哈密市山洪灾害预警信息平台设计与实现

安 东，杜 文，刘 洋，王雅雯

（黄河水利委员会信息中心，河南 郑州 450003）

0 引言

在全球气候变暖背景下，随着山丘区局地强降雨频次的增加和山丘区人类活动的加剧，山洪灾害日渐成为防洪减灾的短板，因山洪死亡人口约占洪涝死亡人口的 70%，山洪灾害监测预报预警和防御日益成为国家防汛减灾的重点工作[1-2]。2017 年，水利部印发了《全国山洪灾害防治项目实施方案（2017—2020 年）》，确定了根据经济社会变化新形势和新要求，充分利用“互联网 +”和大数据等新技术，巩固提升已建非工程措施的防治思路[3]。

哈密市位于新疆维吾尔自治区最东端，地跨东天山南北，有 48 座中小型水库，分别位于东天山山区和戈壁平原区。要做好山洪灾害防御工作，哈密市水利局需要实时掌握山区降雨、河道水情、水库水情等实时监测信息，及时获取时段降水量、河道水位、水库出入库流量及库水位等预警信息；需要直观监视水库、河流、渠道等现场情况；需要掌握防洪工程、易受灾区域位置、人员分布等情况；需要多部门协同的防汛指挥调度。

哈密市已建降雨、水情监测和视频监视等信息分散在一区两县（伊州区、巴里坤哈萨克自治县、伊吾县）水利局，气象信息在哈密市气象局，应急预案、防汛薄弱环节、防洪工程示意图和防汛主要责任人通讯录尚未纳入统一应用，信息分散、缺乏关联性，导致系统化、及时性发挥防御洪水的能力薄弱。为有效应对哈密市山洪灾害，提高监测数据的实时性、准确性，提高预警信息发布能力，利用信息技术更好地支撑哈密市水利局与应急局、气象局等多部门协同的联防联控机制，进一步提升哈密市防灾减灾、风险管理能力，实现哈密市降雨、水情的实时监测，水库、渠道的实时监视，及时发布山洪预警，提前转移人员，最大限度地减少人员伤亡和财产损失，建设哈密市山洪灾害预警信息平台。

1 哈密市山洪灾害特点

哈密市洪水来源主要有以下 3 种[4-5]：

1）山区融雪洪水。常发生于春季，主要形成原因是冬季积雪丰厚，春季短时气温回升加快，积雪融化速度加快而形成洪水，但此类洪水由于昼夜温差大，其洪量较小，不易形成灾害。

2）山区的暴雨型、暴雨融冰雪混合型洪水。常发生于夏季 6—8 月，洪水受天气和气温影响而产生，主要与气温回升有关，分布在山区，强度取决于降雨、积雪和气温。降水量越大，气温越高，雨雪混合型洪水发生的频率越高，强度越大；反之，则频率越低，强度越小。总之，此类洪水持续时间长，对下游易构成威胁。

3）戈壁暴雨洪水。主要受降雨条件制约，多发生于天山山区浅山区的山间盆地谷地，山前戈壁地带，喇叭口地形深入地带等。同时由于降雨落点不固定，降雨水流补给条件差，所以洪水历时短，洪峰高，加之地形坡度大，对下游造成的危害性极大。

山洪灾害发生时往往伴生冰川坍塌及冰体大量消融、山体滑坡及崩塌、泥石流等地质灾害，冲毁渠道、渠堤、泄洪洞，影响水利工程安全和农田灌溉等，甚至造成公路中断、耕地冲淹、房倒人亡的悲剧。

