中国百强县之首：昆山市水文现代化探析

2024-03-20陆建伟刘国平周子江顾林森沈利赵万嵘

中国水运 2024年1期

陆建伟 ,刘国平 ,周子江 ,顾林森 ,沈利 ,赵万嵘

（1.江苏省水文水资源勘测局苏州分局，江苏苏州 215011；2.昆山市水务局，江苏苏州 215300；3.苏州市防汛防旱指挥部办公室，江苏苏州 215011；4.苏州市水利水务信息调度指挥中心，江苏苏州 215000）

水文现代化是水文事业从传统向现代转变的关键过程，具有阶段性特征，也是国家现代化和服务业现代化的重要组成部分。其核心在于水文业务科技的不断进步和升级换代，动力来自科技进步、应用服务和制度的创新。作为基础性社会公益事业，水文现代化应更加注重提升公共服务能力和满足公共需求[1-4]。

中国水文现代化发展经历了四个阶段：初期建设（20世纪50 年代-70 年代），重点建设水文观测网络和基础设施建设，大规模建立水文观测站，收集、整理和发布水文资料。技术引进与发展（80 年代-90 年代），引进国外先进水文技术和设备，遥感技术、GIS、数值模型得到广泛应用，自动化水文观测系统和远程数据传输技术提高观测效率和准确性。水文信息化与集成（2000年代-2010 年代），加强水文观测数据的数字化处理和管理，完善水文数据库建设和共享，建立水文预报和洪水预警系统，提高防洪减灾能力。一体化水文监测与管理（2010 年代至今），整合多种手段实现全面、高效监测，加强水文观测站网络建设和升级，提高数据传输和共享能力，注重水文预报和水资源管理的智能化应用，提升水文决策精准性和效率。

1 昆山市水文发展现状分析

1.1 区域概况

昆山市是百强县之首，地处江苏与上海交界，是长三角绿色生态一体化示范区重要组成部分。境内河道纵横，湖荡众多，天然河湖水域面积比例达17.51%。全市共有河道2500 多条，其中流域性河道有吴淞江，区域性骨干河道有娄江-浏河、七浦塘等6 条，县域重要河道86 条，镇级河道112 条，村级河道2300 余条。全市共有湖泊38 个，其中19 个列入省政府湖泊保护名录。

1.2 面临形势和挑战

昆山市作为中国百强县之首，肩负着在社会主义现代化建设标杆城市的“争当表率、争做示范、走在前列”的新使命和新任务。在“强富美高”新图景的背景下，昆山水文紧密围绕“一体化”和“高质量”两个关键，致力于打造昆山水文现代化的标杆。然而，近年来经济的快速发展也带来了污染负荷加重、水体不畅和水生态退化等问题。在这种背景下，如何秉持新发展理念，转变水文发展方式，加强水环境和水生态的监测预警等工作，以支撑水生态文明和乡村振兴建设，成为水文发展的重要内容。

近年来，极端水旱灾害频繁发生，超历史洪水的风险急剧增大。2021 年台风“烟花”导致昆山（二）、陈墓等水位站超历史最高水位，这对昆山市的水利工程和防汛调度应对能力提出了全面的检验。为了应对这一挑战，昆山水文工作需要完善流域、区域、县域和镇村河流以及城市防洪排涝等水文站网体系，提升水文现代化监测水平，并加强水文预警、预报和预测能力，同时提升水文监测应急处置能力。这些举措将进一步支持昆山市在水旱灾害防御方面的工作，为昆山水文工作带来新的挑战。

1.3 现状和存在问题

（1）发展现状。截至2020 年底，昆山市共设立了443 个各类水文测站，包括水位站、雨量站、地下水自动监测站、水质人工监测断面和流量巡测断面等。其中，苏州市水文分局管理的测站有132 个，其中包括6 个基本站、72 个流量巡测断面、44 个水质人工监测断面和10 个地下水自动监测站。昆山市水务局管理的水位站有311 个，共享气象部门的雨量站有38 个，环保部门的水质站有109 个。昆山市的流量监测主要以巡测方式为主，水位和雨量数据采集采用自动化测报方式。然而，在信息传输方面，苏州分局和昆山水务局的监测数据尚未实现互联互通。

