強化水文監(jiān)測預報預警支撐安瀾長江建設(shè)

摘 要：經(jīng)過多年建設(shè)與發(fā)展，水利部長江水利委員會水文局基本建成了一套較為完善的水文監(jiān)測預報預警一體化支撐體系，并在多次流域性洪水測報中發(fā)揮了重要作用。本文結(jié)合2020年長江流域性大洪水測報實踐，在總結(jié)以往做法與經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，長江水文監(jiān)測預報預警體系存在的短板與不足，提出依托“五大體系”建設(shè)，全面提升水文監(jiān)測預報預警能力，從而更有力地支撐安瀾長江建設(shè)。

關(guān)鍵詞：水文監(jiān)測;水文預報;水文預警;安瀾長江

中圖法分類號：TV213.4? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? DOI：10.19679/j.cnki.cjjsjj.2021.0501

水文監(jiān)測預報預警是防洪減災重要的非工程措施之一。多年來，長江委水文局持續(xù)加強站網(wǎng)建設(shè)，不斷改進監(jiān)測預報手段，為守護長江安瀾作出了突出貢獻。進入新發(fā)展階段，流域防洪面臨新的挑戰(zhàn)。長江水文將牢固樹立以人民為中心的思想，堅持底線思維，強化風險意識，著力強化監(jiān)測預報預警能力，積極支撐水工程聯(lián)合調(diào)度，為安瀾長江建設(shè)貢獻水文力量。

1? 長江水文監(jiān)測預報現(xiàn)狀

經(jīng)過多年發(fā)展，長江委水文局基本建成了較為完善的水文監(jiān)測預報預警一體化支撐體系[1]，在站網(wǎng)布設(shè)、水文監(jiān)測、洪水預報預警技術(shù)等方面均得到了長足的進步。

1.1? 水文監(jiān)測站網(wǎng)

長江委水文局在重慶、武漢等地設(shè)立了8個外業(yè)勘測局。截止2020年底，在長江干流及重要支流布設(shè)了431個水文監(jiān)測站點采集各類水文信息，并與流域內(nèi)各省市水文、氣象及水庫管理等多個部門開展信息互聯(lián)互通，共享2.8萬余站點水雨情信息。長江流域已初步建成了集基本資料收集、水旱災害防御、水資源管理、水環(huán)境治理及水生態(tài)保護等功能為一體的監(jiān)測站網(wǎng)體系。

1.2? 水文監(jiān)測技術(shù)

（1）建立了自動化程度較高的感知體系

水位、雨量、蒸發(fā)、水溫等要素實現(xiàn)了自動采集、傳輸與處理。流量要素測驗手段提檔升級，從主要采用流速儀法、浮標法，發(fā)展到聲學多普勒測流、聲學時差法測流、視覺影像測流、掃描式雷達測流、單點雷達測流等[2]多方法兼用，自動化水平顯著提高，全局流量在線監(jiān)測比例已由2015年的11%提升至2020年的33%。泥沙測驗技術(shù)取得突破，實現(xiàn)了快速監(jiān)測，少量站點實現(xiàn)了在線監(jiān)測。

（2）建立了規(guī)范高效的信息處理體系

水文資料整編作業(yè)從“線下”升級至“線上”，實現(xiàn)了“日清月結(jié)”，水文信息處理的時效性及精度大幅提升[3]。2021年建成了全國首個標準化水文資料在線整編系統(tǒng)，該系統(tǒng)被遴選為水利部智慧水利先行先試的優(yōu)秀案例。

1.3? 預報預警技術(shù)

（1）開創(chuàng)了水文氣象無縫耦合漸進式預報技術(shù)

一是多尺度耦合，為適應(yīng)預報調(diào)度目標多樣化的需要，開展了短中期（1～7d）、延伸期（8～20d）及長期預報（月、季、年）等不同預見期的水文氣象預報。二是多方法融合，采用短中長期相結(jié)合、水文與氣象相耦合、逐日滾動與實時修正相融合的漸進式預報模式，顯著提升了預報精度和預見期。

（2）建立了長江流域預報調(diào)度一體化體系

發(fā)展河系、水工程和防洪對象的拓撲關(guān)系標準化構(gòu)建技術(shù)，建立流域預報調(diào)度計算體系，配合模型庫、調(diào)度規(guī)則調(diào)用和調(diào)度演算約束，對降水預報、降雨徑流、洪水演進及調(diào)度各模型進行無縫耦合，實現(xiàn)河庫（湖）聯(lián)動的預報調(diào)度一體化[4]。2018年以來，在長江防洪預報調(diào)度系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了耦合40座控制性水庫群、42座蓄滯洪區(qū)及流域主要控制站的預報調(diào)度一體化平臺，取得了較好的應(yīng)用效果。