2 预警指标

哈密市受地理环境影响，是一个典型干旱半干旱地区，其特点为昼夜温差大，降水少、蒸发强度大，但雨期雨量集中，尤其在山区，降水次数多、雨量大，达到暴雨程度的次数也不少。哈密市暴雨洪水主要集中在 6—8 月，多发生在中低山带及近山地带。由于暴雨强度大，且集水面积小、坡陡、植被差，导致汇流迅速，并挟带大量沙石，有时形成泥石流，破坏力极大。哈密市暴雨洪水具有低涡天气停留时间长、降水量大（1 次降水量超出多年平均总量）、洪水量大和暴雨洪水造成的损失严重的特点[6]。通过历史洪水调查、地理环境与历史水文气象资料分析，确定了哈密市山洪灾害防御降水量预警指标和等级，具体如表 1 所示。在积累长时序雨情、河道水情、水库水情等监测信息的基础上，分析不同季节下时段降水量与河道、水库水情变化的影响关系，为提高预警指标的合理性和精细度提供数据支撑。

表 1 哈密市降水量预警指标和等级

3 技术框架

哈密市山洪灾害预警信息平台按照全国山洪灾害防治项目建设思路[7]，在扩大水雨情监测覆盖范围，汇聚气象局降雨监测数据和水库、渠道现地视频，提高监测数据的及时性和准确性，实现水利专网的互联互通和加强网络安全防护能力的基础上，建成哈密市一区两县统一的山洪灾害预警信息平台，该平台总体框架如图 1 所示，实现了监测信息、预警信息和视频监视、防汛应急调度、电视电话会议的协同应用，为一体化调度指挥和高效管控防洪重点区域提供支撑。

图 1 哈密市山洪灾害预警信息平台总体框架

哈密市山洪灾害预警信息平台建成了以监测感知体系为基础，以水利专网为通道，以数据支撑、预警指标、一张图应用服务和技术标准等体系为手段，以监测预警平台为核心的监测预警体系，实现了雨水情自动监测、预警和防汛减灾、联合调度决策支持。该平台整合了自动雨量站、河道水位站、水库水位站、视频（图像）站等监测监视信息，以及气象局降雨监测信息，结合遥感影像监测成果，收集和监测雨量时空分布数据、重点河道和水库水情数据，掌握实时降雨和水位变化，为防汛调度指挥提供决策支撑；实现自治区、哈密市和一区两县水利专网互通互联，为各级防汛指挥部门、联防联控单位的信息共享、山洪警报、灾情会商、联合调度指令下达提供信息传输平台；制定了适用于山洪灾害预警方法和多种预警方式相结合的山洪灾害预警发布流程；运用 WebGIS 技术分析洪水影响范围，在哈密市水利一张图上直观展示，以报警点高亮闪烁和声音等多种形式进行提醒，提供防汛值班、汛情实时监测监视、预警分析、调度会商等功能。

4 实现成果

4.1 一张图

哈密市水利一张图是基于水利部一张图基础，结合哈密市遥感影像，动态标绘哈密市一区两县山洪灾害监测体系和区域防洪体系，汇聚了出山口、汇流入库、城市边缘等重点区域雨量站，水库及河道重要断面水位站，水库、渠道、防洪工程关键位置视频站，以及防洪工程、市县区域等地图信息，集中展示降雨点可能影响到的防洪工程、高速公路、桥梁、涵洞、市县区域等信息。哈密市水利一张图应用如图 2 所示，直观、准确地展示了一区两县各类监测站，实时动态监视降雨实况，掌握降雨发生位置，及时显示降水量预警等级，实现了山洪灾害关键位置、重点区域、水利工程的汇总展示，为山洪预警、应急指挥、会商决策、联合调度提供了清晰、准确的可视化服务支撑。

图 2 哈密市水利一张图应用

4.2 一张网

按照新疆维吾尔自治区水利政务外网总体设计，利用子网划分、路由聚合等技术，在有限的 IP地址空间下，组建了哈密市水利一张网，实现新疆维吾尔自治区水利厅与哈密市水利局，哈密市水利局与伊州区水利局、伊吾县水利局、巴里坤县水利局、石城子水系管理总站、榆树沟水库管理总站的专线互联，实现与哈密市气象局、哈密市视联网的专线互联。利用防火墙、上网行为管理和入侵防御系统等网关级别及网络边界的防御措施，加强了基础网络防护能力，为在线监测、视频监视、协同应用、指挥调度的互联互通和资源共享，提供了安全、可靠、高效的网络通道。

