城市防洪中現(xiàn)代水文預(yù)報技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展分析
——以湖北省恩施州為例

趙 爽

湖北省恩施州水文水資源勘測局，湖北 恩施 445000

水文預(yù)報是以洪水客觀規(guī)律和條件為理論基礎(chǔ)，預(yù)測未來一定時間段內(nèi)水文現(xiàn)象的專業(yè)學(xué)科，其在現(xiàn)代城市防洪減災(zāi)中發(fā)揮著十分重要的作用[1-2]。隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提升，各種現(xiàn)代化技術(shù)逐步在水文預(yù)報中得到運用，顯著提高了水文預(yù)報精度，延長了預(yù)見期，有效地避免或者降低了洪澇災(zāi)害對城市的危害。

1 防洪減災(zāi)的必要性

湖北省恩施土家族苗族自治州（簡稱“恩施州”）位于湖北省西南部，屬亞熱帶季風(fēng)性山地濕潤氣候，海拔落差大，小氣候特征明顯，垂直差異突出。總體來看，恩施州降水在時間分配上呈現(xiàn)夏秋多、冬春少的特點，且區(qū)域內(nèi)地形變化差異較大，使得降水地區(qū)分布也不均衡，因而年降水量具有時空分布不均的特點。恩施州暴雨天氣主要集中在下半年，這是濕潤季風(fēng)氣候較為典型的特征，大部分暴雨出現(xiàn)在每年的5—9 月，尤以6 月居多，其次是7—8 月。連續(xù)性降水或短時強(qiáng)降水極易引發(fā)洪澇災(zāi)害、山體滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害，嚴(yán)重阻礙著恩施州社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展，危害著人民生命財產(chǎn)安全。

防洪減災(zāi)是人類認(rèn)識區(qū)域水文特點、洪水特性和時空分布規(guī)律的過程，也是正確處理人與自然利害關(guān)系的重要環(huán)節(jié)，在探討水災(zāi)成災(zāi)機(jī)制、構(gòu)建防洪減災(zāi)體系、完善防洪工程及非工程措施方面發(fā)揮著極其重要的作用。恩施州通過工程措施和非工程措施的治理模式，在城市防洪工作中取得了顯著成效[3]。

2 現(xiàn)代水文預(yù)報技術(shù)概述

2.1 信息的接收與處理

信息是水文預(yù)報的先導(dǎo)，在水文預(yù)報技術(shù)中引入計算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，使得接收和處理的水文預(yù)報信息具有了自動化特征。計算機(jī)對自動采集的原始水雨情數(shù)據(jù)進(jìn)行一系列分類、解析和處理，并將處理后的數(shù)據(jù)保存到信息庫中，可隨時存取，有效地增強(qiáng)了水文預(yù)報信息的時效性和準(zhǔn)確性，這是信息接收處理系統(tǒng)的主要作用。

2.2 信息的檢索和查詢

借助計算機(jī)技術(shù)可對水雨情變化狀況進(jìn)行快速檢索和查詢，保證了實時防洪信息的及時有效，還能結(jié)合歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行定性定量分析；同時，可將電子地圖應(yīng)用到信息檢索和查詢中，通過聯(lián)系地圖數(shù)據(jù)信息和水雨情信息分析水文預(yù)報的實際狀況，對于城市防洪搶險工作的開展較為有利。計算機(jī)信息檢索和查詢的數(shù)據(jù)處理架構(gòu)為：以數(shù)據(jù)處理為中心，涵蓋系統(tǒng)查詢、報表系統(tǒng)、圖形系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理及系統(tǒng)監(jiān)視等不同模塊。在信息檢索和查詢的過程中，為確保整個系統(tǒng)的可靠性和安全性，需要引入容錯處理機(jī)制，在服務(wù)器程序端選用透明化處理，方便維護(hù)過程中對問題的查找，因而信息檢索和查詢界面對人性化設(shè)計提出了更高的要求。

2.3 預(yù)報服務(wù)系統(tǒng)