（3）形成了長江水情預警發(fā)布體系

依據(jù)《長江水情預警發(fā)布管理辦法》，構(gòu)建水情預警發(fā)布體系，通過廣播、電視、報紙、網(wǎng)絡(luò)等媒體，統(tǒng)一向影響范圍內(nèi)各級防汛部門、航運部門、水工程管理部門、企事業(yè)單位及社會公眾等發(fā)布水情預警。

2? 長江2020年大洪水監(jiān)測預報實踐

2020年，長江流域發(fā)生了新中國成立以來僅次于1954年、1998年的流域性大洪水，長江上游發(fā)生特大洪水。長江干流發(fā)生5次編號洪水，流域198站超警戒水位，72站超保證，75站超歷史，應(yīng)急響應(yīng)87天。長江委水文局精心監(jiān)測、準確預報、及時預警，有力地支撐了流域防洪調(diào)度決策，顯著地減輕了防洪壓力，發(fā)揮了巨大的防洪效益[5]。

2.1? 洪水監(jiān)測

（1）信息采集

在長時間、高強度的防汛測報中，制定嚴密的監(jiān)測方案和應(yīng)急監(jiān)測預案。高洪期間，充分應(yīng)用傳統(tǒng)方法與先進儀器設(shè)備開展高洪監(jiān)測，并根據(jù)需要加密測次。高洪水文數(shù)據(jù)及時收集、及時傳輸，做到了“測得到、測得準、報得出、報得及時”。特別是長江上游特大洪水期間，克服高泥沙、高流速、多漂浮物等惡劣水情條件，及時開展高洪應(yīng)急監(jiān)測，搶測了寶貴的高洪流量資料。

（2）信息處理與報送

開發(fā)了長江水文監(jiān)測管理移動工作平臺，集成測驗、計算、校審、分析處理、存儲等功能，實現(xiàn)了洪水測驗業(yè)務(wù)的在線管理，大幅提高工作效率。所有水雨情信息在20分鐘內(nèi)到達流域水文預報中心，在30分鐘內(nèi)到達水利部，準時到報率達98%以上，為上級防汛決策提供及時、準確的水文信息支撐。

（3）新技術(shù)應(yīng)用

在上游特大洪水期間，廣泛開展掃描式雷達、點式雷達等非接觸式新設(shè)備、新技術(shù)比測試驗。其中，寸灘站采用掃描式雷達監(jiān)測的流量與流速儀、ADCP相比，相對誤差在6%之內(nèi)。北碚、朱沱等站采用光學濁度儀現(xiàn)場測驗懸移質(zhì)含沙量，采用激光粒度分析儀快速分析顆粒級配，泥沙測驗時效性大幅提升。

2.2? 洪水預報預警

（1）預報調(diào)度

利用預報調(diào)度一體化平臺，通過短中期降雨預報同延伸期預報結(jié)合，有效提高預報精度的同時延長預見期。在4號、5號洪水期間，提前6d預報將發(fā)生4號洪水，提前7d預報將發(fā)生5號洪水，精準預報出三峽水庫入庫洪峰流量，預報誤差僅3.3%、1.3%;提前2～5天預報中下游各站超警時間，提前2～4d預報蓮花塘站超保時間，其中蓮花塘站多次洪水過程的洪峰水位誤差在0.01～0.07m;通過精細化的預報調(diào)度，顯著減輕了流域防洪壓力，避免了荊江分洪區(qū)的啟用。

（2）洪水預警

創(chuàng)新信息發(fā)布手段，豐富信息服務(wù)內(nèi)容，面向社會及時提供信息服務(wù)。大洪水期間，發(fā)布長江干支流主要控制站洪水預報94期，發(fā)布洪水預警35次，發(fā)布相關(guān)微信公眾號36期，累計閱讀量達32萬人次。

2.3? 存在的主要問題

對標長江委新時期發(fā)展戰(zhàn)略和服務(wù)流域經(jīng)濟社會高質(zhì)量發(fā)展的新需求，長江水文監(jiān)測預報預警體系還存在一些短板與不足。

（1）站網(wǎng)布局不盡合理。部分區(qū)域還存在監(jiān)測空白區(qū)或密度不足問題，尤其是風暴潮監(jiān)測站點嚴重缺失，河道崩岸方面站點明顯不足。

