗浒浮Ｓ鲇猩胶闉?zāi)害事件，應(yīng)及時組織災(zāi)害調(diào)查評估，根據(jù)調(diào)查評估情況更新危險區(qū)清單，并及時審核備案。各級山洪災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警平臺和防御預(yù)案相關(guān)內(nèi)容應(yīng)同步更新。

1.3 危險區(qū)動態(tài)管理內(nèi)容

山洪危險區(qū)數(shù)據(jù)動態(tài)管理分為與位置分布有關(guān)的空間數(shù)據(jù)，以及危險區(qū)業(yè)務(wù)相關(guān)聯(lián)的屬性數(shù)據(jù)，同時為了滿足預(yù)警、調(diào)度等業(yè)務(wù)功能需要與雨水情數(shù)據(jù)庫、山洪業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫等進行關(guān)聯(lián)，數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 危險區(qū)動態(tài)管理數(shù)據(jù)庫關(guān)系

2 建設(shè)內(nèi)容

2.1 危險區(qū)管理

實現(xiàn)危險區(qū)地圖空間信息查詢和屬性信息查詢兩部分，各種對危險區(qū)相關(guān)信息的專業(yè)查找和地圖定位。

（1）在水利一張圖上展示所有的危險區(qū)的空間分布，可以按照風(fēng)險區(qū)的類型、風(fēng)險等級、風(fēng)險類型等顯示風(fēng)險區(qū)專題圖。

危險區(qū)類型狀體：按照風(fēng)險區(qū)自然村、學(xué)校、醫(yī)院、養(yǎng)老院、農(nóng)家樂、景區(qū)、礦場、林場、施工工地等制作專題圖。

風(fēng)險類型專題圖：按照危險區(qū)風(fēng)險類型制作臨河隱患、阻水隱患、工程隱患、地災(zāi)隱患、沖溝隱患、歷史山洪等專題圖。

風(fēng)險等級專題圖：按照危險區(qū)所處的風(fēng)險等級制作高風(fēng)險區(qū)，低風(fēng)險區(qū)專題圖。針對不同的危險區(qū)確定危險等級從低到高。在地圖上對危險區(qū)所在區(qū)域用不同顏色進行加重顯示提醒。

專題圖輸出：各類專題圖可以直接的打印和輸出。

（2）根據(jù)危險區(qū)名稱信息中的拼音碼進行站點模糊檢索，并將查詢的結(jié)果以列表的形式進行展示，雙擊列表記錄提供飛行定位功能，目標(biāo)區(qū)域高亮顯示，并將該站點的詳細信息彈出框打開，使得危險區(qū)名稱信息更加方便直觀地展現(xiàn)。

（3）根據(jù)危險區(qū)點定位可以關(guān)聯(lián)檢索相關(guān)站點的簡要信息，具體包括危險區(qū)名稱，風(fēng)險等級，雨量，水位等信息[1]。

2.2 山洪預(yù)警

（1）山洪預(yù)警發(fā)起指標(biāo)。雨量預(yù)警指標(biāo)：根據(jù)危險區(qū)數(shù)字化和動態(tài)管理時填報的1h、3h 和6h 的準(zhǔn)備轉(zhuǎn)移和立即轉(zhuǎn)移雨量預(yù)警閾值以及關(guān)聯(lián)的雨量站點的實時雨量。當(dāng)危險區(qū)實時雨量超過閾值時產(chǎn)生預(yù)警。

水位預(yù)警指標(biāo)：根據(jù)危險區(qū)數(shù)字化和動態(tài)管理時填報的準(zhǔn)備轉(zhuǎn)移和立即轉(zhuǎn)移水位預(yù)警閾值以及關(guān)聯(lián)的水位站點的實時水位。當(dāng)危險區(qū)實時水位超過閾值時產(chǎn)生預(yù)警。

（2）山洪預(yù)警響應(yīng)。風(fēng)險區(qū)關(guān)聯(lián)的雨量或者水位站點超閾值風(fēng)險區(qū)通過系統(tǒng)進行實時提醒，同時后臺會發(fā)送預(yù)警短信或者電話外呼的方式通知危險區(qū)內(nèi)的相關(guān)人員。危險區(qū)預(yù)警流程如圖2 所示。

圖2 危險區(qū)預(yù)警流程

2.3 危險區(qū)動態(tài)維護

實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)以及業(yè)務(wù)屬性數(shù)據(jù)更新的功能，空間數(shù)據(jù)更新包括新增、修改、刪除危險區(qū)空間位置，矢量圖層的維護等。業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)更新包括危險區(qū)屬性數(shù)據(jù)維護，完成危險區(qū)基礎(chǔ)信息、危險區(qū)防御對象、危險區(qū)監(jiān)測預(yù)警體系的登記和更新工作。

（1）危險區(qū)基于APP 標(biāo)繪：通過APP 的北斗、GPS等定位技術(shù)上報空間數(shù)據(jù)自動完成點狀、線狀、面值危險區(qū)采集，具體功能如下。

