浙江山区性小流域安全管理决策预警信息化体系建设

  浙江山区性小流域决策预警信息化体系建设  郭昆薛苍松Summary：随着大江大河防洪能力的提高，小流域灾害问日益突出，浙江省是山洪灾害易发、多发省份，山洪灾害对经济社会和人民生命财产造成极大的危害，据统计，近年全省小流域山洪灾害造成的人员伤亡占洪涝灾害伤亡总人数的70%以上[1]。在此背景下浙江省开展了山洪灾害防治项目以及中小河流治理项目，以期基于工程措施、非工措施两方面工作的开展，提高中小流域的抗灾能力。本文以小流域作为研究对象，以安全管理为核心，以水利模型和管理制度为依托，构建决策预警信息化体系，提升小流域安全管理信息化、智慧化水平。Key：安全管理；数字流域；预警；决策支撑小流域山洪灾害具有易发、突发、破坏力强等特点，随着大江大河防洪能力的提高，小流域山洪灾害问题日益凸显，其也成为近年来防灾减灾领域研究的一项重要课题。山洪来水集中且涨落幅度大，有效预警、精准预报的难度大，小流域的预报预警工作受到防洪工作者以及研究人员的关注。目前研究主流依然侧重于预警指标优化以及预警计算方法等研究及其应用方面，陈泽恩等以龙文区山洪灾害防治非工程措施项目建设为例，简要了预警指标选择的关联因素、设置必要性、运用成效及存在的问题，并对指标优化进行了探讨[2]。叶金印等以新安江模型为基础，提出了考虑图绕饱和度的动态临界雨量山洪预警方法，并对方法进行了检验，预警合格率超过了70%[3]。刘志宇等分析了国内外山洪预警预报技术的最新进展，提出了以分布式水文模型为基础，以动态临界雨量为指标的山洪预警预报方法，并在江西遂川江流域进行运用[4]。总体来看，当前研究在预警预报计算及其应用方面积累了大量成果；基于预警支撑计算等与水利管理的融合，构建小流域安全管理体系等方面的研究相对缺少。随着水利管理体制不断完善，管理抓手日益健全，管理责任落实得到了保障，如何将预警决策支撑与管理体制有效融合，形成治水合力，是破解小流域安全管理难题的重要途径。1技术路线本文以小流域安全管理为核心，从小流域信息化系统构建的角度展开研究，基于流域安全管理信息化实施内容角度来看，可以分为数字流域体系、预警体系、工程运管体系、决策支撑体系等四大体系。综合考虑数据、模型、支撑、管理等环节，通过构建小流域数字流域体系、决策支撑体系、工程运管体系、预警管理体系，经信息化整合，最终实现小流域安全管理决策预警信息化体系建设。2数字流域体系数字流域是对流域信息的数字化描述，将数字流域拆解成流域场景和要素场景两个层面进行数字流域的构建，其中流域场景主要反映流域总体面貌，要素场景主要对流域水利管理要素进行数字化管理。2.1流域场景的构建随着信息化技术的发展，场景表达的手段愈加完善，场景表达也越来越直观，总的可以分为二维场景和流域三维场景。2.1.1二维场景构建在信息化平台中，根据使用需求进行二维场景的构建，手段包括现有商业电子地图集成及基于遥感数据的二维场景构建。1）商业电子地图的集成利用。目前商业电子地图包括百度地图、谷歌地图、高德地图、天地图等，并提供相应的地图开发接口服务，为服务集成提供了便利，其中天地图在专业领域的应用相对广泛。2）基于遥感的二维场景构建。基于遥感影像数据构建二维场景，需对影像数据进行处理。以国产资源三号卫星为例，其包括全景影像、多光谱影像、以及前后视影像，通过数据预处理、大气校正、正射校正、几何校正、融合处理，可作为二维场景底图。由于遥感影像本身地理信息标注较少，需测绘部门提供相应的标注信息与遥感地图进行叠加，并进行切片处理。2.1.2三维场景构建根据管理尺度、精度等需求差异，三维模型构建方式大致可分为基于遥感影像、基于无人机、基于数学模型三种构建模式，其场景展示精度由低到高，根据展示精度需求的不同，分别应用于流域范围、工程管理区域或其他重要区域、重要节点水利工程的三维场景构建。基于遥感影像的三維场景构建，以资源三号卫星遥感影像为例，需从前后视立体相对中提取出地表高程数据，同时对多光谱影像、全色影像进行预处理、大气校正、正射校正、几何校正、融合处理，最终将地表高程与融合影像进行叠加，并进行服务发布。基于无人机的三维场景构建与遥感影像三维场景构建原理类似，对无人机信息采集成果通过进行匀光匀色、影像镶嵌等后处理，生成DEM和DOM，进行图层叠加，最终进行服务发布。数学模型建立三维模型，主要依托BIM技术对流域关键水利工程节点进行三维模型构建，并将模型成果通过模型发布平台进行服务发布，在管理平台中予以集成。2.2要素场景的构建根据水利要素空间特征进行面、线、点的区分，面状要素包括土地利用、土壤、流域划分、数字高程模型、水域面（河、湖、库、塘等）、圩区或堤防保护对象等；线状要素：河道线（包括河道管理线、岸线等）、堤线（在建、现状、规划）、工程划界（管理范围线、保护范围线等）等；点装要素包括：点状工程（水库、闸、泵、枢纽、交叉建筑物、跨河建筑物等）、测点（水雨情测站、土壤墒情、安全监测点、视频监控点等）、预警设施分布、重要设施等。