（2）高洪測驗能力不足。針對漂浮物多、流速大、高含沙量等特殊水情以及超標準洪水的監(jiān)測能力仍顯不足，測驗方式方法有待改進。

（3）洪水預報預見期不夠。面對長河系、多阻斷、江湖關(guān)系復雜的流域水情形勢，面對巨型水庫群跨區(qū)域、多目標聯(lián)合運用的調(diào)度要求，洪水預報精度和預見期仍難滿足要求，支撐“四預”的能力還有待提升。

（4）預警服務(wù)水平有待提升。預警內(nèi)容、預警方式及公眾對預警的認知度等方面還需不斷完善和提高。

（5）洪水測報智能化水平不高。機器學習、深度學習及大數(shù)據(jù)等新一代信息通信技術(shù)在洪水測報中應(yīng)用不足，多元信息集成和融合能力還有待提高，智能化水平亟待加強。

3? 構(gòu)建“五大體系”，有力支撐安瀾長江建設(shè)

當前，我國已進入第二個百年的發(fā)展階段，“十四五”新征程已經(jīng)開啟。長江委水文局將深入貫徹“十六字”治水思路和“兩個堅持、三個轉(zhuǎn)變”防災減災新理念，堅持目標導向和問題導向，以“補短板、強支撐、優(yōu)服務(wù)”為工作主線，持續(xù)深化“四個水文”，依托“五大體系”建設(shè)，全面提升水文監(jiān)測預報預警能力，有力支撐安瀾長江建設(shè)。

3.1? 建設(shè)功能完備的站網(wǎng)體系

站網(wǎng)體系是基礎(chǔ)。統(tǒng)籌流域與區(qū)域，兼顧專業(yè)與行業(yè)，立足水安全保障，建設(shè)站網(wǎng)功能齊全、空間布局合理、共享機制完善的現(xiàn)代化流域站網(wǎng)體系。在支撐“安瀾長江”方面，重點工作包括以下幾方面：（1）補充建設(shè)大江大河和重要支流水文測站，完善水文骨干站網(wǎng)空間布局。（2）建設(shè)西南諸河出境控制站，填補其站網(wǎng)空白。（3）加強行政區(qū)界水資源監(jiān)測、重要河庫水生態(tài)流量管控斷面、重要調(diào)水工程引退水站網(wǎng)建設(shè)，為水資源管理提供支撐。（4）在重要斷面增加水生態(tài)監(jiān)測項目，為強化生態(tài)流量管控及水生態(tài)保護提供支撐。（5）建設(shè)長江口風暴潮監(jiān)測預警中心、長江河道崩岸監(jiān)測預警中心，健全長江水災害監(jiān)測預警體系。

3.2? 建設(shè)透徹感知的監(jiān)測體系

監(jiān)測體系是關(guān)鍵。強化自主創(chuàng)新與新技術(shù)應(yīng)用，深化多種監(jiān)測手段的互補耦合，提高感知能力、豐富感知內(nèi)容，提供品質(zhì)更好、時效更高、種類更多的水文數(shù)據(jù)資源。在支撐“安瀾長江”方面，重點工作包括以下幾方面：（1）推進“一站一策”測報能力提升，開展國家基本水文站點現(xiàn)代化提檔升級，不斷提升水文監(jiān)測的自動化水平。（2）加強多監(jiān)測手段集成創(chuàng)新，基于衛(wèi)星遙感、無人機掃測、地面觀測等不同尺度的水文觀測成果，融合多源信息，提升水文監(jiān)測的精度和測量范圍。（3）建設(shè)水文監(jiān)測業(yè)務(wù)系統(tǒng)，打破水文監(jiān)測各環(huán)節(jié)信息壁壘，實現(xiàn)測算報整全流程協(xié)同，利用新一代數(shù)字技術(shù)賦能傳統(tǒng)水文監(jiān)測業(yè)務(wù)，提升水文監(jiān)測的智能化水平。（4）創(chuàng)建國家示范水文站，統(tǒng)籌考慮測站文化建設(shè)，打造一批現(xiàn)代化示范水文站。

