辽宁本溪市水旱灾害防御智慧化建设分析

辛冬梅

（辽宁省本溪水文局，本溪 117000）

0 引 言

辽宁本溪市处于中温带半湿润和半干旱季风气候区，全境以山区为主。在季风环境控制和地形影响下，雨量比较充沛，降水多为暴涨暴落型，山洪灾害频发。地方政府高度重视水旱灾害防御工作，修建多项防汛抗旱工程，以减少灾害损失，但依靠这种方式已难以满足新形势下本溪市水旱灾害防御需求。在此背景下，以水利部关于智慧水利建设的战略为指引，辽宁省智慧水利总体思路围绕本溪市实际需求，以物联网、视频采集、人工智能、大数据等先进技术为依托，建设具有智能感知、流域大数据、智能仿真、智能决策等方面功能的智慧化水旱灾害防御综合系统，促进当地智慧水利发展，增强区域水旱灾害防御能力。

1 本溪市水旱灾害防御信息化系统现状

目前，本溪市拥有2个水旱灾害类的防御信息系统，分别为本溪市防汛抗旱指挥系统和本溪市山洪灾害监测预警系统。

1.1 防汛抗旱指挥系统

本溪市防汛抗旱指挥系统为防汛会商全过程提供信息化支撑，实现了信息监视、预报调度、防汛会商、组织保障等环节的有机结合。对本溪市内及上游可控河流的雨水情、气象、视频、预警等信息进行综合监视，全面掌握本溪市防汛相关信息，及时、准确展现在会商现场，为决策人员提供参考依据；为防汛会商过程各个环节提供信息化支撑，实现网络会商办公，规范业务流程，提高会商效率。

1.2 山洪灾害监测预警系统

本溪市山洪灾害监测预警系统由辽宁省水利厅统一建设部署，是本溪市应用的水旱灾害主要业务系统。系统对本溪市气象、雨量、水文等监测站点统一管理，具有数据查询、统计等功能，辅助业务人员掌握雨量信息，对雨情、河道水情、水库水情、水工程运行情况等进行监测，并及时发布预警信息。

2 水旱灾害防御信息化建设的必要性

2.1 智能感知体系亟需建设

目前，本溪市虽然有包括水文、山洪、气象等测站323处，但是地面监测能力尚达不到数字孪生的智慧化建设要求，缺乏视频站，且相关感知设备类型单一。在新形势下，应以“四预”为中心，运用“空—天—地—网”一体化立体感知信息体系理念，借助卫星、无人机、位移传感器、水位传感器等丰富的感知设备，实现数据可视化功能，采集到的数据集成到水旱灾害防御平台工程当中，达到进一步提高智慧流域感知体系能力。

2.2 信息资源亟须整合

水旱灾害防御需要的数据类别多，存在基础数据不全面、数据标准不一致、内部整合不够、准确性不高等问题。同时，不同业务部门和不同层级还存在“重采、重存”现象，外部共享不足，部分业务紧密的行业相关数据还未能接入，制约了信息资源整体效益发挥。在智慧水利建设发展的条件下，水利大数据急需搭建大数据平台，实现统一管理、集中展示。

2.3 信息系统智慧化水平待提高

本溪市现已建成多个水利信息化系统，各平台信息共享机制不完善，业务融合不深入，不能全流程支撑业务工作；不同业务协同程度不高，难以满足管理精细化、调度决策智能化、发展现代化的迫切要求。同时，物联网、大数据、人工智能等技术尚未得到广泛应用，与“四预”要求仍有较大差距。

