水文站水情信息化建设探析

郑玉峰，王永福，丁仕程

（河北省唐山水文勘测研究中心，河北 唐山 064100）

水文工作是一个传统的行业，距今已有上千年历史，是研究水体在地球不同空间位置的形成过程和运动变化规律的活动。水文是水利建设的技术基石和尖兵，是防汛的耳目和参谋，是水资源管理和保护的前沿哨兵，也是经济社会进步发展的基础。水文工作连接着人民的生命财产安全，维系着工农业生产的顺利进行，关系着经济建设的成败得失，是经济社会发展必不可少的一项重要基本工作。在水文事业中，最基层的单位就是水文站。水文站承担着水文工作最基础的业务，其工作质量如何能直接影响着水文事业的发展。水文站主要是收集河流的各种水文要素如水位、流量、含沙量、降水量、蒸发量等进行水情预报，为防汛抗旱、水利工程规划和设计、水资源合理开发与利用以及国民经济发展提供必不可少的科学依据。

当前世界信息化发展日新月异，水文站水情信息化建设是未来发展的大趋势，是水文现代化的基础和重要标志。水文站水情信息化是基于微电子和数字化形式的新型技术，通过全面利用计算机网络技术、通信技术、雷达技术构建出信息交流平台[1]，对水文信息进行采集、传输、存储、处理和利用，提高水文信息资源实时共享水平。水文站水情信息化系统建成后能提供实时的水情信息和详细的综合分析成果，及时预警、预报洪水信息，为相关部门和各级政府准确地拟定和实施防汛方案提供技术支撑。

1 背景和现状

面对严重、频发的洪涝灾害，水文站精心组织、周密部署、密切监测、滚动预报，为各级政府决策部门提供了及时准确的水文情报预报信息，为防汛工作的顺利进行作出了重要贡献，发挥了其他行业无法替代的作用。随着新时期治水思路的调整，为适应水利发展和践行大水文观，面对水利工作的新形势和新任务，发展水文信息化成为水利现代化建设的重要课题。为深入贯彻落实“以防为主、防重于抢、抢重于救、常备不懈”的防汛抗灾总方针，必须始终牢固坚持践行以人为本的核心价值观，以有效维护和安全保障广大基层人民群众的生命财产安全为第一要务，有效地准确防范特大洪水所直接带来的自然灾害。为此，水文站必须对河流进行合理的洪水风险分析，科学研制和应用防洪安全预警系统，提出相应的防洪保安对策，让“智慧水文”蓝图早日变成实景。

当前，河北省唐山地区的小定府庄水文站在水情信息化建设方面亟待改善，主要因为水情信息涉及的数据资料较多、对有些数据资源的收集较为困难。如果继续采用传统的信息传输和处理方式，必然会影响到数据信息的及时性和完整性。目前，该水文站能够实时、定时、连续地监测水情参数，实现时间上、空间上提供水情信息的要求，但是提供的常规水情信息未经过深层次的分析和加工，不能满足经济社会发展的需要，所以必须建设水文站水情信息化系统，实现水情信息资源处理和共享，实时发布水情信息，满足政府部门及时掌握准确的水情信息和综合分析成果的需要[2]。

2 任务和目标

历年来的防汛事故和应急处置经验表明，在有效抗击洪水的情况下，非工程防洪措施对于防洪和抢险救灾具有举足轻重的作用，在确保广大人民群众生命财产安全与社会经济的可持续发展、尽量减少洪涝灾害损失方面都具有重要的意义。因此，迫切需要建立一个高效、可靠的水文站水情信息化系统。该系统建成后可以实现各种防汛信息的数字化和资源共享，对于相关的信息可以实现自动采集、实时传输，并对大量的数据资料进行综合管理和分析处理，以提高洪水预报、防汛调度等工作的科学性、准确性与及时性，使水文站的水情信息化建设进入现代化管理时代。

2.1 任务

若在小定府庄水文站建设水文站水情信息化系统，则可以把所收集的数据信息进行合理整合，这种整合是按照科学性原则进行的，方便管理和维护，从而实现资源的优化配置。当下小定府庄水文站配备的新仪器和新设备收集的数据信息还没有被直接利用，如果把这些数据信息直接接入水文站水情信息化系统，既可以减小人工操作出现的误差，也可以解决时效性问题，使工作人员对各种数据资源进行及时、快速、高效处理，提高信息资源交流和共享效率。目前小定府庄水文数据还不能实现实时化分析、汇总和计算，更不能按照预期设定的格式将报表进行输出。小定府庄水文站水情信息化系统建成后，可以对水文信息资源进行准确搜索、加工和整理，增强数据信息处理的高效性和时效性，确保信息的真实性和合理性；同时，可以实现水情工作的科学调度，确保在最短时间内完成快速响应，尤其在应对突发问题时可以明显提升决策效率。

