水文信息化在鞏乃斯河流域超歷史大洪水中的應(yīng)用

劉桃茹

（伊犁水文勘測局，新疆 伊寧 835000）

1 流域概況

鞏乃斯河流域位于新疆維吾爾自治區(qū)西南部，為新疆伊犁河上游第三大支流。流域南北東三面環(huán)山，地勢整體呈東窄西寬、東高西低的格局，流域內(nèi)山脈也主要為東西走向，鞏乃斯河流域與其支流恰甫河和周圍山脈形成三山夾兩川的特殊地形。

包括降雨和氣溫在內(nèi)的氣候條件和包括地形地質(zhì)、土壤植被、冰川等在內(nèi)的下墊面條件是影響流域洪水的主要方面。鞏乃斯河流域洪水主要有融水洪水、暴雨洪水和混合型洪水三種，分別占當(dāng)年水量的3.90%、6.40%和4.70%。

2 水文信息化建設(shè)及應(yīng)用

2.1 水文信息化建設(shè)歷程

具體而言，流域水文信息化建設(shè)主要分成三個(gè)階段：第一階段是2011～2013年，自治區(qū)政府提出全區(qū)流域水文測報(bào)信息化建設(shè)的設(shè)想，鞏乃斯河流域開始著手籌劃流域水文信息自動(dòng)化測報(bào)系統(tǒng)的建設(shè)；第二階段是2014～2018 年，鞏乃斯河流域水文信息自動(dòng)化測報(bào)系統(tǒng)基本建成的基礎(chǔ)上，著手構(gòu)建流域洪水、降雨、流速、流量等水文信息化系統(tǒng)。在這一階段，流域管理局在全面分析鞏乃斯河及鄰近流域水文業(yè)務(wù)需求的基礎(chǔ)上，全面梳理應(yīng)用數(shù)據(jù)資源，推進(jìn)水文業(yè)務(wù)重造和業(yè)務(wù)創(chuàng)新，將云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、智能感知及物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)應(yīng)用于流域水文信息化建設(shè)，力圖實(shí)現(xiàn)流域水文及信息資源整合共享，助推常規(guī)水文業(yè)務(wù)與信息技術(shù)的深度融合。水文信息化系統(tǒng)由智慧業(yè)務(wù)應(yīng)用、大數(shù)據(jù)中心、基礎(chǔ)設(shè)施及應(yīng)用支撐等模塊構(gòu)成。第三階段是2019年至今，流域水文信息化系統(tǒng)基本建成并運(yùn)營，即以已建成的水文信息化系統(tǒng)為依托，以流域水文一張網(wǎng)、數(shù)據(jù)資源一個(gè)庫、開放共享一平臺(tái)、綜合服務(wù)一站式為建設(shè)目標(biāo)，構(gòu)建起全新的流域水文信息化格局，打造流域水文運(yùn)行管理新模式。

2.2 水文信息化系統(tǒng)應(yīng)用成效

2.2.1 智能感知監(jiān)測

鞏乃斯河流域水文信息化系統(tǒng)主要服務(wù)于流域防汛，為此，該系統(tǒng)必須準(zhǔn)確及時(shí)高效獲取流域水位、降雨、流速、流量等信息并有效分析。該流域水文信息系統(tǒng)構(gòu)建時(shí)按照傳感器空間位置搭建起空天地全要素智能感知體系，借助計(jì)算機(jī)技術(shù)收集、存儲(chǔ)、傳輸、分析觀測數(shù)據(jù)并綜合處理，得出流域超歷史洪水預(yù)測、分析、決策、管理所需水文信息。

為實(shí)現(xiàn)流域水文全要素自動(dòng)檢測及智能感知，當(dāng)前流域共設(shè)置各類水文監(jiān)測站423處，基本實(shí)現(xiàn)對水位、降雨、土壤墑情的全自動(dòng)監(jiān)測，水面蒸發(fā)自動(dòng)監(jiān)測占比達(dá)到60%以上，流速流量自動(dòng)監(jiān)測占比達(dá)到32%。該水文信息化系統(tǒng)建成后自治區(qū)統(tǒng)一的水文水資源監(jiān)測數(shù)據(jù)通信標(biāo)準(zhǔn)也相應(yīng)建立，流域內(nèi)主要報(bào)汛站水文信息可實(shí)時(shí)公網(wǎng)傳輸、衛(wèi)星傳輸雙備份；同時(shí)，智慧水文綜合數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建也使得流域水文遙測數(shù)據(jù)在省級(jí)中心統(tǒng)一匯編。在2021年鞏乃斯河流域超歷史洪水出現(xiàn)的7～8月間，水文系統(tǒng)自動(dòng)采集各類水文監(jiān)測信息逾千萬條，監(jiān)測數(shù)據(jù)20 min 入網(wǎng)率在98.90%以上，對于流域防汛決策起到了關(guān)鍵性的支撐作用。在流域河段支流潰口淤堤應(yīng)急監(jiān)測期間，衛(wèi)星通訊、ADCP、自動(dòng)水位監(jiān)測站、雷達(dá)波測速儀、無人機(jī)浮標(biāo)測流等智能感知監(jiān)測系統(tǒng)在淤堤潰堤水位、流速、流量等監(jiān)測中發(fā)揮了重要作用，也為淤堤封堵和順利排澇提供了基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)。

2.2.2 水文業(yè)務(wù)支撐

基于云計(jì)算的流域水文信息資源組織及共享應(yīng)用支撐平臺(tái)具備實(shí)時(shí)監(jiān)控、時(shí)空及信息場景等數(shù)據(jù)整合功能，還具備資源目錄、信息標(biāo)識(shí)、多級(jí)元數(shù)據(jù)、知識(shí)圖譜等功能，可進(jìn)行流域水文資源虛擬化組織，構(gòu)建起流域水文大數(shù)據(jù)運(yùn)行環(huán)境。