3 水旱灾害防御智慧化建设路径探析

智慧化水旱灾害防御信息化平台在本溪市智慧水利平台的基础上构建。

3.1 智能感知体系的建立

完善的“空—天—地—网”四位一体的感知体系，“空”感知即卫星遥感和导航定位，“天”感知即飞机、无人机等监测，“地”感知即地面平台（车、各类监测传感器）、无人船、水下机器人等监测，“网”感知即云平台、大数据管理，综合以上所述感知体系组成。结合本溪市水旱灾害防御工作实际，首先需充分利用已有监测设备，适量补充水位自动监测、视频机器人监测、水工程设施监测等设施，集成本溪市水文局提供的水情、雨情、流量测站等防汛信息综合管理系统和原有防汛抗旱应急指挥系统来获取防汛物资位置、视频监控等数据信息。

3.2 数字孪生流域平台的构建

数字孪生平台的数据资源主要包括基础数据、监测数据、业务管理数据、地理空间数据、跨行业共享数据等，构成了复杂的水旱灾害大数据，由于涉及数据采集、存储、处理、分析、可视化、安全保护等技术，在资金不充裕的条件下充分利用政务云平台建设资源平台是一项最优选择。模型平台是数字流域平台地基，适用的水利专业模型是运算成果的前提；可视化模型以倾斜摄影精细化三维实景建模构成，仿真模拟本溪地区的流域、水工程等。

3.3 水旱灾害防御“四预”智慧化系统建设

3.3.1 洪水预报

通过对重要河道或断面的水情、雨情、灾情等信息采集，结合洪水预报模型，实现气象水文耦合的及时准确预报。通过划分水文相应单元，对计算范围进行产汇流分析，以实时监测数据、历史数据、工程数据、气象预报数据等信息资源为基础，建立预报模型库与预报方案库，采用分布式预报方法，对预报断面洪峰水位、洪水过程线、洪量等洪水要素进行预报。

3.3.2 预警管理

在智能感知体系的支撑下，对流域“自然—社会”城市二元水循环进行全过程、全方位、立体化监控。在流域预报模型的支持下，分专题对流域未来水安全形势、风险进行预测分析并预警。完善预警发布机制，全面提高流域水利精细化管理水平，以及应对相关事态的提前预判能力和快速反应能力。其中，预警包括：雨量预报预警、雨量监测预警、河道水位预报预警等。

3.3.3 防洪预演

调度目标设定：针对河道洪水事件，根据现有规划，预设各河道不同类型、不同量级的洪水预演场景，确定重点保护对象、防护标准等，以保障河道洪水不漫溢、防汛物资合理调运、重点防护对象无洪涝风险等为目标，综合制定河道洪水预演调度目标。

预演节点设定：针对洪水预演，确定参与调度的监测站点、水利工程、人员调配等。参与调度的水利工程应守住安全底线，实现多目标协调优化，最大程度地减少洪涝灾害损失。

边界条件设定：根据社会发展需要、生态环境保护要求、水利工程现状条件等，确定参与调度的水利工程运行边界，明确安全运行阈值范围等，量化边界条件。

模拟仿真及可视化：基于数值模拟计算成果，调用数值模拟仿真引擎与可视化模型，对洪水淹没发展变化的过程进行三维可视化模拟，实现洪水实时、动态展示。采用先进的虚拟现实、增强现实等技术手段，实现对洪水演进等过程进行高保真和轻量化展示。根据调度模拟的结果，对流域淹没区域影响的社会经济、人口等方面进行统计分析及可视化。

3.3.4 预案管理

通过对预案信息、历史场景信息、业务规则等进行提取组织和挖掘，构建预案知识图谱，当发生洪水灾害时，系统可结合空间环境信息、应急资源信息、现场情况信息，对相关案例信息的智能检索和分析，形成洪涝灾害的应急流程与行动方案，为应急指挥调度提供支撑。

4 结 语

综上所述，当前水旱灾害防御工作应当与时俱进，注重大数据、人工智能等现代化技术的有效应用，建立更加及时、全面且精确的感知体系，完善应急通信体系建设，实现人机智能协调与信息多元表达等，从而切实提高水旱灾害防御水平，实现对区域内洪涝、干旱等灾害的提前预防，保证治理行动的科学性和应急措施的有效性。