河南省水土保持信息化發(fā)展現(xiàn)狀與展望

張聿鋒，程瑞芳，杜慧娟，吳 鵬

（河南省水土保持監(jiān)測(cè)總站，河南鄭州 450008）

0 引言

水土保持信息化建設(shè)是智慧水利建設(shè)的重要內(nèi)容，是保障水土保持生態(tài)文明建設(shè)提質(zhì)增效的有力手段。分析并總結(jié)河南省水土保持信息化建設(shè)的現(xiàn)狀及需求，探索水土保持信息化發(fā)展需求，有利于支撐水土保持現(xiàn)代化、助力水土保持高質(zhì)量發(fā)展。

1 河南省水土保持信息化發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 信息化監(jiān)管從試點(diǎn)到全面推進(jìn)

河南省水土保持信息化監(jiān)管，經(jīng)歷了由縣級(jí)試點(diǎn)、市級(jí)推廣、全省覆蓋三個(gè)階段。2015 年水利部選定河南省淅川縣作為全國(guó)水土保持遙感監(jiān)管試點(diǎn)縣之一。通過(guò)對(duì)遙感影像解譯、疑似違規(guī)項(xiàng)目分析、現(xiàn)場(chǎng)核查認(rèn)定，完成了初次水土保持信息化監(jiān)管?chē)L試，初步確定了遙感監(jiān)管技術(shù)路線(xiàn)。2017年，作為水土保持遙感監(jiān)管市級(jí)試點(diǎn)，三門(mén)峽市開(kāi)展了全市推廣遙感監(jiān)管工作，確定了遙感監(jiān)管解譯標(biāo)準(zhǔn)和核查認(rèn)定技術(shù)流程，取得了顯著效果。2018年以來(lái)，遙感監(jiān)管工作在全省全面鋪開(kāi)，按照制定的技術(shù)規(guī)范要求，省、市、縣三級(jí)明確分工，對(duì)全省范圍內(nèi)疑似未批先建、未批先棄開(kāi)展核查認(rèn)定查處工作，生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持責(zé)任落實(shí)情況有了較大改善。

1.2 信息化系統(tǒng)框架初步搭建

為提高河南省水土保持信息化工作水平，2018—2019年，河南省水利廳組織開(kāi)發(fā)了“河南省水土保持信息化基礎(chǔ)平臺(tái)”，河南省水土保持信息化系統(tǒng)在現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ)上，建設(shè)了“一圖、一庫(kù)、六應(yīng)用”整體業(yè)務(wù)框架體系：建設(shè)省級(jí)水土保持一張圖，實(shí)現(xiàn)全省涉及水土保持業(yè)務(wù)的一張圖管理、展示、查詢(xún)和分析。以全省水土保持行業(yè)為服務(wù)對(duì)象，綜合包括水土保持重點(diǎn)工程、生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持監(jiān)管數(shù)據(jù)、水土保持監(jiān)測(cè)站網(wǎng)數(shù)據(jù)和動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、淤地壩基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、生態(tài)文明工程數(shù)據(jù)等相關(guān)數(shù)據(jù)建設(shè)一套水土保持?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)，打破數(shù)據(jù)壁壘，在統(tǒng)一數(shù)據(jù)管理模式下實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。圍繞水土保持主體業(yè)務(wù)，建設(shè)預(yù)防監(jiān)督管理系統(tǒng)、綜合治理與實(shí)施效果評(píng)價(jià)系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)系統(tǒng)、水土流失預(yù)防系統(tǒng)、規(guī)劃實(shí)施情況評(píng)估系統(tǒng)、業(yè)務(wù)服務(wù)系統(tǒng)等六個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)，通過(guò)全面整合省級(jí)水土保持業(yè)務(wù)，采集存儲(chǔ)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，結(jié)合應(yīng)用平臺(tái)數(shù)據(jù)處理和模型分析，最終為水土保持決策與科學(xué)管理提供信息服務(wù)和決策支持，為水土保持行業(yè)改革與發(fā)展提供信息化支持。

1.3 淤地壩預(yù)報(bào)預(yù)警基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)基本完成