（2）存在问题。目前，昆山市的水文站网布局尚不够完善，存在监测空白区域。水位站主要集中在圩内河道，而圩外的流域、区域性骨干河道以及86 条重要县域河道缺乏监测设施。此外，昆山市与苏州市区、太仓、常熟和上海的行政边界断面也未进行水量和水质一体化监测。监测要素的覆盖范围也不全面，缺乏对流量、蒸发、水生态和水生境等要素的监测。因此，目前的水文监测无法回答昆山市面临的“有多少水？”的问题。此外，已建立的水文测站缺乏标准化建设，缺少标识标牌和水准点校核点等设施。大部分水文站没有统一的高程基准，因此无法回答“水从哪里来？到哪里去？”的问题。在水文业务方面，目前存在着缺乏核心专业模型模块的问题，导致水文的“预警、预报、预演、预案”等“四预”措施不够完善。此外，水文服务方面相对单一，缺乏面向政府和社会公众的产品化服务。另外，水文治理方面也缺乏专门的水文监测中心。

针对这些问题，需要进一步改进和完善水文站网的建设和管理，以及进一步加强水文业务的发展。首先，应加强专业模型模块的研发和应用，以提高水文预警、预报、预演和预案的准确性和可靠性。其次，应推进水文服务的多样化和产品化，为政府和社会公众提供更全面、实用的水文服务。最后，应建立专门的水文监测中心，以提升水文治理的能力和水文监测的效率。

2 昆山市水文现代化发展思路

2.1 目标与原则

（1）总体目标。建立“全覆盖、全要素、立体化”的水文监测体系、“自动化、智能化”的水文业务体系、“泛在化、多样化”的水文服务体系、“科技化、标准化”的水文治理体系。建成全面覆盖、全要素监测的全域立体水文监测站网体系，提升水文智慧感知能力，建成昆山数字孪生水网；服务于水旱灾害防御、水资源管理、水环境保护和水生态复苏，构建昆山智慧水利体系，以圩区为单元提升水情测报和智能调度能力，并发布丰富多样的服务产品；建立昆山水文监测中心实现精细化协同管理。将昆山水文现代化打造成为全国县级城市水文示范样板。

（2）基本原则。需求牵引，突出重点。紧紧围绕昆山市水文业务能力与经济社会发展之间的差距和需求，尽快解决水文站网布局不完善、监测要素不全面、水文监测能力不足、水文预测预报能力欠缺、水文服务水平低等突出短板，以扩大水文信息实时感知覆盖率和提高水文业务化水平为重点，按照轻重缓急，兼顾近期和长远发展，统筹规划，合理布局，全方位提高昆山市水文现代化水平。

理念现代，技术先进。大力推进物联网、区块链、边缘计算、人工智能等先进技术、手段和新仪器新设备在水文监测、水文业务和水文服务中的应用。提高水文监测智能化与现代化水平，提升水旱灾害防御、水资源管理等的“四预”能力，增强水文发展的动力和活力。

实事求是，因地制宜。从昆山市实际情况出发，考虑上压下顶中囤的防洪格局，以及塘浦圩田的水系格局，深入分析论证新技术新设备适用条件，施行“一镇一案”“一站一策”的适应昆山河湖特点的水文站网建设方案。

服务为本，开放共享。树立数据开放共享理念，系统谋划水文信息服务，推动水利行业内外、不同区域之间的开放共享与信息互通，为服务水利综合决策、科学调度、应急管理，服务经济社会多领域和社会公众等提供全面支撑，实现水文信息跨层级、跨地域、跨系统、跨部门、跨业务的协同服务，打造集约高效、多元立体的现代化水文服务体系。

