济宁市泗河流域智慧防汛建设实践_刘驰.pdf

2023.1济宁市泗河流域智慧防汛建设实践刘驰，苏晓辉，刘影（济宁市水利事业发展中心，山东 济宁 272100）【摘要】文章论述了济宁市泗河流域智慧防汛建设的主要内容，总结了方案创新点和成效。通过建设泗河流域智慧防汛，实现了对泗河全流域水资源的科学精准调度、集约利用，实现了“预报、预警、预演、预案”的智慧防汛应用。【关键词】泗河流域；智慧防汛；数字流域；智能预报【中图分类号】TV87【文献标志码】A【文章编号】1009-6159（2023）-01-0024-02济宁市地跨黄淮两大流域，境内有流域面积50 km2以上的河流 109 条、堤防长度 3 511 km、大中小型水库 248 座、规模以上水闸 153 座、重点拦河橡胶坝 34 座、泵站 1 923 座。济宁市位于南四湖流域最下游，承接着 4 省 8 市 34 个县的客水，水旱灾害防御工作举足轻重，特别是泗河流域，水库、河道、湖泊、蓄滞洪区等各类防御工程门类齐全、数量众多且地理基础条件整体偏差，历来是区域水旱灾害防御的重中之重。近年来，济宁市以水利高质量发展为契机，依托物联网、大数据、数字孪生等技术进行信息化建设，全力提升水旱灾害“四预”能力，实现智慧防汛，取得了阶段性成效。1主要建设内容1.1完善硬件设施1）完善水文设施，在重点河道断面及主要支流汇入口处设置流速、水位监测设备共计 17 处，其中雷达流量计、雷达水位计 3 处，视频测流设备 10 处，拦河闸坝生态流量监测站 4 处。2）完善闸坝监测与控制设施，在泗河 4 座拦河闸坝及 5 座大中型水库溢洪道闸进行现地自控设备改造；对流域内 19 处闸坝进行远程自动控制设备改造。1.2搭建基础支撑平台开发闸坝物联网、数字三维、专业模型及网络安全平台，打通业务数据壁垒，建立综合业务功能平台，进一步提升业务应用的智能化水平和能力，在业务应用支撑层实现整合共享，统筹实现各业务系统应用，适应水利业务应用变化的需求。1.3构建业务数据库综合利用倾斜摄影、实景建模、BIM+GIS 等多种技术手段，构建集水下地形、实景三维、三维地形等多源异构为一体的流域空间数字孪生底座。围绕流域防御相关的各类数据资源，构建系统运行业务数据库，建设全流域下垫面空间、视频图像、专题场景等数据库。1.4建设数字流域济宁市流域数字场景建设包括流域数字场景、河道精细三维数字场景、重点水利工程实景模型以及 BIM 模型 3 个部分。采用无人机（船）航测数据进行三维建模，河道水面以上采用高精度雷达+倾斜摄影，水下部分断面采用无人船航测。构建泗河数字流域场景（110 000）2 356 km2、河道三维数字场景（12 000）308.5 km2、水下三维数字场景 44 km2。1.5应用系统开发1）水雨情信息采集。对于泗河、大中型水库、湖泊进行实时水雨情信息采集与水文情报预报，提高准确性和时效性，及时提供实时水情信息和流域、区域、河段汛情、水雨情综合分析成果等，为各级防汛指挥部门开展防洪调度与抢险救灾提供科学依据。2）洪水预报及洪水演进分析。根据业务需要收稿日期：2022-08-10作者简介：刘驰（1978），男，高级工程师山东水利24DOI:10.16114/ki.sdsl.2023.01.0232023.1确定洪水预报模型开发任务，包括新安江三水源蓄满产流模型、P+Pa 降雨径流相关图模型、滞后演算汇流模型、地貌单位线汇流模型、经验单位线汇流模型、马斯京根河道演算模型等水文模型。预报模型开发建设任务主要包括模型研究、参数率定与移植、模型软件化及封装、预报方案构建、预报系统开发与集成。