為實(shí)現(xiàn)對(duì)重要淤地壩的動(dòng)態(tài)監(jiān)控和安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警要求，2019 年至2023 年，河南省多渠道利用資金開(kāi)展淤地壩雨水情監(jiān)測(cè)設(shè)施建設(shè)；目前全省中型以上256座淤地壩全部安裝了雨水情監(jiān)測(cè)設(shè)施，建設(shè)內(nèi)容主要包括雨量、水位、影像等；通過(guò)對(duì)每座淤地壩預(yù)設(shè)預(yù)警參數(shù)，結(jié)合氣象預(yù)報(bào)、防汛預(yù)案等數(shù)據(jù)，開(kāi)展淤地壩安全自動(dòng)預(yù)警。全省不同建設(shè)渠道的淤地壩監(jiān)測(cè)設(shè)施通過(guò)規(guī)范采集數(shù)據(jù)格式和傳輸數(shù)據(jù)接口，將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)匯總至河南省水土保持信息化基礎(chǔ)平臺(tái)，接受并處理信息后及時(shí)發(fā)送雨量、水位及預(yù)報(bào)預(yù)警信息給相關(guān)責(zé)任人，初步實(shí)現(xiàn)了輔助防汛會(huì)商，助力安全度汛的目的。

2 加強(qiáng)水土保持信息化建設(shè)符合時(shí)代需求

2024 年1 月，中共河南省委辦公廳、河南省人民政府辦公廳印發(fā)了《河南省加強(qiáng)新時(shí)代水土保持工作實(shí)施方案》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)《方案》），明確指出，要加快推進(jìn)水土流失重點(diǎn)治理、依法嚴(yán)格人為水土流失監(jiān)管，確定了河南省近遠(yuǎn)期水土流失防治和人為水土流失監(jiān)管的目標(biāo)。加強(qiáng)水土保持信息化建設(shè)，是完成《方案》提出目標(biāo)的必然需求。

2.1 水保信息化建設(shè)是精細(xì)化開(kāi)展水保生態(tài)建設(shè)的需求

四十年來(lái)，全省水土保持生態(tài)文明建設(shè)取得了較大成效，水土流失面積逐年降低，但是隨著水土保持率的不斷提升，水土流失治理難度也不斷加大，精細(xì)化水土保持防治是未來(lái)水土流失治理工作的必經(jīng)之路和必然選擇；治理前期設(shè)計(jì)方案標(biāo)準(zhǔn)低、治理過(guò)程管理方式相對(duì)落后、治理后效果評(píng)價(jià)缺失等現(xiàn)象仍然或多或少存在，利用信息化手段，開(kāi)展圖斑精細(xì)化管理、精準(zhǔn)治理水土流失，是提高水保治理標(biāo)準(zhǔn)的必要需求。

2.2 水土保持信息化建設(shè)是提高人為水土流失監(jiān)管效率的需求

開(kāi)展人為水土流失監(jiān)管，是遏制水土流失發(fā)展的重要內(nèi)容，隨著我省經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，人為水土流失逐漸呈現(xiàn)多樣性、復(fù)雜性，傳統(tǒng)化手段開(kāi)展人為水土流失監(jiān)管工作面臨著監(jiān)管效率不足、監(jiān)管內(nèi)容不全、監(jiān)管手段落后等問(wèn)題，面對(duì)新形勢(shì)，利用遙感等信息化手段開(kāi)展人為水土流失監(jiān)管，推進(jìn)從地面監(jiān)管到天空監(jiān)管、從人力監(jiān)管到智慧監(jiān)管，是強(qiáng)化我省人為水土流失監(jiān)管的必要需求。

2.3 水保信息化建設(shè)是科學(xué)助力淤地壩安全度汛的需求

近年來(lái)區(qū)域性的極端氣象頻發(fā)，迫切需要實(shí)現(xiàn)汛期對(duì)重要淤地壩庫(kù)區(qū)及上游來(lái)水監(jiān)測(cè)以及安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警，提升淤地壩運(yùn)行監(jiān)管能力與應(yīng)急指揮能力，保衛(wèi)人民生命財(cái)產(chǎn)安全，淤地壩多建在山區(qū)，傳統(tǒng)的巡查監(jiān)測(cè)模式效率低，在雨季對(duì)于巡查人員來(lái)說(shuō)也存在安全隱患。因此利用數(shù)字孿生等技術(shù)手段和外接感知設(shè)備等硬件建設(shè)，完善和強(qiáng)化淤地壩預(yù)警預(yù)報(bào)系統(tǒng)建設(shè)，能夠科學(xué)判斷淤地壩上游來(lái)水、模擬淤地壩泄洪、潰壩等分析，助力汛期淤地壩安全度汛。

3 河南省水土保持信息化發(fā)展展望

3.1 利用信息化手段，精準(zhǔn)治理水土流失

開(kāi)展水土保持孿生流域建設(shè)，建立水土保持基礎(chǔ)數(shù)據(jù)底板，疊加以小流域?yàn)閱卧臄?shù)字化場(chǎng)景模型、地理高程模型、土地利用、水土流失現(xiàn)狀、水土保持綜合治理措施及成效等數(shù)據(jù)，以水土流失治理迫切程度和預(yù)估治理效果為前提，研究提出智能化分析水土流失治理任務(wù)的量化標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)則算法，為重點(diǎn)治理工程項(xiàng)目區(qū)選址準(zhǔn)確度與措施布設(shè)精準(zhǔn)性提供支撐。開(kāi)展水土流失圖斑落地工作，將水土流失因子經(jīng)計(jì)算形成的柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為矢量數(shù)據(jù)，并疊加進(jìn)水土保持基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，于數(shù)字孿生流域等同步分析，為區(qū)域水土流失精準(zhǔn)治理提供信息化手段。

