辽西北旱情监测预警与评估支持决策系统设计与实现

2014-07-25雷明

中国水利 2014年17期

雷明

辽宁省旱情呈现出交替性、区域性、季节性以及连续性和旱涝并发性的特点。特别是辽西地区，由于地理位置和气候特点，旱灾发生较为频繁。针对频发的旱情，构建辽西北旱情监测预警与评估支持决策系统对及时掌握辽西北旱情状况，分析旱情发展趋势，进而指导抗旱减灾工作、优化水资源配置、科学指导节水灌溉、建设节水型社会等具有十分重要的意义。

系统总体设计

系统开发环境

系统采用面向对象软件开发方法，充分考虑系统的完整性、灵活性和安全性，基于Microsoft Visual Studio 2010集成开发环境进行开发。操作系统以Windows7作为运行平台。后台数据库选择性能优越、安全可靠、高效的关系型数据库Microsoft SQL Server2005，该数据库在企业级支持、商业智能应用、管理开发效率等诸多方面较SQL Server 2000有质的飞跃。

系统采用美国ESRI公司开发的工具Arc Engine进行二次开发。Arc Engine是一个简单的、独立于应用程序的Arc Objects编程环境。开发语言选用微软的C#进行程序设计。C#是微软公司发布的一种安全、稳定、简单的面向对象的、运行于NET Framework之上的高级程序设计语言。

系统目标与设计原则

系统的总体目标是：建设全面的辽西北旱情监测预警与评估支持决策系统，可以对辽西北旱情状况进行监测、查询、分析、预测与评估，对抗旱法规、抗旱经验、抗旱服务组织等进行管理，实现辽西北旱情监测预警与评估的系统化、信息化。

系统在设计时遵循以下原则：以中央水利方针和辽宁省水利厅的治水思路为指导，以国家法律、法规和行业标准以及相关文件精神为依据，密切结合辽西北地区自身的旱灾特点以及今后抗旱减灾工作的需要，确定辽西北旱情监测预警与评估系统的方针和原则。系统建设坚持实用性原则、可靠性原则、先进性原则、标准化原则和安全性原则。

系统总体结构

系统包括旱情预警、旱情监测、旱情评估、旱情预测、抗旱管理 5个模块。其中旱情监测模块由气象监测、水文监测、遥感监测3个子模块构成，旱情评估模块由农业评估、城市评估、人口评估3个子模块构成。系统总体结构如图1所示。

系统数据准备与数据组织

所有信息的处理和应用都是围绕数据进行的，数据是实现整个系统的基础。本系统的数据内容包括水文数据、遥感数据、统计数据、基础数据、成果数据5类。

水文数据是实现水文旱情监测的基础，这部分数据是通过调取已建的“辽宁省防汛抗旱水情数据库”中的数据来获取，主要调取的是经过研究选取的辽西北地区能够提供降雨量、土壤墒情、水库、河道信息的共计99个监测站的数据。

遥感数据选取了全球免费、光谱范围广、数据接收简单、更新频率高的MODIS数据作为数据源。

统计数据主要涉及农业旱情、城市旱情、人口受旱和抗旱管理等数据。

基础数据的作用是为旱情监测以及旱情分析等提供背景资料。具体包括与抗旱相关的各类空间数据，内容涉及基础地理信息数据、土地利用数据、水信息等。其中基础地理信息包括省、市、县3级行政区分布图，水系图，水库分布图，土地利用分布图。

成果数据是指通过模型计算生成的气象、水文等监测结果，这部分数据为旱情预测的计算以及网络版“辽西北旱情监测管理信息系统”提供数据基础。

系统模块功能介绍与实现

旱情预警

旱情预警模块是根据农业干旱风险评价指标以及风险层次分析模型实现了农业干旱风险图的绘制。

旱情监测

（1）气象旱情监测

气象旱情监测模块选取了降雨量距平百分率、连续无雨日数2个指标对气象干旱进行监测。降雨量距平百分率是利用降雨量距平指标进行旱情监测，针对站点和行政界分别实现了按旬、月、季和年的旱情监测功能，以及任意时段降雨量的统计功能，同时提供监测结果数据导出到Excel表格和导入到辽西北旱情监测预警与评估数据库的功能。连续无雨日数是利用连续无雨日数指标进行旱情监测，针对站点和行政界分别实现了任意时段、固定时段的连续无雨日数监测功能，提供监测结果数据导出到Excel表格和导入到辽西北旱情监测预警与评估数据库的功能。

