辽宁省旱情监测与服务系统规划

2015-11-26董婷婷

水利规划与设计 2015年10期

关键词：旱情监测站抗旱

董婷婷

（辽宁省水利水电科学研究院，辽宁沈阳110003）

辽宁省旱情监测与服务系统规划

董婷婷

（辽宁省水利水电科学研究院，辽宁沈阳110003）

辽宁省是旱灾频繁发生的省份之一，开展旱情监测与服务系统规划具有重要意义，本文结合作者系统参与上述规划的工作，系统介绍了旱情信息采集子系统、信息网络传输子系统、抗旱综合数据库、旱情分析子系统、旱情预警预测子系统、旱灾评估子系统和支持决策子系统等规划内容。

旱情；监测与服务；系统；规划

辽宁省是旱灾频繁发生的省份之一，尤其是进入2000年以后旱灾发生的频率明显增加，仅2000～2014年这15年间，就有8年发生了旱灾。其中2014年我省遭遇了60年来最为严重的旱灾，作物受旱面积一度达到2927.5万亩，造成34.7万人、9.4万头大牲畜因旱临时饮水困难。频繁发生的旱灾给全省人民的生产、生活带来了严重的负面影响。随着以增温为主要特征的气候变化影响的深入，气候系统的稳定性降低，干旱、洪涝等极端气象水文事件发生的概率及其影响进一步增加。面对新形势，原有抗旱措施的弱点逐渐显露，监测站点稀少、监测体系不完善、信息化程度不健全等。旱情监测与服务系统建设有助于提升抗旱管理决策水平，实现传统水利向现代化水利、可持续发展水利转变。因此，有必要开展辽宁省旱情监测与服务系统规划。

1 规划背景

为了满足旱情信息及时获取的需求，我省建立了各类水文基本监测站。截止2014年，全省现有降水量观测站1754处，水情报汛站（水文站、水库）494处，土壤墒情人工观测站92处（其中，55处固定墒情遥测站），水面蒸发站40处，地下水自动监测站326个。为了实现旱情信息的实时传输与有效存储，我省开展了旱情信息传输通道和水旱情数据库建设工作。在旱情信息传输通道建设中，形成了以水利通讯网为基础的辽宁省水情自动测报系统。网络中省水利厅（省中心）至水利部、松辽委的传输通道称为一级电路，各市水利、水务局（市防办）、省水文分局、省属大型水库为分中心至省中心的传输通道称为二级电路，省以上报汛站点至各水文分局、省属大型水库遥测站点至省属大型水库、市级报汛站点和县水务局及乡水利站至市水务局（市防汛办）的传输通道称为三级电路。防汛抗旱数据库于2006年建成，数据库中存储了降水、蒸发、河道、水库、闸坝、泵站、潮汐、沙情、冰情、地下水、墒情、特殊水情、水文预报等13大类信息的实时值和各种统计均值、极值、特殊水情信息等。

2 存在问题

结合作者多年的抗旱实际工作，目前辽宁旱情信息的监测与汛情信息的监测相比，无论是信息源，还是监测手段，都存在很大的差距。旱情监测系统建设严重滞后，不能满足抗旱各项工作的需要，主要表现为:（1）旱情监测站点稀少，旱情监测体系不完善；现有的各类监测站点数量较多，并涵盖诸多方面，但能够直接用于旱情监测的并不多，且分布不尽合理。（2）旱情信息内容不完整；现有的监测站的主要任务以防汛为主，相当一部分水文测站没有报汛任务、缺少旱情信息报送手段、信息内容和频次不能满足日益繁重的抗旱减灾工作的需要。（3）现有旱情信息时效性差；虽然已建成了较为成熟的防汛抗旱信息通道，但与抗旱密切相关的旱情信息大多依靠各级水利和抗旱管理部门通过邮寄、电话、传真等传统方式逐级上报收集，时效性差。（4）信息处理手段与技术缺乏智能化，目前，还没有全面建成信息种类齐全、信息能够覆盖全省的抗旱信息数据库，缺乏成熟的技术、功能全面的旱情信息处理和决策支持软件，难以为抗旱指挥服务。

3 需求分析

根据旱灾实际状况，综合考虑水文水资源、各类工程、非工程措施等现状，将我省的需求分析归纳如下:

（1）在已建旱情测报站的基础上，逐步扩大覆盖范围，增加测报站密度，建设覆盖全省的旱情信息采集系统，初步构建旱情信息采集体系，实现旱情信息自动采集；

（2）建立和完善以省为纽带，以各地分中心为基础，以县、乡镇水利站为支撑，同时连接抗旱服务部门的信息网络传输系统，实现旱情信息传输；

（3）在现有水旱情数据库基础上，遵循旱情信息选取原则，制定统一、规范、标准的数据库库表结构，实现各类旱情信息的全面分类存储；

（4）结合已有旱情分析方式，综合考虑现有软硬件环境，多角度、多途径、多指标实现旱情监测、预警与评估功能，辅助制定抗旱减灾策略。

4 规划内容

规划内容包括:旱情信息采集子系统、信息网络传输子系统、抗旱综合数据库、旱情监测预警与评估子系统规划4部分。

4.1 旱情信息采集子系统

在已建工程的基础上，建设覆盖全省的旱情信息采集系统，扩大旱情监测站（点）的建设范围，初步构建旱情信息采集体系。主要包括:降水、水文、土壤墒情、水面蒸发、地下水等信息的采集和上报工作。采用人工抗旱统计上报系统和自动监测系统（固定站和移动人工站）同步规划的方案。其中，人工抗旱统计上报是基于现有的抗旱统计模式，建立基于网络技术平台的抗旱统计上报系统；自动监测系统建设是以固定监测站和移动监测点相结合，初步建立信息采集子系统，提高信息自动采集和应急移动监测能力。

4.2 信息网络传输子系统

该子系统由1个省级中心、14个市级分中心、监测站所在县级中心、所属乡镇水利站及信息采集子系统组成，并通过GPRS/GSM移动通信网络，借助物联网和云计算等先进信息化网络技术，构建系统传输、分析、发布平台。

系统数据流向设计，主要包括旱情信息的上报体制和传输途径设计。上报体制包括人工信息和自动测报信息的获取，传输途径包括采集系统信息至各级旱情中心之间的通讯，以及省、市、县、乡镇四级旱情中心间的网络构建，以及省级中心与流域机构、水利部主管部门间数据流向设计等。省、市、县级旱情中心，以及省级旱情中心与水利部主管部门之间通过水利专网进行通讯，旱情监测站与市、省级中心间通讯采用云网络技术进行数据通讯。人工录入数据通过远程登录系统平台，以人工上报的方式进行。

4.3 抗旱综合数据库

旱情信息是系统实现各类功能的数据基础，按照旱情信息选取原则，以Oracle 10g为数据库，在现有水文数据库基础上，构建抗旱综合数据库。数据库主要包括:基础信息库、监测信息库和统计信息库3类。

基础信息库包括:自然背景信息、经济社会信息、农业基本信息、城市基本信息、重要生态功能保护区信息、水利工程信息、历史干旱信息及其它基础信息。

监测信息库包括:水文气象监测信息、土壤墒情监测信息、农业旱情监测信息、卫星遥感监测信息、工程运行信息以及其他监测信息。

统计信息数据库包括:水文信息、农业旱情旱灾信息、牧业旱情旱灾信息、城市干旱缺水信息、其他行业受旱成灾信息、生态受旱信息以及其他统计信息。

4.4 旱情监测预警与评估子系统

旱情监测是制定抗旱救灾策略的重要依据，系统遵循全面统筹规划原则，开展气象旱情分析、水文旱情分析、遥感旱情分析和综合旱情评价4部分内容。气象旱情分析选取了降雨量距平百分率、连续无雨日数、SP I指数3个评价指标。水文旱情分析选取了水库蓄水量距平百分率、河道来水量距平百分率、地下水埋深下降值和土壤相对湿度4个评价指标。遥感旱情分析选取旱情等级1个指标。综合旱情评价选取了单点单指标分析、单点多指标综合分析、单点指标空间综合分析、多指标空间综合分析4个指标。

旱情预警预测系统依据旱情分析结果，辅以预测技术手段，开展干旱预警和预测2部分内容。干旱预警选取了全省受旱面积和全省因旱饮水困难人口数量2个指标。干旱预警一般分为四级，即Ⅰ级预警（特大干旱）、Ⅱ级预警（严重干旱）、Ⅲ级预警（中度干旱）和Ⅳ级预警（轻度干旱），并分别用红色、橙色、黄色、蓝色表示。旱情预测包括短期旱情发展预测和中长期干旱年份预测。其中，短期定性旱情发展趋势预测根据旱情等级分析结果，同时结合未来天气预报情况实现；短期定量旱情发展趋势预测利用增、退墒模型实现。中长期干旱年份预测利用灰色系统理论实现。

旱灾评估是根据承灾体的类型，开展农业旱情评估和人口受旱评估2方面内容。其中农业旱情评估选取农业受旱面积、区域农业旱情等级、典型作物减产量3个指标，人口受旱评估选取因旱饮水困难等级1个指标。

系统采用多层体系架构，逻辑结构清晰，便于功能扩展。平台以标准规范体系和安全体系作为基础支撑，由基础环境层、数据层、基础软件层、应用支撑层和业务应用层5个层次构成（见图1）。