2.2 重点任务

（1）站网体系。打造中国式现代化县级城市河湖全覆盖、要素全监测的样板示范。提升全市水文测站站网密度，实现流域性、区域性和重要县域级河湖水文站网全覆盖。加强乡镇行政边界断面主要河湖水量、水质监测全覆盖，并提升对水利工程、水利管理活动等监测能力，实现全市圩区骨干排涝闸泵站等水利工程监测全覆盖。同时，实现水位、流量、降水、蒸发、墒情、水质以及水生态、水景观等要素全监测，构建卫星、无人机、雷达等的空天地一体化、动静结合、点线面融合监测，达到区域全覆盖。此外，显著提升水文要素的自动在线监测能力，并全面完成昆山水文站点的标准化改造，以提高监测设备的自动化水平。

（2）业务体系。打造数字孪生水文站和数字孪生水网并举的示范标杆。提升立体智能感知能力，建成L2 和L3 级数据底板，构建数字孪生流域底座。构建昆山水文模型库和专家知识库，形成模型算法和知识库，建成江苏省首个数字孪生水文站，打造昆山市数字孪生流域示范区，以支持“四预”功能实现和“2+N”智能应用运行。

打造昆山塘浦圩田智慧防汛示范平台。在数字孪生流域基础上，通过洪水预警预报调度、分析评价、精准管控、决策会商等能力，全面提升防汛业务化应用。该平台将实现骨干河道洪水精细化预警预报，应用大数据和人工智能的新型预警预报技术，有效延长洪水预见期至72 小时。此外，平台实现了预报调度一体化，统筹河道、圩区、湿地、泵、堤、闸等调度应用。最后，全市骨干河段实现三维可视化模拟，实现骨干河道洪水过程的模拟推演和数字流场映射。

（3）服务体系。建立健全面向社会需求的水文公共服务机制，推动水文服务向纵深发展，拓宽服务领域，提高服务水平。完善面向水利、应急、自然资源、生态环境、农业、气象、交通、旅游等部门的水文服务产品，形成“智慧水文+”服务模式。面向公众发布河湖健康指数、重大水文事件和预警预报等信息，提升水文公众服务能力。

（4）治理体系。全面提升水文治理能力，成立市县双重管理的水文监测中心，形成“省、市、县、乡镇”四级管理模式，实现精细化管理、专业化分工、市场化运维、社会化服务。形成苏州市水文分局专业技术支撑、昆山市水务局行业管理、乡镇水事综合服务中心监测运维相互融通的人才队伍。建立多层次、多渠道的水文投入机制，并推进昆山市与苏州市、太湖局等之间水文数据互通共享。加强水文科技创新，建立开放共享机制，广泛开展科研合作。

推进水文文化建设，构建昆山水文化教育示范基地，建成水文化教育基地，加强水文化宣传教育，传承和弘扬新时代水利精神。加强水文科普和宣传工作，充分利用互联网、电视、报刊、展示馆等传播载体，讲好水文故事，宣传水文法规规章，科普水文知识。

3 昆山市水文现代化实践与案例分析

3.1 水文站网体系

（1）加强防汛抗旱监测站网建设。补充建设圩区、重要乡镇城市内涝监测站，提升城市防洪排涝监测预警能力。完善骨干河道、县乡重要河流、重点湖泊水位监测站点，加强水利工程防洪水文监测能力。推进地方站网衔接，共享信息，拓展完善水文防汛防旱站网布局体系。在骨干河流及阳澄湖、傀儡湖等新建11 处圩外流量站，25 处圩外水位站。新增14 处圩外流量站，新增19 处圩外水位站，水位站主要分布在吴淞江与其他骨干河道交汇处。在15 条骨干河道（支浦江、界浦港、大直港、新开河等）及淀山湖群新增11 处圩外流量站、41 处圩外水位站。对其中150 处骨干河道水利工程进行水情实时监测建设，并逐步推进骨干河道水利工程水文（水位）自动化监测建设。新建城市内涝监测站47 个，提高城市防洪排涝预警覆盖范围和能力。规划在每个乡镇建设GNSS 雨量站1 个，以提升降水预报能力。