預(yù)報服務(wù)系統(tǒng)的主要功能是第一時間將最新預(yù)報的防洪信息和水雨情信息傳遞給城市防汛抗旱機(jī)構(gòu)，為防洪避險贏得時間，最大限度降低洪澇災(zāi)害給居民生產(chǎn)生活帶來的損失[4]?，F(xiàn)代水文預(yù)報服務(wù)系統(tǒng)通過計算機(jī)、自動語音查詢系統(tǒng)、互聯(lián)網(wǎng)等方式，在彌補傳真、電話等傳統(tǒng)傳輸方式被動和煩瑣等缺點的同時，借助查詢、檢索、打印、保存等功能輔助開展水文預(yù)報工作，增強(qiáng)數(shù)據(jù)的共享性、時效性和現(xiàn)代化水平，為增強(qiáng)城市防洪成效提供了新的契機(jī)。

2.4 水文預(yù)報系統(tǒng)

現(xiàn)代水文預(yù)報系統(tǒng)綜合應(yīng)用了地理信息系統(tǒng)（geographic information system，GIS）技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等，同時充分利用Visual Studio、Delphi、Android Studio等軟件開發(fā)平臺，在預(yù)報數(shù)學(xué)模型、分析方法和運行界面的基礎(chǔ)上開展規(guī)范化組件處理，對二次開發(fā)中需要的各種公共資源進(jìn)行了規(guī)范。水文預(yù)報系統(tǒng)的開發(fā)利用，將預(yù)報人員從手工計算分析中解放出來，使工作強(qiáng)度大幅降低，通過水文預(yù)報自動化，預(yù)報工作效率和質(zhì)量整體得到了增強(qiáng)。

3 城市防洪中現(xiàn)代水文預(yù)報技術(shù)的應(yīng)用

3.1 編制洪水預(yù)報方案

在洪水預(yù)報方案編制之前，編制人員需提前了解熟悉流域內(nèi)洪水演進(jìn)、氣候發(fā)生發(fā)展規(guī)律以及地形地勢、下墊面等情況，在對現(xiàn)場地質(zhì)條件、氣候環(huán)境等要素深入調(diào)查、全面分析后，選擇因地制宜的洪水預(yù)報技術(shù)，構(gòu)建符合流域特性的水文模型、河道洪水演進(jìn)模型等，并根據(jù)技術(shù)發(fā)展和城市演變等對模型不斷改進(jìn)，提高水文預(yù)報信息的準(zhǔn)確率。

3.2 構(gòu)建洪水預(yù)報系統(tǒng)

洪水預(yù)報系統(tǒng)是預(yù)報作業(yè)人員的技術(shù)平臺。傳統(tǒng)預(yù)報模式是通過技術(shù)人員向系統(tǒng)錄入水文信息數(shù)據(jù)資料，利用相關(guān)模型由人工開展較為煩瑣的計算，這樣會大大降低水文預(yù)報信息的可靠性與時效性。隨著現(xiàn)代化技術(shù)的融入，現(xiàn)代水文預(yù)報技術(shù)也得到了快速發(fā)展，如充分利用計算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、信息技術(shù)等，建立具有較高自動化水平的洪水預(yù)報系統(tǒng)，水文數(shù)據(jù)監(jiān)測、水文信息采集、水文預(yù)測預(yù)報等工作均實現(xiàn)了自動化，大大縮短了預(yù)報時間，提高了數(shù)據(jù)更新頻率，為防洪減災(zāi)爭取了主動權(quán)。洪水預(yù)報系統(tǒng)功能分解如下：①快速獲取有關(guān)水文參數(shù)信息；②收集和利用區(qū)域內(nèi)的降水?dāng)?shù)據(jù)；③根據(jù)自動化系統(tǒng)計算區(qū)域匯流和產(chǎn)流，并以本地降水量變化規(guī)律為依托進(jìn)行綜合計算分析，對未來時間段的水文變化具體情況進(jìn)行預(yù)估；④結(jié)合計算結(jié)果會商研判，做好準(zhǔn)確預(yù)報。