模型均采用标准化接口封装，模型与数据分离、模型与服务方式由业务平台模型服务来管理。洪水预报主要包括自动洪水预报及人工交互洪水预报两种方式。两种预报方式可以同时运行，预报结果可以进行比较。自动预报按照河系定义设置的预报站点和预报方案，程序自动逐一完成各方案和模型的预报计算。自动预报既可实现定义河段各预报站的全自动预报，也可由预报员对预报站的计算结果进行交互修正确认后，再转入下一站的预报，自动预报所采用的模型均为系统缺省配置，预报员无需进行选择。人工干预交互预报由预报员自行选择预报站点，选择已配置的预报方案和模型，完成选择方案和模型的预报计算，并嵌入实时校正功能，对计算结果进行校正。济宁市重点研发了泗河全流域（144 个小水库、5 个大中型水库、14 个闸坝、1 个蓄滞洪区共计 2 356 km2）集成降水产流汇流演进全过程模型，实现气象水文、水文水力学耦合预报以及预报调度一体化，并针对泗河重要支流小沂河、险河、石漏河等研发预报模型。优化流域内 16 个水库与河道断面洪水预报方案，尼山、西苇、贺庄、龙湾套、华村、尹城 6 座水库站分别编制新安江三水源蓄满产流模型+地貌单位线流域汇流模型洪水预报方案。泗河黄阴集大闸、泗水大闸、红旗闸、龙湾店闸 4 个闸坝站，泗河大石桥、波罗树 2 个新建断面分别编制区间新安江三水源蓄满产流模型+滞后演算流域汇流模型洪水预报方案，上游根据站节点采用马斯京根河道演算模型。此外，根据 淮河流域济宁市实用洪水预报增补方案，尼山、西苇水库，书院、马楼水文站及南四湖上、下级湖分别编制P+Pa 降雨径流相关图模型+经验单位线汇流模型的洪水预报方案。为制作南四湖南阳、微山岛 2个水位站预报，特编制水位相关经验模型的洪水预报方案。综合考虑流域内水工程、下游南四湖顶托、蓄滞洪区的调蓄作用等影响，通过建立模型模拟生成洪水演进时空分布过程，实现对特定量级或实测洪水在流域的实际演进情况的展示，从而为预报预警、辅助决策和防灾减灾提供更好的技术支撑。3）防汛形势研判。结合水雨情监测、洪水预报、水利工程运行、河道形势变化与防汛安全检查情况，实现水文中长期预测，对流域内总体形势、汛前形势、洪水防御期间形势进行研判。按照未来 3 d 天气预报滚动预报全流域水情，预报调度耦合，建立了以流域为单元的洪水预报体系，有效延长了预见期。4）预警发布。为各级水行政部门提供洪水预警相关各类信息查询的综合汇总平台，实现相关信息均可以由该平台实现查看与对接。提供历史预警的查询与回溯，实现操作留痕与系统统计、分析。5）联合调度。针对济宁市 5 座大中型水库和泗河沿河闸坝及南四湖上、下级湖的多库多工程联调联控体系，对中小流域的水文特性、水文预报及洪水调度的现实需求，在耦合精细化降雨预报的基础上，综合应用分布式水文模型、水库调度模型开发中小流域水库群智能调度与决策支持系统。6）抢险方案。构建各类险情的数字化抢险技术方案，根据上报险情一键匹配抢险专家和备选抢险技术方案，通过险情分析和综合研判，确定工程应急处置抢险方案，生成抢险物资和抢险队伍配置及调运方案，下达调令并进行物资队伍和抢险进展的实时跟踪。并根据险情可能影响的范围，规划群众避险路线。2创新与成效2.1方案创新点1）基于气陆耦合模式的洪水预报与实景三维结合的洪水预警技术。融合气象预报、实时水雨情、流域下垫面、工程状态等信息，针对流域不同下垫面，集成新安江、马斯京根河道演进、地貌单位线等多种模型，建立洪水预报算法模型库。根据高精度遥感数据和数字高程模型，结合水域内水利、水文工程设施三维建模，生成三维流域叠加水体景观图，对流域内洪水运动进行动态三维模拟预演。