水文信息化在巩乃斯河流域超历史大洪水中的应用

刘桃茹

（伊犁水文勘测局，新疆 伊宁 835000）

1 流域概况

巩乃斯河流域位于新疆维吾尔自治区西南部，为新疆伊犁河上游第三大支流。流域南北东三面环山，地势整体呈东窄西宽、东高西低的格局，流域内山脉也主要为东西走向，巩乃斯河流域与其支流恰甫河和周围山脉形成三山夹两川的特殊地形。

包括降雨和气温在内的气候条件和包括地形地质、土壤植被、冰川等在内的下垫面条件是影响流域洪水的主要方面。巩乃斯河流域洪水主要有融水洪水、暴雨洪水和混合型洪水三种，分别占当年水量的3.90%、6.40%和4.70%。

2 水文信息化建设及应用

2.1 水文信息化建设历程

具体而言，流域水文信息化建设主要分成三个阶段：第一阶段是2011～2013年，自治区政府提出全区流域水文测报信息化建设的设想，巩乃斯河流域开始着手筹划流域水文信息自动化测报系统的建设；第二阶段是2014～2018 年，巩乃斯河流域水文信息自动化测报系统基本建成的基础上，着手构建流域洪水、降雨、流速、流量等水文信息化系统。在这一阶段，流域管理局在全面分析巩乃斯河及邻近流域水文业务需求的基础上，全面梳理应用数据资源，推进水文业务重造和业务创新，将云计算、大数据、智能感知及物联网等技术应用于流域水文信息化建设，力图实现流域水文及信息资源整合共享，助推常规水文业务与信息技术的深度融合。水文信息化系统由智慧业务应用、大数据中心、基础设施及应用支撑等模块构成。第三阶段是2019年至今，流域水文信息化系统基本建成并运营，即以已建成的水文信息化系统为依托，以流域水文一张网、数据资源一个库、开放共享一平台、综合服务一站式为建设目标，构建起全新的流域水文信息化格局，打造流域水文运行管理新模式。

2.2 水文信息化系统应用成效

2.2.1 智能感知监测

巩乃斯河流域水文信息化系统主要服务于流域防汛，为此，该系统必须准确及时高效获取流域水位、降雨、流速、流量等信息并有效分析。该流域水文信息系统构建时按照传感器空间位置搭建起空天地全要素智能感知体系，借助计算机技术收集、存储、传输、分析观测数据并综合处理，得出流域超历史洪水预测、分析、决策、管理所需水文信息。

为实现流域水文全要素自动检测及智能感知，当前流域共设置各类水文监测站423处，基本实现对水位、降雨、土壤墒情的全自动监测，水面蒸发自动监测占比达到60%以上，流速流量自动监测占比达到32%。该水文信息化系统建成后自治区统一的水文水资源监测数据通信标准也相应建立，流域内主要报汛站水文信息可实时公网传输、卫星传输双备份；同时，智慧水文综合数据库的构建也使得流域水文遥测数据在省级中心统一汇编。在2021年巩乃斯河流域超历史洪水出现的7～8月间，水文系统自动采集各类水文监测信息逾千万条，监测数据20 min 入网率在98.90%以上，对于流域防汛决策起到了关键性的支撑作用。在流域河段支流溃口淤堤应急监测期间，卫星通讯、ADCP、自动水位监测站、雷达波测速仪、无人机浮标测流等智能感知监测系统在淤堤溃堤水位、流速、流量等监测中发挥了重要作用，也为淤堤封堵和顺利排涝提供了基础性数据。

2.2.2 水文业务支撑

基于云计算的流域水文信息资源组织及共享应用支撑平台具备实时监控、时空及信息场景等数据整合功能，还具备资源目录、信息标识、多级元数据、知识图谱等功能，可进行流域水文资源虚拟化组织，构建起流域水文大数据运行环境。

巩乃斯河流域管理局依托服务体系架构以及系统资源共享，应用支撑及业务服务应用支撑平台，统一开发出流域水文系统规范化业务运行组件，建设流域统一接收、运行维护、水文测验、质量管理等业务应用系统；同时构建起流域水文站网标准化管理应用系统以及水文资料整编、水情会商等业务支持系统，达成了数据统一整编、共享的水文资源整合发展新局面。

2.2.3 大数据分析

所谓大数据分析就是将前述所收集和获取的流域水文数据进行深加工，通过水文数据整理及整合生成含有多元信息的资料成果，对流域报汛防汛提供精准信息。2021 年汛期巩乃斯河流域依托基础水文数据、实时水雨情测报结果、气象及水文信息、山洪灾害调查结果、GIS空间地理信息，形成数据类型丰富的流域水文大数据系统，为流域洪水预警预测水平的提升提供了数据技术支撑，测报效率和精度显著提升，预警指标针对性更强，预见期也更长。2021 年全年流域水文信息化系统共发布洪水预警198期，山洪灾害预警310期，流域控制性水文站2021年洪水测报成果汇总见表1。

表1 巩乃斯河流域控制性水文站2021年洪水测报成果表

流域水文信息系统正式运行后在2021年汛期共发布流域水库172 站次，在水库拦泄洪、错峰及削峰方面起到了重要作用；汛期通过水库群联合调度拦蓄洪量达到19.20×108m3，并提供了流域超历史水位、控制性水利工程联合拦蓄等分析依据，也为流域管理局防汛抗旱指挥部防汛调度工作提供了数据支撑。北岸大渠引水枢纽2021年洪水调度情况详见图1，由图可知，7 月8 日测报的北岸大渠引水枢纽入库流量超1×104m3/s，流域一级支流恰甫水文站水文站于7 月9 日出现4 800 m3/s 洪峰流量，流域洪水叠加，则克台（二）水文站洪峰水位将超历史水位；8月9日起流域管理局根据预报调度系统所反映的气象、水雨情、控制性水利工程工情信息和历史水文数据，提出将北岸大渠引水枢纽泄量从3 500 m3/s降低至1 980 m3/s，达到了成功错峰的目的，使对应河段洪峰水位成功降低0.35 m，低于历史记录，为河段防洪安全提供了保证。

图1 巩乃斯河流域北岸大渠引水枢纽2021年洪水调度过程图

2.2.4 可视化会商

通过会商以提升水文信息化测报系统的测报精度。随着巩乃斯河流域水文信息化系统的不断发展，可视化会商系统的应用起到了重要作用，也使系统测报效率不断提升。流域管理局充分利用现有网络平台，通过数据、视频、语音的有机结合，构建起由流域水情中心和各支流7 个水情分中心所构成的异地视频会商系统，自治区、市专家可实时通过视频参与远程讨论、决策交流，解决电话等常规方式无法高效会商的弊端。

3 结论

综上所述，水文信息化是水文现代化的具体形式，新疆维吾尔自治区流域众多，洪涝灾害频繁发生，为防汛抗旱决策提供支撑是水文信息化建设的首要目的和主要职责。巩乃斯河流域依照自治区《智慧水利总体方案》所构建起的涵盖水文大数据中心、会商网络、智能感知监测、应用支撑平台等系统的水文信息化体系，在覆盖范围、测报效率和精度、自动化水平、预警预报分析等方面均较为先进，在2021年流域超历史洪水测报过程中取得了显著成功，也为自治区其他流域水利信息化建设提供了成功经验。