利用地理信息管理系统对各类要素做矢量化处理，并根据管理决策支撑需求，完善矢量数据属性信息。在此基础上通过数据预处理（纠偏、投影统一等）、数据质检（准确性、性）、数据拼接整合等，完成要素场景数据库建设，部分监测设备等实现实时数据的接入。3决策支撑体系3.1决策支撑模型库决策支撑模型库主要包括各类水文、水利计算方法、模型，以及工程安全运行评价模型等，包括点面雨量转换、时段点面雨量滚动计算、洪水预报调度、洪水淹没分析计算、河道水面线推算、运行管理安全评价、避险转移线路最优化等。对计算模型进行规范处理，包括模型输入输出数据格式、模型参数格式、模型计算模块集成封装等，实现模型计算服务发布。3.2决策支撑数据库决策支撑数据库对预警计算成果进行数据库存储，如山洪预警指标、危险区等级划分等成果，频率下区域淹没范围、淹没历时、淹没水深、灾情统计，防汛形势图编制成果等。预警指标、危险区划分等未实现流域范围全覆盖，进行补充计算分析，或将相应模型集成到支撑决策模型中。3.3监测预警硬件系统监测预警硬件系统主要保障实现灾情监测、灾害防范宣传、预警告知、防汛过程交互等功能。根据小流域硬件监测现状、区域防汛形势、模型计算数据需求，适当补充相应的遥测站点，包括遥测雨量站、水位站、土壤墒情监测点、视频监测点等。预警硬件设施主要包括预警大屏建设、预警短信服务、离线预警广播系统建设等，根据危险区等级划分情况等，合理进行点位布设，按照危险程度高低，确定保障次序。4工程运管体系水利工程是保障流域安全的关键环节，同时关键节点性水利工程自身的安全运行对于流域整体的安全运行起到决定性的作用，水利工程安全运行管理对于流域安全管理意义重大。水利工程管理需对运行管理进行事项化的梳理，对管理事项进行流程化梳理，对管理流程节点进行责任明确；对运行管理的组织体系进行梳理，明确人员岗位事项对应关系及人员上岗条件；从水利工程安全运行角度考虑，管理事项包括划界限权、调度运行、安全监测、巡查检查、维护养护、预警预报等通过平台功能建设，实现人员岗位权限对应，监督人员履职情况，落实问题追踪机制，实现管理事项化、流程闭环化、操作规范化、责任明晰化，并通过工程运行管理评价模型对工程运管状况进行综合评价，对安全运行管理工作不到位的工程及时告警。5预警管理体系预警管理体系依托现状管理网格划分，落实预警或防汛责任，通过信息化手段实现预警过程监控、预警信息共享，同时加强预警宣传、警示以及小流域应急管理基础工作。目前浙江省省、市、县均设立专门防汛指挥机构，通过基层防汛体系管理建设中对网格进一步细化，实现以乡镇（街道）为单位，以行政村（社区）为单元，以自然村、居民区、企事业单位、水库山塘、堤防海塘、山洪与地质灾害易发区、危房、公路危险区、船只、避灾安置场所等责任区为网格的划分，并明确预警流程、落实了网格责任人，在重要网格设置A、B岗；水利工程标准化工作以水利工程作为网格，进一步细化管理责任，明确管理责任主体并实现定岗定员工作；河长制工作进行了河段网格划分，从省、市、县、乡镇、行政村、自然村等层级，建立一整套的网格体系。信息化平台通过对网格划分以及网格责任人管理，实现对预警对象的全覆盖，通过信息化手段调动各级网格责任人进行落实预警相关工作，可以保障预警及时到人到户。信息平台中对預警宣传工作进行台账式管理监督，对预警管理配套标识牌进行管理，并实现防汛物资管理信息化，为应急管理工作开展提供日常监督手段。6总结与展望本文基于数字流域、决策支撑、工程运管、预警管理四大体系构建，从数据支撑、硬件保障、模型计算、工程管理、水行政管理等几方面入手，实现小流域安全管理决策预警信息化体系建设。随着水问题日益突出，流域安全问题内涵不断扩展，从传统防洪安全，逐渐向水质、水资源保障等方面关拓展，建立流域水安全管理综合平台的需求凸显；同时由于管理多线条现状，带来的管理网格化统一问题的研究有待进一步深化。Reference：[1]曹飞凤，何秉顺.浙江省山洪灾害防治非工程措施建设现状与对策研究[J].中国水利，2014（9）：5759.[2]陈泽恩，林勇明.福建漳州市龙山区山洪灾害防治预警方式和指标确定探讨[J].中国防汛抗旱，2014，24（增）：7375.[3]叶金印，李致家，常露.基于动态临界雨量的山洪预警方法研究与应用[J].气象，2014，40（1）：101107.[4]刘志宇，杨大文，胡健伟.基于动态临界雨量的中小河流山洪预警方法及其应用[J].北京师范大学学报自然科学版，2010，46（3）：317321. -全文完-