3.3? 建設(shè)智慧協(xié)同的專業(yè)體系

專業(yè)體系是核心。加強水文基礎(chǔ)規(guī)律研究，強化水文多專業(yè)協(xié)同，深化新一代數(shù)字技術(shù)應(yīng)用，推進水文供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，提升專業(yè)支撐能力。在支撐“安瀾長江”方面，要強化“四預”措施，做到預字當先、關(guān)口前移，具體包括以下幾方面：（1）強化預報。加強水文氣象耦合關(guān)鍵技術(shù)及人類活動影響下的水文預報技術(shù)等基礎(chǔ)研究，探索人工智能等新技術(shù)在洪水預報實時校正、歷史相似雨洪特征搜索等方面的應(yīng)用，努力構(gòu)建機器驅(qū)動、數(shù)據(jù)驅(qū)動和支持智能驅(qū)動的多引擎協(xié)同系統(tǒng)，進一步提升預報水平。（2）強化預警。規(guī)范洪水預警信息發(fā)布程序、審查流程和工作標準。加大預警知識宣傳力度，普及預警基本常識。進一步優(yōu)化預警內(nèi)容形式，增強其通俗易懂性。實施預警智能精準推送，進一步提高公眾服務(wù)水平。（3）強化預演。充分利用長程水道地形、衛(wèi)星遙感等資料，按照河流水系、水雨情站點、水工程等對象的空間拓撲關(guān)系，加快構(gòu)建全流域水文模擬系統(tǒng)，開展長江河湖水文映射，開展洪水從發(fā)生到消退的全生命周期動態(tài)模擬，實施不同調(diào)度規(guī)則、不同來水條件組合條件的洪水預演。（4）強化預案。根據(jù)防洪工程、經(jīng)濟社會發(fā)展現(xiàn)狀和預演中暴露出的問題，進一步完善流域預報調(diào)度方案體系。利用人工智能技術(shù)，構(gòu)建基于知識圖譜的調(diào)度規(guī)則庫，開展綜合調(diào)度系統(tǒng)建設(shè)，以更好更精準更全面地支撐流域水工程調(diào)度。

3.4? 建設(shè)優(yōu)質(zhì)高效的服務(wù)體系

服務(wù)體系是根本。建設(shè)“一個大數(shù)據(jù)中心、一個綜合服務(wù)平臺、兩大服務(wù)門戶”，夯實水文自身發(fā)展基礎(chǔ)，同時為水利和經(jīng)濟社會高質(zhì)量發(fā)展提供泛在優(yōu)質(zhì)的水文綜合服務(wù)。在支撐“安瀾長江”方面，要以信息資源整合和高效利用、有序共享為重點，強化技術(shù)創(chuàng)新和業(yè)務(wù)協(xié)同，構(gòu)建基于統(tǒng)一架構(gòu)的監(jiān)控管理、大數(shù)據(jù)分析、智能應(yīng)用為一體的水文水資源監(jiān)測預報預警平臺，率先在國內(nèi)實現(xiàn)水文測報、預報預警、計算分析全業(yè)務(wù)鏈的在線協(xié)同及一站式服務(wù)，提升水旱災害防御支撐服務(wù)能力和分析決策智能化水平。

3.5? 建設(shè)科學規(guī)范的管理體系

管理體系是保障。強化政治引領(lǐng)、深化內(nèi)部管理、加強文化建設(shè)，統(tǒng)籌安全與發(fā)展，為推動水文高質(zhì)量發(fā)展提供有力保障。（1）強化政治引領(lǐng)。促進黨建與業(yè)務(wù)工作深度融合，為推動高質(zhì)量發(fā)展提供強有力的政治保障。（2）強化制度保障。健全制度體系，強化制度執(zhí)行，提高管理效能。（3）強化科技創(chuàng)新。在標準制定、新技術(shù)開發(fā)、產(chǎn)學研用融合、科研成果轉(zhuǎn)化等方面不斷取得突破，提升發(fā)展動能。（4）強化隊伍建設(shè)。建立完善人才培養(yǎng)體系，打造多種形式的高層次人才培養(yǎng)平臺。（5）強化文化建設(shè)。加強單位文化建設(shè)，弘揚新時代水利精神，營造積極向上的發(fā)展氛圍。（6）統(tǒng)籌安全與發(fā)展。全力營造安全穩(wěn)定的良好發(fā)展環(huán)境。

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[5]程海云.2020年長江洪水監(jiān)測預報預警[J].人民長江，2020，51（12）：71-75.

Strengthen the hydrological monitoring and forecasting，provide hydrological support for the flood control construction of the Yangtze River

Cheng Haiyun

（Hydrological Bureau，Changjiang Water Resources Commission，Ministry of Water Resources，Wuhan 430010，China）

Abstract：After years of construction and progress，a relatively complete integrated support system for hydrological monitoring，forecasting and warning in the Yangtze River has basically built by Bureau of Hydrology （BOH），Changjiang Water Resources Commission. This system plays an important role in flood monitoring and forecasting. In combination with the practice of basin flood monitoring and forecasting in the whole Yangtze River basin in 2020，and on the basis of the previous experience，this paper analyzed the shortcomings. It is proposed that the hydrological service quality should be strengthened based on the "The Five Systems"，so as to strongly support for the flood control construction of the Yangtze River.

Keywords：hydrological monitoring;hydrological forecasting;hydrological warning;flood control construction of the Yangtze River