2.2 目标

要想做好现代水利防汛工作，必须首先实现水情信息化建设工作，不断提高水情信息数据的收集处理效率，利用先进的信息化技术不断提升水文防汛工作的质量。小定府庄水文站水情信息化建设目标是能够实现水情监测自动化、信息采集立体化、传输数据网络化、数据处理智能化、分析预测专业化、管理决策规范化。小定府庄水文站配置的新仪器新设备能够自动测量和传输水文要素，确保控制径流范围内的雨情和水情数据可以直接接入数据库。当确定传输的数据进入数据中心时，结合所创建历史数据和水文站基本数据，就能掌握任何地点的水情信息，并可分析出未来的变化趋势。根据分析成果，水文站水情信息化系统就可以推演出未来的水情信息：洪峰什么时候出现、洪峰流量是多少、洪峰的持续时间以及洪水的淹没范围等。当导出一份成果报告，就可以通过分析得出相应的对策和建议，上报政府部门制定、实施精准方案。

3 系统组成

随着现代化科学技术的不断发展，水文站水情信息化技术打破了传统水文技术的弊端，进行了大量的创新和改进工作。水文站水情信息化建设，从实质上不断优化水文数据，利用现代化科学技术手段扎实做好切合实际的水文信息基础工作。结合小定府庄水文站水情信息化建设现状，拟采取如下措施建设水文站水情信息化系统。

3.1 采集系统

建立实时水文测报系统，必须采用国际上精度较高的雷达、ADCP 先进仪器，依据遥感技术，从静态向动态，从定性向定量，实现水情信息实时自动采集。水文站的水情信息化系统建设的主要目标就是在每一条河流上建立起雨量、水位、流量的数据采集系统和实时监测系统，采用“3S”技术、计算机互联网技术、遥感远程技术、数据通信技术、数据采集及其他各类传感器的测量技术，把河流沿线连成一个整体，统一运行、监测和采集，以实现安全、稳定、可靠的数据信息采集管理。

3.2 接收处理系统

设计开发水文信息接收处理系统，快速准确地收集雨水情信息，实现信息及时查询、分析，为防汛调度提供宝贵时间。该系统还要根据区域内河流的具体情况和特点，利用工程水文、城市水文、随机水文、模糊水文、分形结合、灰色系统等技术，采用历史洪水分析、槽蓄理论等方法，研究河流设计洪水包括洪峰、洪量及其洪水过程，并分析其成果的合理性。实时采取多变量洪水风险分析方法，根据“完全相关”与“独立相互”2 种特殊情况，采用模糊集理论，建立2 个参数进行加权和组合的概率模型，从对不同事件进行组合的概率理论出发，参照水文模型考虑洪峰、洪量及洪水过程，开展详尽的综合防洪风险分析。基于洪水传播、演进及淹没的模拟和对洪水风险的全面分析，研究并提出对应不同标准洪水、不同边界条件的防洪措施及建议，优化防洪对策。

3.3 输出系统

将实时采集的水情信息和经过分析处理的数据，采用图、表、声等多种媒体输出，使其直观、形象、详尽地呈现出来。由于水文信息量大、范围广、变化快，单纯靠传统的表格和文字方式来表述还不能满足要求，需借助GIS（地理信息系统）和5G 技术传输，依据河流区域内地形地貌分布，建立平面二维洪水数学模型，开展不同边界条件与不同标准洪水的二维数值模拟研究。模拟出洪水演进及淹没状况（淹没范围、淹没深度、淹没时间、淹没过程等），编制洪水风险图。依据风险图，模拟出沙盘地形图，让洪水淹没范围、淹没深度、淹没时间、淹没过程等一目了然。根据河流流域情况研究洪水预报方案，建立洪水预报模型，并与洪水演进及淹没风险模型耦合连接，开发出防洪安全预警系统，为防洪安保提供决策依据。通过建立可视化会商系统，搭建高效率的信息化交流平台，保证水情信息的准确性、真实性、完整性，为决策提供依据，实现数字水文。

小定府庄水文站水情信息化系统就是将水文数据采集、视频监控、管理系统和安全风险防范体系进行有机组合，具有较强风险防范功能的整体性综合系统。该业务系统内容丰富、直观形象、易于操作，有利于相关领导及时了解到洪水状况，尽早作出判断，科学地研究制定出防洪安全预警方案和相应的防洪安保对策。

4 前景展望

综上，河北省唐山地区的小定府庄水文站水情信息化系统建成后能够迅速准确地完成对水情、雨情等各种防汛相关信息的采集、传输、储存和利用，灵活地以图、文、声、像等多种方式对各类防汛现场实时信息和防灾预测信息进行查询。通过对洪水预报、河道洪水演算、防洪工程系统联合调度、洪水灾害评价、安全风险评价等的仿真计算、监控分析，及时准确地作出洪水预报，提高洪水预报的准确性和预见性，实时制定并研究选择防洪措施。小定府庄水文站水情信息化系统的应用，使当地的防汛工作由经验防汛向科学迎汛转变。该系统全面提升了水文站的信息采集、传输、处理、展示和管理能力，为防汛决策与调度指挥工作提供了全方位的技术支撑，大大提高了防汛决策和调度指挥工作的正确性、及时性和准确性，从而保证了当地经济社会可持续发展。