完善水土保持工程過(guò)程管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)工程實(shí)施進(jìn)度、實(shí)施內(nèi)容、實(shí)施效果的全方位信息化管理，建立實(shí)施效果評(píng)價(jià)體系，從生態(tài)治理效果、百姓滿(mǎn)意度等方面反向促進(jìn)前期工作，水土流失治理實(shí)現(xiàn)閉環(huán)管理、不斷提升，為科學(xué)化、精準(zhǔn)化開(kāi)展水土流失治理提供信息化手段。

3.2 利用信息化手段，嚴(yán)控人為水土流失

常態(tài)化開(kāi)展人為水土流失遙感監(jiān)管。多渠道獲取遙感影像來(lái)源，研究人為擾動(dòng)智能判別系統(tǒng)，以河南省遙感監(jiān)管歷年數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，深度分析人為擾動(dòng)地表影像特征，建立河南省生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目疑似違法違規(guī)圖斑解譯標(biāo)志庫(kù)，最終實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目擾動(dòng)圖斑遙感智能識(shí)別，結(jié)合多元影像來(lái)源，及時(shí)發(fā)現(xiàn)人為水土流失行為，依托水土保持信息平臺(tái)，智能分析派發(fā)監(jiān)管任務(wù)，從疑似人為擾動(dòng)圖斑統(tǒng)一發(fā)放逐步過(guò)渡到發(fā)現(xiàn)問(wèn)題圖斑實(shí)時(shí)發(fā)放，最終實(shí)現(xiàn)人為水土流失“早發(fā)現(xiàn)、早制止”。

加強(qiáng)對(duì)人為水土流失風(fēng)險(xiǎn)的跟蹤監(jiān)管。開(kāi)展水土流失重點(diǎn)預(yù)防區(qū)和重點(diǎn)治理區(qū)范圍劃定落地工作，利用遙感、無(wú)人機(jī)等信息化手段開(kāi)展重點(diǎn)區(qū)域內(nèi)的生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持監(jiān)管，建立水土流失隱患評(píng)價(jià)模型，根據(jù)無(wú)人機(jī)三維模型獲取的模型參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)重點(diǎn)區(qū)域重點(diǎn)工程的水土流失隱患在線(xiàn)評(píng)價(jià)。建設(shè)生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持視頻監(jiān)控共享接入系統(tǒng)，針對(duì)3級(jí)以上棄渣場(chǎng)和重點(diǎn)區(qū)域施工現(xiàn)場(chǎng)，將建設(shè)單位自主建設(shè)的視頻監(jiān)控，納入河南省水土保持信息化平臺(tái)監(jiān)管系統(tǒng)，精準(zhǔn)了解現(xiàn)場(chǎng)施工、棄土堆渣情況及水土流失防治措施，從而推動(dòng)實(shí)現(xiàn)“無(wú)風(fēng)險(xiǎn)不打擾、低風(fēng)險(xiǎn)預(yù)提醒、中高風(fēng)險(xiǎn)嚴(yán)監(jiān)控”的目標(biāo)。

3.3 利用信息化手段，助力淤地壩安全度汛

建設(shè)淤地壩數(shù)字孿生流域數(shù)字底版。選擇下游有人員或重要設(shè)施的淤地壩開(kāi)展數(shù)字孿生流域建設(shè)，采用無(wú)人機(jī)航攝、機(jī)載激光雷達(dá)，構(gòu)建分辨率優(yōu)于0.5 m數(shù)字地面模型（DEM），水下部分采用無(wú)人船聲吶測(cè)量，構(gòu)建水下高程模型，關(guān)鍵部位BIM 模型。建設(shè)淤地壩防汛數(shù)字孿生平臺(tái)。依托淤地壩數(shù)字孿生流域數(shù)字底版，結(jié)合天氣預(yù)報(bào)信息和淤地壩雨水情監(jiān)測(cè)信息，開(kāi)發(fā)建設(shè)淤地壩防汛數(shù)字孿生平臺(tái)，構(gòu)建淤地壩所在小流域數(shù)字孿生場(chǎng)景模型，對(duì)上游來(lái)水、淤地壩泄洪行為等進(jìn)行數(shù)字化模擬，支撐淤地壩四預(yù)決策。