3.3 洪水演進(jìn)仿真模擬

為了將洪澇造成的危害降到最低，針對洪澇災(zāi)害多發(fā)、頻發(fā)的區(qū)域，可通過引入洪水演進(jìn)仿真模擬技術(shù)實時模擬和動態(tài)評估洪水，及時制定針對性強(qiáng)的處理辦法。仿真模擬分析工作的正常開展，需要有效整合前期收集的各項信息和計算后的水文信息，并在水文演進(jìn)模型中加以應(yīng)用分析，進(jìn)而全面了解水情災(zāi)害的演變規(guī)律。

3.4 城市防洪中現(xiàn)代水文預(yù)報技術(shù)的應(yīng)用

當(dāng)前，一旦城市范圍內(nèi)預(yù)報有較強(qiáng)降水過程發(fā)生，政府部門會及時組織各相關(guān)部門會商研判，應(yīng)急、水利、水文、氣象、自然資源等部門各司其職、溝通協(xié)調(diào)，密切關(guān)注天氣發(fā)展趨勢和水雨情變化情況，加強(qiáng)巡視巡查，并結(jié)合城市實際，及時對未來雨情、水情、汛情、工情、災(zāi)情做出預(yù)測預(yù)報，提早向強(qiáng)降水落區(qū)以及洪水、地質(zhì)災(zāi)害、城市內(nèi)澇影響區(qū)發(fā)布預(yù)警，提前撤離危險區(qū)人員，全力保障群眾生命、財產(chǎn)安全。

通過短期洪水預(yù)報，在洪澇災(zāi)害出現(xiàn)前的2 ～3 天內(nèi)可以獲取洪災(zāi)預(yù)報方面的信息，在洪災(zāi)出現(xiàn)24 h前，結(jié)合省—市（州）—縣（區(qū)）—鎮(zhèn)（鄉(xiāng)）不同級別的洪災(zāi)預(yù)警信息通知，可保證預(yù)警信息傳遞到每位民眾手中，使區(qū)域居民有充足的時間撤離。然而，在山區(qū)，洪災(zāi)的突發(fā)性強(qiáng)、來勢猛，臨災(zāi)處置時間短促，尤其像恩施州這種“坨子雨”特征明顯的地方，短時強(qiáng)降水極易造成山洪暴發(fā)，進(jìn)而引發(fā)滑坡、泥石流。因此，運用快速高效的現(xiàn)代水文預(yù)報技術(shù)及時滾動更新洪水預(yù)報，精準(zhǔn)圈畫地圖危險區(qū)域，多渠道、廣覆蓋發(fā)布預(yù)警，贏得避險時間。

此外，可借助現(xiàn)代化技術(shù)手段初步分析處理海量數(shù)據(jù)信息，預(yù)報人員對歸納總結(jié)出的關(guān)鍵信息進(jìn)行分析研判，進(jìn)而形成精準(zhǔn)有效的預(yù)報結(jié)果。標(biāo)注洪水預(yù)警地圖大都選擇通用顏色代碼，方便居民直觀判斷洪水預(yù)警地圖中不同地區(qū)內(nèi)的洪水變化情況。為了將不同河流與地區(qū)的洪水災(zāi)害危險程度反映出來，還應(yīng)描述重點河流的情況，使居民獲取更加精準(zhǔn)有效的洪水信息。預(yù)警信息發(fā)布使用頻率較高的方式有電視新聞、智能終端、網(wǎng)絡(luò)平臺等，如借助微信公眾號、移動互聯(lián)網(wǎng)、電子地圖等不同方式將洪水、預(yù)警等信息傳遞給社會大眾，還可增設(shè)居民互動平臺，確保防汛緊急期群眾間的溝通協(xié)作，通過群防群控等各種方式使防洪減災(zāi)效果達(dá)到最佳。

在洪災(zāi)嚴(yán)重的情況下，政府部門應(yīng)在確保人員安全的前提下，做好洪災(zāi)區(qū)域巡視巡查工作。針對危險區(qū)域，有條件可選用無人機(jī)巡察的方式開展全程監(jiān)控，同時采集和分析區(qū)域災(zāi)情信息數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)等待救援人員，及時做好施救工作。