鞏乃斯河流域管理局依托服務(wù)體系架構(gòu)以及系統(tǒng)資源共享，應(yīng)用支撐及業(yè)務(wù)服務(wù)應(yīng)用支撐平臺(tái)，統(tǒng)一開發(fā)出流域水文系統(tǒng)規(guī)范化業(yè)務(wù)運(yùn)行組件，建設(shè)流域統(tǒng)一接收、運(yùn)行維護(hù)、水文測驗(yàn)、質(zhì)量管理等業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)；同時(shí)構(gòu)建起流域水文站網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化管理應(yīng)用系統(tǒng)以及水文資料整編、水情會(huì)商等業(yè)務(wù)支持系統(tǒng)，達(dá)成了數(shù)據(jù)統(tǒng)一整編、共享的水文資源整合發(fā)展新局面。

2.2.3 大數(shù)據(jù)分析

所謂大數(shù)據(jù)分析就是將前述所收集和獲取的流域水文數(shù)據(jù)進(jìn)行深加工，通過水文數(shù)據(jù)整理及整合生成含有多元信息的資料成果，對流域報(bào)汛防汛提供精準(zhǔn)信息。2021 年汛期鞏乃斯河流域依托基礎(chǔ)水文數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)水雨情測報(bào)結(jié)果、氣象及水文信息、山洪災(zāi)害調(diào)查結(jié)果、GIS空間地理信息，形成數(shù)據(jù)類型豐富的流域水文大數(shù)據(jù)系統(tǒng)，為流域洪水預(yù)警預(yù)測水平的提升提供了數(shù)據(jù)技術(shù)支撐，測報(bào)效率和精度顯著提升，預(yù)警指標(biāo)針對性更強(qiáng)，預(yù)見期也更長。2021 年全年流域水文信息化系統(tǒng)共發(fā)布洪水預(yù)警198期，山洪災(zāi)害預(yù)警310期，流域控制性水文站2021年洪水測報(bào)成果匯總見表1。

表1 鞏乃斯河流域控制性水文站2021年洪水測報(bào)成果表

流域水文信息系統(tǒng)正式運(yùn)行后在2021年汛期共發(fā)布流域水庫172 站次，在水庫攔泄洪、錯(cuò)峰及削峰方面起到了重要作用；汛期通過水庫群聯(lián)合調(diào)度攔蓄洪量達(dá)到19.20×108m3，并提供了流域超歷史水位、控制性水利工程聯(lián)合攔蓄等分析依據(jù)，也為流域管理局防汛抗旱指揮部防汛調(diào)度工作提供了數(shù)據(jù)支撐。北岸大渠引水樞紐2021年洪水調(diào)度情況詳見圖1，由圖可知，7 月8 日測報(bào)的北岸大渠引水樞紐入庫流量超1×104m3/s，流域一級(jí)支流恰甫水文站水文站于7 月9 日出現(xiàn)4 800 m3/s 洪峰流量，流域洪水疊加，則克臺(tái)（二）水文站洪峰水位將超歷史水位；8月9日起流域管理局根據(jù)預(yù)報(bào)調(diào)度系統(tǒng)所反映的氣象、水雨情、控制性水利工程工情信息和歷史水文數(shù)據(jù)，提出將北岸大渠引水樞紐泄量從3 500 m3/s降低至1 980 m3/s，達(dá)到了成功錯(cuò)峰的目的，使對應(yīng)河段洪峰水位成功降低0.35 m，低于歷史記錄，為河段防洪安全提供了保證。

圖1 鞏乃斯河流域北岸大渠引水樞紐2021年洪水調(diào)度過程圖

2.2.4 可視化會(huì)商

通過會(huì)商以提升水文信息化測報(bào)系統(tǒng)的測報(bào)精度。隨著鞏乃斯河流域水文信息化系統(tǒng)的不斷發(fā)展，可視化會(huì)商系統(tǒng)的應(yīng)用起到了重要作用，也使系統(tǒng)測報(bào)效率不斷提升。流域管理局充分利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，通過數(shù)據(jù)、視頻、語音的有機(jī)結(jié)合，構(gòu)建起由流域水情中心和各支流7 個(gè)水情分中心所構(gòu)成的異地視頻會(huì)商系統(tǒng)，自治區(qū)、市專家可實(shí)時(shí)通過視頻參與遠(yuǎn)程討論、決策交流，解決電話等常規(guī)方式無法高效會(huì)商的弊端。

3 結(jié)論

綜上所述，水文信息化是水文現(xiàn)代化的具體形式，新疆維吾爾自治區(qū)流域眾多，洪澇災(zāi)害頻繁發(fā)生，為防汛抗旱決策提供支撐是水文信息化建設(shè)的首要目的和主要職責(zé)。鞏乃斯河流域依照自治區(qū)《智慧水利總體方案》所構(gòu)建起的涵蓋水文大數(shù)據(jù)中心、會(huì)商網(wǎng)絡(luò)、智能感知監(jiān)測、應(yīng)用支撐平臺(tái)等系統(tǒng)的水文信息化體系，在覆蓋范圍、測報(bào)效率和精度、自動(dòng)化水平、預(yù)警預(yù)報(bào)分析等方面均較為先進(jìn)，在2021年流域超歷史洪水測報(bào)過程中取得了顯著成功，也為自治區(qū)其他流域水利信息化建設(shè)提供了成功經(jīng)驗(yàn)。