（2）完善水资源监管监测站网。通过昆山市界断面河道水量精细化监测、市界断面骨干河道水量水质一体化监测以及重要河湖水生态监测完善昆山市水资源监管监测站网。在省、县界主要河湖断面实现全覆盖自动水量水质一体化监测，其中县界断面13 处、省界断面7 处。保障水源地供水安全，加强突发性水污染事件的监测与预警，重点强化上游水质、流量监测，在娄江国考断面处、巴城湖国考断面处水质水量一体化监测，南北中心河-淀山湖交汇处、东西中心河-淀山湖交汇处和白蚬湖建设水质监测。围绕阳澄湖、澄湖、淀山湖、傀儡湖、陈墓荡、长白荡、商鞅湖等重要湖泊建设水生态监测站网。

3.2 水文业务体系

利用构件、微服务等技术，组建昆山市标准模型库、学习算法库、机器认知库、知识图谱库等，建设数据服务中间层，为智慧防汛“四预”业务、水资源管理与调配业务以及河湖长制业务等提供标准化数据服务。

建立与太湖流域管理局、苏州市水文分局、上海市水文总站等水文部门，以及气象部门之间的联合监测预报预警、信息共享和耦合机制；充分应用全市水文监测数据，并基于上游河道来水、多源降水数值预报，集合水文水动力学模型和大数据驱动模型，开展全市全流域、无缝隙、精细化、智能化洪水模拟、预警预报。并将预警预报从水文站延伸到沿河重要乡镇、水利工程，加强预报成果与防护对象相结合的风险分析，推进由“点”扩充到“线”和“面”的精细化预报，为新时期防灾减灾和水资源管理提供科学支撑。

利用卫星遥感、视频监控、互联网、大数据等新技术，加强遥感动态解译、视频智能分析及舆情自动分析预警，实时动态监测水域岸线基本情况，在环阳澄湖巡测线、苏沪边界巡测线开展河湖管理保护应用示范工作。

3.3 水文服务体系

（1）专业化水利行业服务。紧扣水利中心工作，完善水旱灾害防御、城乡安全饮水、河湖长制、水资源管理保护、水环境水生态修复等专业化服务支撑。加强水文监测信息汇集，构建水文数据“一张图”，推进水文信息共享互通。整合河湖水量水质监测、主要河湖生态监测等数据信息，自动生成水资源分析评价报告。发挥水利数据中心作用，加快应用互联网、大数据、物联网等新兴技术，建设水情、预报、调度、服务综合业务平台，实现省市乡镇四级信息和业务协同共享，提升政务服务效能。

（2）构建符合社会需求的水文公共服务体系。面向各级水行政主管部门、涉水部门、科研机构等服务对象，提供覆盖水文分析计算、水情预测预警预报、水质分析评价、水生态监测预警、会商决策、水资源管理等多样化、个性化的水文服务产品。提供面向公众日常生活的水文服务产品，做好水旱灾害水文预警社会化服务，提供全市主要江河、湖泊、水库以及中小河流实时水文信息，向公众发布重大水文事件和预警预报信息。

3.4 水文治理体系

以共建共管共享机制为核心，成立江苏省水文水资源勘测局昆山监测中心，推动水文服务融合地方发展进入新阶段。昆山市水事综合管理中心各区镇管理站同步增挂水文服务站，打通苏州服务体系最后一公里，为进一步提升水文的支撑保障水平搭建了平台、提供了路径。

加强水文文化建设。基地将运用VR、元宇宙等技术建成中小学生水文教育基地、市民水科学体验园、水文行业教育和党员教育基地，展示流域水文发展成就，传承发扬昆山水文历史文化，打造水文服务品牌。同时，建设水文化科普基地（实验站）中，通过数字孪生水网模型平台，加强水文科学实验和科普宣传。在周庄、千灯2 个景区开展景区水文示范站建设服务，向社会公众展示实时水情及气象信息。此外，还将建设和谐、优美、文明、具备昆山水乡特色的水文测站，采用祥云图（浪花图）的标牌设计改造昆山水文站的标识牌，宣传昆山的传统文化和水乡文化，将水文化融入水文现代化建设。