4 現(xiàn)代水文預(yù)報技術(shù)的發(fā)展對策

4.1 做好汛前準(zhǔn)備工作

在全球氣候變暖的大背景下，各種極端災(zāi)害性天氣頻繁出現(xiàn)，因暴雨引發(fā)的洪澇災(zāi)害嚴(yán)重威脅著人們生命財產(chǎn)安全。因此，國家對水文情報預(yù)報工作提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)要求。

汛前準(zhǔn)備工作是做好水文情報預(yù)報的前提和基礎(chǔ)，要做到超前謀劃、早安排早動手，主要可從以下3 個方面出發(fā)：一是加強(qiáng)組織領(lǐng)導(dǎo)，各部門要全面落實防汛抗旱責(zé)任制，做到職責(zé)明確、到人到崗、層層壓實，為防汛抗旱工作的開展提供組織保障；二是采取有效方法盡早部署，如加大技術(shù)人員培訓(xùn)力度、做好防汛抗旱應(yīng)急預(yù)案、及時檢測維修水文報汛站點等；三是履行水文情報預(yù)報預(yù)警職責(zé)，廣泛應(yīng)用計算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，第一時間更新和完善水文預(yù)報相關(guān)的軟件，夯實水文情報預(yù)報預(yù)警基礎(chǔ)，如不斷完善水雨情查詢系統(tǒng)、雨量等值線分析系統(tǒng)、洪水預(yù)報分析系統(tǒng)、洪水演進(jìn)仿真模擬系統(tǒng)等。

4.2 做好汛期水文情報預(yù)報工作

“信息靈、情報清、反應(yīng)快、預(yù)報準(zhǔn)”是水文情報預(yù)報工作的基本要求。為做好水雨情信息采集、輸送、分析、處理、預(yù)報等不同環(huán)節(jié)的工作，應(yīng)始終遵循保障水文情報預(yù)報質(zhì)量、發(fā)揮“耳目”與“參謀”作用兩個基本原則。因而，值班值守人員應(yīng)嚴(yán)格遵守汛期24 h 到崗到位值班制度，保證不錯報、不遲報、不缺報、不漏報，使重要的水雨情信息測得到、報得出、及時報，要做好各類水情簡報、快報、早報的編發(fā)及不同階段水雨情分析[5]。同時，還應(yīng)積極收集天氣預(yù)報、衛(wèi)星云圖及各區(qū)域水雨情、水庫工情等信息，及時開展水情趨勢預(yù)測及洪水預(yù)報作業(yè)，發(fā)現(xiàn)緊急情況后，第一時間上報防汛抗旱相關(guān)部門。

4.3 做好各項基礎(chǔ)性工作

水文情報預(yù)報工作能否順利開展在一定程度上取決于各項基礎(chǔ)性工作的完成情況。水旱災(zāi)害的出現(xiàn)并非突發(fā)情況，先前會出現(xiàn)一定征兆，因而做好基礎(chǔ)性的工作是重要且必要的。例如，防汛抗旱演習(xí)除了可以全面監(jiān)測當(dāng)前水文設(shè)施工作能力外，還能鍛煉整個水文隊伍，整體提升防汛抗旱工作水平；做好水情分中心的構(gòu)建工作，除了可以在不同程度上優(yōu)化水雨情信息的采集、傳輸速度和分析能力，還能提升水文情報預(yù)報現(xiàn)代化水平；強(qiáng)化水文測驗工作，做好隨測算、隨編報、隨整理、隨分析“四隨”工作，對原始資料實行在線即時整編、日清月結(jié)，確保監(jiān)測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、可靠，不斷夯實預(yù)報、預(yù)警、預(yù)演、預(yù)案“四預(yù)”數(shù)據(jù)底板；加強(qiáng)對枯季徑流和土壤墑情的全面觀測和分析，為預(yù)測復(fù)雜區(qū)內(nèi)主要河道枯季的水量收集寶貴歷史資料，有利于區(qū)域內(nèi)水資源優(yōu)化調(diào)配。扎實的基礎(chǔ)性工作為水文情報預(yù)報提供了堅強(qiáng)支撐，促使水文情報預(yù)報更好地賦能地方防汛抗旱工作。