（下转第 28 页）刘驰，苏晓辉，刘影：济宁市泗河流域智慧防汛建设实践252023.1（上接第 25 页）2）视频测流技术研制应用。采用多项智能感知设备，利用智能算法进行多重应用。研发智能网络摄像机智能算法、图像识别等功能，实现汛期防洪调度及洪水演进的实时监测。研制视频测流在温带季风区山区应用逐步完善传统河道测流技术。3）水库安全预警分析和管理模式新探索。济宁市小型水库数量众多，新的监测预警模式弥补了小型水库安全监管中诸多缺陷。基于雨量、水位、渗压等智能传感，建立水位、渗压等多条件判断的触发预警系统，支撑小型水库巡视检查、预警发布、责任监管等应用。2.2建设成效1）提升预报精度。多种预报方案同时预报，并考虑上游水库蓄水、干流水闸拦蓄、生态流量要求，真实还原流域产汇流过程。通过多种技术手段，实现流域精准化预报。2）提前 3 d 洪水预报。与气象部门降水预报成果进行耦合，提前 3 d 预报流域未来洪水情况。提前规避风险、制定预案，为推进防汛减灾、水资源调度、慧化决策提供支持。3）智能预报场景。根据设定时间或者条件，自动运行洪水预报系统，并根据预报成果进行预警，以应对突发性洪水的风险。同时提供不同模型方案分析、统计、优选等功能，协助预报员对预报成果进行修改调整、会商和发布。4）基于“一张图”的理念，提高抢险各要素的可视化，统筹险情处置过程的记录，形成宝贵的险情处置大数据，为后期抢险数据挖掘价值提供基础。3结 语泗河流域智慧防汛建立“空天地”一体化的物联感知网，运用云计算、大数据、人工智能学习算法等实现洪水预测自动学习修正、智能训练、优化迭代，极大提高了后期预测预报精度；实现了基于实时监测数据与动态修正模型相结合的会商与决策，完成了多个分散且有关联模型的无缝耦合，可预测任意河道断面的水位过程及超警戒保证水位范围的变化过程。智慧防汛运用新一代信息技术提升了流域防洪减灾应对及决策能力，实施智慧水务建设是水利高质量发展实施必由之路。（责任编辑 崔春梅）极探讨出台与其他地下水管理部门的协作机制。对照 水法 取水许可和水资源费征收管理条例 的处罚规定，条例 在地下水取水工程未安装计量设施的，计量设施不合格或者运行不正常的，侵占、毁坏或者擅自移动地下水监测设施设备及其标志，地下工程建设对地下水补给、径流、排泄等造成重大不利影响和措施方案未备案等方面，加重了处罚力度，指明了重点监管的方向。滕州市通过多年来最严格水资源管理制度的施行，取水秩序和用水市场已日趋规范，自 2009年水务系统综合执法改革以来，历经多次水务执法整合和磨合，多次开展城区自备水源综合整治活动。20182019 年，重点开展了全市规模的非农自备水源综合整治活动，基本肃清了全市地下水取用乱象。滕州市地下水监督处罚形成了联合巡查发现问题梳理、取证反馈相关部门甄别定性行政执法程序办结移交司法部门的多部门协同流程。下步，将在优化流程的基础上，积极探索出台从源头巡查到最终办结的规范性文件和实施细则，将地下水管理监督处罚流程纳入政策体系。6结 语条例 充分说明了国家对地下水资源管理工作的重视程度。从顶层设计明确了地下水管理今后乃至一个时期的工作方向和任务目标，也构建了地方各级管理的法定模式。通过解读和思考，地下水管理工作依然任重道远，迫切需要地方人民政府和各职能部门对标对表，积极健全相关管理体系、制定出台政策文件，切实用好 条例 这把尚方宝剑，为今后的地下水管理工作提供强有力的政策保障和行动指南。参考文献1杜丙照.贯彻 地下水管理条例 依法强化地下水监督管理J.中国水利，2022（6）.2于琪洋.强化节水优先 严格取用水监管 促进地下水可持续利用J.中国水利，2022（6）.（责任编辑 张玉燕）郭冉，张利，袁江河：滕州市地下水管理探讨28