（2）水文旱情监测

水文旱情监测模块选取了水库蓄水量距平百分率、河道来水量距平百分率、地下水埋深下降值、土壤相对湿度4个指标对水文旱情进行监测。水库蓄水量距平百分率指标实现了按月的水文旱情监测功能，同时提供监测结果数据导出到Excel表格和导入到辽西北旱情监测预警与评估数据库的功能。河道来水量距平百分率指标实现了按旬的水文旱情监测功能，同时提供监测结果数据导出到Excel表格和导入到辽西北旱情监测预警与评估数据库的功能。地下水埋深下降值指标实现了按月的水文旱情监测功能，同时提供监测结果数据导出到Excel表格和导入到辽西北旱情监测预警与评估数据库的功能。土壤相对湿度指标实现了水文旱情监测功能，以及10cm、20cm和30cm土壤相对湿度的空间插值。

（3）遥感旱情监测

遥感旱情监测模块选取了旱情等级分布、旱情等级动态变化2个指标进行遥感旱情监测。旱情等级分布实现了通过表观热惯量模型、地表温度植被指数斜率法计算生成旱情等级结果。旱情等级动态变化监测以旱情等级监测结果为基础数据来源，通过判断两次监测期内旱情等级的变化情况来实现“点”“面”上旱情等级的动态监测。

旱情评估

旱情评估模块包括农业旱情评估、城市旱情评估、人口受旱评估3个子模块。

农业旱情评估选取农业受旱面积、农业受旱面积动态变化、区域农业旱情等级、区域农业旱情等级动态变化、典型作物减产率5个指标。农业受旱面积评估方法实现了按旬对辽西北、市、县不同等级农业受旱面积的评估。农业受旱面积动态变化评估方法实现了对辽西北、市、县不同等级农业受旱面积动态变化的评估。区域农业旱情等级评估方法实现了对辽西北、市、县不同等级农业旱情等级的评估。区域农业旱情等级动态变化评估方法实现了对辽西北、市、县不同等级农业旱情等级动态变化的评估。典型作物减产率实现了按年对朝阳、锦州、阜新、葫芦岛、铁岭的玉米减产率进行评估，同时提供了将评估结果导入到辽西北旱情监测预警与评估数据库功能。

城市旱情评估根据城市旱情等级评估方法实现了对辽西北5城市旱情等级评估，同时提供评估结果图片的保存功能。

人口受旱评估根据因旱饮水困难等级评估方法实现了对辽西北、市、县因旱饮水困难等级的评估，同时提供评估结果图片的保存功能。

旱情预测

旱情预测模块根据旱情等级监测结果，同时结合未来天气预报，对未来旱情发展趋势进行定性预测，例如旱情持续发展、旱情得到缓解等。包括短期旱情发展趋势预测、中长期干旱年份预测以及干旱预警3个子模块。短期旱情发展趋势预测通过调用Web Service服务获取近期天气情况，据此实现对旱情发展趋势的预测。中长期干旱年份预测应用灰色系统理论GM(1,1)模型以及历史年份旱情等级预测下一次发生干旱的年份。干旱预警根据旱情的判断条件发布旱情预警。

抗旱管理

抗旱管理模块以收集的与抗旱法规、抗旱预案、抗旱投入、抗旱服务组织、抗旱报表以及抗旱经验相关的信息作为数据源，以图、表、文字相结合的方式实现抗旱管理业务，包括提供抗旱服务组织、抗旱经验、抗旱投入情况的浏览，农业旱灾及抗旱效益、城市干旱缺水及抗旱情况、城市干旱缺水及水源情况等报表的添加、修改以及删除等功能。