對于點狀危險區(qū)空間信息采集，縣區(qū)水利局工作人員通過APP 上報的危險區(qū)經(jīng)緯度位置，同時填報危險區(qū)類別、危險區(qū)名稱等信息，按照位置自動完成在水利一張圖上的標(biāo)繪，并自動危險區(qū)相關(guān)信息。

對于線狀危險區(qū)空間信息采集，基本功能同點狀空間信息地圖標(biāo)繪基本一致，但在工程位置標(biāo)繪方面，軟件需自動標(biāo)繪APP 上報的危險區(qū)起始點位、過程點位及結(jié)束點位，并利用預(yù)制的線依次連接各標(biāo)繪點，最終完成線狀空間信息的標(biāo)繪。

對于面狀狀危險區(qū)空間信息采集，基本功能同線狀空間信息地圖標(biāo)繪基本一致。

（2）危險區(qū)基于電子地圖標(biāo)繪：系統(tǒng)用戶在系統(tǒng)上人工編輯危險區(qū)的空間位置，包括點狀、線狀及面狀空間數(shù)據(jù)的編輯，含添加、刪除、編輯等功能。

添加：需在水利專業(yè)地圖上增加危險區(qū)時，系統(tǒng)根據(jù)選擇的危險區(qū)類別，自動匹配對應(yīng)的添加素材，比如點狀工程標(biāo)識圖、線狀和面狀繪制工具，系統(tǒng)用戶可自主選擇添加素材，進而完成危險區(qū)在一張圖的添加繪制[2]。

刪除：需在水利專業(yè)地圖上刪除危險區(qū)時，可直接選擇該危險區(qū)進行刪除。

編輯：水利專業(yè)地圖上危險區(qū)空間位置錯誤時，可通過編輯工具進行調(diào)整，對于點狀空間位置調(diào)整，可通過手工拖動的方式和經(jīng)緯度輸入自動定位的方式進行修改；對于線狀和面狀空間位置調(diào)整，系統(tǒng)自動顯示多個節(jié)點，通過拖動節(jié)點調(diào)整其空間位置，亦可刪除原有空間數(shù)據(jù)，進行重新添加繪制，如圖3 所示。

圖3 危險區(qū)基于電子地圖標(biāo)繪

3 關(guān)鍵技術(shù)

目前在山洪預(yù)警產(chǎn)生的位置即是監(jiān)測站點的位置，缺少對預(yù)警影響范圍的分析，造成預(yù)警處置缺乏針對性，需要對預(yù)警區(qū)域進行優(yōu)化，提高預(yù)警響應(yīng)的準(zhǔn)確性和針對性。

通過建立高精度數(shù)字高程信息與小流域水系的山洪預(yù)警影響范圍評估模型，將超閾值降水與可能影響到的網(wǎng)格、人口、房屋、橋梁等信息建立上下游空間關(guān)聯(lián)關(guān)系，從而建立小流域預(yù)警影響范圍模型，影響范圍確定流程如圖4 所示。

圖4 預(yù)警影響范圍確定流程

（1）將水文的預(yù)警點和dem 高程、小流域等空間數(shù)據(jù)進行疊加分析，確認點狀預(yù)警點和小流域的上下游關(guān)系，確定所有位于預(yù)警點下游的小流域數(shù)據(jù)。

（2）下游小流域的范圍確定后根據(jù)山洪調(diào)查評價中1h，2h，3h，6h，12h，24h 雨量閾值成果作為雨量預(yù)警影響范圍的臨界值，確定預(yù)警影響到的小流域。

（3）預(yù)警影響的小流域與風(fēng)險區(qū)數(shù)據(jù)、危險源數(shù)據(jù)等進行空間運算分析評估山洪災(zāi)害發(fā)生造成的影響確認預(yù)警的風(fēng)險等級[3]。

（4）根據(jù)風(fēng)險等級啟動相對于預(yù)警響應(yīng)如：準(zhǔn)備轉(zhuǎn)移、立即轉(zhuǎn)移等。

（5）實時計算超閾值降雨可能影響的范圍和高風(fēng)險區(qū)域并在電子地圖上疊加展示山洪災(zāi)害發(fā)生、發(fā)展及其造成的影響。如圖5 所示。

圖5 預(yù)警范圍和高風(fēng)險區(qū)域疊加

（6）根據(jù)風(fēng)險等級和預(yù)警響應(yīng)確定預(yù)警發(fā)布信息內(nèi)容。

（7）根據(jù)預(yù)警區(qū)域范圍內(nèi)預(yù)警設(shè)備分布情況確認預(yù)警手段有針對性的發(fā)布預(yù)警信息。

4 結(jié)語

通過危險區(qū)的動態(tài)化管理，可以實現(xiàn)山洪預(yù)警和風(fēng)險區(qū)域有效的關(guān)聯(lián)管理，達到山洪預(yù)警的針對性和精確性，解決目前預(yù)警的盲目性問題，提供風(fēng)險區(qū)區(qū)域管控能力，能夠為安徽省山洪災(zāi)害防御工作提供精準(zhǔn)決策能力。