4.3 一个库

按照一数一源、统一标准的总体思路，建立了哈密市水利对象名录及统一对象编码，将哈密市一区两县山洪灾害雨情、水情、视频等大量数据统一纳入一个数据库，补充应急预案、防汛主要责任人等信息，建立了影响范围内雨情、水库、视频及防汛主要责任人等关联信息，实现数据的集中存储与管理，保证了数据的一致性、完整性，为市（区）县多级应用的统一平台提供了数据支撑。

4.4 预警信息平台

哈密市山洪灾害预警信息平台主界面如图 3所示。

图 3 哈密市山洪灾害预警信息平台主界面

哈密市山洪灾害预警信息平台核心功能包括以下 4 点：

1）防汛值班。防汛值班主界面，按区域分组以列表形式实时展示最新雨情气象、水库水情、河道水情，重要水库的视频轮播监视，基于一张图的实时降雨监测、预警播报等信息。

实现动态信息和视频图像的在线查看，包括雨量站的实时降雨、小时和日累计降水量，水库站的库水位、出库流量，气象局发布的降雨，水库、防洪通道的视频图像。

哈密市洪水预警影响区域实现了降雨监测和动态预警信息的在线查看和播报，包括地图定位及影响范围标注、语音提示和关联信息展示。通过降雨或预警的雨量站，可直观显示所在位置、可能影响到的区域及水库、防汛主要责任人、防汛应急预案和历史洪水等关联信息。当有降雨未达到预警等级时，防汛值班人员关注降雨区域，查看气象预报，调取区域范围的视频监视，通知降雨区域范围的相关部门。当降水量达到预警等级时，查看相应应急预案，向哈密市防汛抗旱指挥部汇报，组织哈密市水利局、气象局、应急局、市委宣传部、农业农村局等多个防汛抗旱成员单位协同开展突发事件应对工作。

2）气象信息。可及时获取哈密市各区县、乡镇的降雨和预报信息，为提前做好山洪灾害预防工作提供有效信息。

3）应急预案。实现哈密市防汛应急响应工作流程、重要水库及一区两县各乡镇防汛应急预案的在线查看，为应急会商、联合指挥调度提供关键信息支撑，为防汛抢险、转移安置争取时间。

4）防汛薄弱环节、防洪工程示意图和通信录。以图文并茂方式及时掌握哈密市一区两县各乡镇的防洪工程措施和薄弱环节，为会商决策转移安置范围及路线提供信息支撑，为指挥调度及时连线一线工作人员提供保障。

5 结语

哈密市山洪灾害预警信息平台以降水量预警为切入点，实现降雨、水情、视频及超警戒水雨情变化过程的动态监测和实时监视，实现对超降水量预警指标可能影响范围的水利工程、防汛抢险责任人、防汛预案、防汛薄弱环节等关键信息的关联，为防御山区洪水和应急调度指挥提供了技术支撑；平台首次建成哈密市防汛减灾一个库、一张图、一张网，实现哈密市一区两县多源异构数据与防汛业务应用的融合，为汛情监视和会商研判提供了及时、全面、准确的信息。该平台已多次在哈密市防汛演练、应对降雨天气过程的防御工作中发挥了重要作用，为哈密市委市政府组织应急局、气象局、水利局等多部门会商研判和调度指挥提供支持。

在构建具有预报、预警、预演、预案功能[8]的山区洪水防御智慧体系新要求下，山洪灾害预警信息平台需要集成耦合多维多时空尺度的降雨径流预报模型，构建产汇流模拟仿真平台，加强对山区水库入库水量的监测预警，实现水库防洪调度全过程的预演，通过与实际汛情变化过程的综合分析，为优化防洪预案提供依据。