水文信息服务产品智能化生成技术研究与应用_梁宁.pdf

广西水利水电 GUANGXI WATER RESOURCES&HYDROPOWER ENGINEERING 2023（1）新时期广西水文工作的主要矛盾是社会对水文需求日益增长和水文服务能力相对薄弱之间的矛盾1。一方面，广西水旱灾害频发，加上全球气候变化影响，“黑天鹅”“灰犀牛”事件增多，防御难度不断加大，以水文年鉴汇编为主的传统服务模式，已经难以满足政府部门及社会公众对防汛抗 旱减灾及水生态、水资源评价等实时服务的需求。另一方面，广西水文实施测报一体化改革，以县域为服务单元，服务重点由重视大江大河向大江大河与中小河流洪水、河库调度、生态用水、干旱等服务并重，服务对象精细化、服务领域新拓展，也给基层水文部门带来了全新的挑战。同时，经过多年发展，广西水文积累了大量原始监测数据和资料序列，低端“信息”库存积压，而面向社会的中高端技术服务产品供给不足，数据智能化分析处理水平有待提升，水文数据的产品自动转化率不高。因此，需要以水文服务产品快速生成为目标，全面统筹水文监测、数据分析、预测预报、情报服务等业务流程，形成完整的工作链，打造一体化信息服务平台，实现水文服务产品的智能化生成。1信息化通道信息化生产力能深刻改变生产方式、工作方式和思维方式，加快业务流程重组、有效降低成本、扩大服务领域2。因此，在水文服务产品制作上，需要高度重视水文自动化与信息化建设，通过智能化手段，打通从数据采集、传输、存储到数据分析、服务的全过程信息化通道。在广西水文防汛工作中，水情信息专报是最主要的信息服务产品，浓缩了水文数据的分析评价成果。下面以水情信息专报为例，分解从水文数据到服务产品制作的流程（见图1）。图1水情信息专报制作流程图水文数据主要来源于对降水及江河湖库的监测，通过在流域内布设站点、安装传感器，自动采集雨量、水位、流量等水文要素，再通过手机模块、北斗卫星等通讯工具，发送到市级水文部门服务器，存入市级接收数据库，并按照一定规则同步到实时雨水情数据库，再专线交换到区级实时雨水情数据库。这个数据采集、传输、存储的阶段，被称为“从收稿日期2022-12-12作者简介梁宁（1986-），男，广西玉林人，玉林水文中心，硕士，主要从事水文分析预报工作。新技术研究与应用 水文信息服务产品智能化生成技术研究与应用梁宁（玉林水文中心，广西玉林537000）摘要当前，水文数据智能化分析处理水平及信息服务产品自动转化率不高，是制约水文服务能力提升的重要因素。因此，本研究以水文防汛减灾信息服务产品快速生成为目标，全面统筹水文监测、数据分析、预测预报、情报服务等业务流程，以PHP、SQL、HTML5、Javascript等计算机语言构建了水文信息服务产品智能化生成系统，打通了“从数据库到服务产品”的信息化通道，提高了水文服务效率，为防汛决策和人民避险提供了及时、准确的水文信息服务。关键字水文服务产品；信息化通道；评价指标体系；信息服务系统中图分类号P338文献标识码A文章编号1003-1510（2023）01-0022-0422DOI:10.16014/ki.1003-1510.2023.01.034广西水利水电 GUANGXI WATER RESOURCES&HYDROPOWER ENGINEERING 2023（1）水文要素到数据库”。下一步，借助已建设的业务平台，可以查询、展示原始数据，并进行初步统计，筛选所需数据，水文人员通过分析计算或者第三方预报模型等，对雨情、水情作出评价或预测，最终编写文字，形成信息服务专报。这个阶段，可以称为“从数据库到服务产品”。近些年来，广西水文通过优化站网体系、推进全要素自动监测、构建三级传输网络、搭建统一接收数据库、实时雨水情数据库，已经打通了“从水文要素到数据库”的信息化通道。但是，由于缺乏面向水文服务的整体性设计，现有的业务平台仅能承担分散性的统计需求，且缺乏区域性预报能力，无法对接服务需求，“从数据库到服务产品”的信息化通道仍然阻塞。通常情况下，水文信息专报主体分为三大块：雨情评价、水情分析预测、建议提醒。首先是雨情评价，需要在业务系统查询降雨分布图，通过主观感受并结合气象降雨等级表，对区域降雨强度作出定性评价，如“大部降暴雨”“局部降大暴雨”等；然后再查找统计累计降雨、小时雨强等特征指标。其次是水情分析预测，分为两类，一是对当前水情作出分析，如江河涨幅、超警戒水位统计等；二是对未来水情进行预测，在没有对接预报模型的情况下，需要通过第三方模型开展预报，这又涉及到多个模型参数的确定，要在业务系统逐一查询，甚至手工计算。最后一块是建议提醒，属于精准服务，比如淹没区域提醒，可以人工对照已勘查的沿江低洼典型特征场所高程分布图表来确定，当前应用还较少。整个流程涉及大量数据整合，查询、统计、分析、评价、编写，全由人工完成，繁琐耗时，在应急测报状态下，对一线水文人员的技术素养和工作效率都要求极高，尤其要求滚动分析服务的情况下，工作强度也极大。因此，打通从“从数据库到服务产品”的信息化通道，就是把制作流程中的查询、统计、分析、评价、编写等，全部由计算机智能化实现，提高水文服务效率，同时将水文人员从繁琐的劳动中解放出来。2评价指标体系水文数据经过统计整合成为信息，而信息再经过各种评价指标进行构建，就形成了各类信息化产品。因此，确定评价指标体系，是水文信息服务产品智能化生成的核心。广西水文在2015年出台了水情信息服务相关文件，制订了江河防汛水情信息专报模板。在各地实践应用中，通过对接服务对象需求，并在应急防汛中不断调整，水情信息专报基本已形成统一的规制品质，这在客观上为确立统一的评价指标体系奠定了基础。下面以水情信息专报为例，探讨如何定义评价指标体系，打通水文服务产品信息化通道、构建智能化水情信息服务系统。水文信息专报一般分为雨情评价、水情分析预报、建议提醒等三大块信息。2.1雨情评价指标对雨情作评价，主要以行政区为对象，在基层应用中，一般分为市、县两级。在应急防汛状态下，水文信息专报一般按时段编写，可分为过去1/3/6/12/24 h专报，具体取决于各地应急预案的信息报送段制。在“从水文要素到数据库”自动化通道已打通的情况下，实时数据都存储在市级实时雨水情数据库3。因此，指定行政区与时间范围后，在实时雨水情数据库的降水量表（ST_PPTN_R）中，用SQL语言对区域内全部站点的逐小时雨量作统计筛选，提取出各站累计雨量、及单站雨强最大值，作为定性、定量评价依据。2.1.1区域降雨强度定性气象一般以“局部”“大部”“普降”三类描述，加降雨级别进行区域降雨强度定性。我们需要对指标赋予准确数学定义，以便计算机程序实现。在得到各站累计雨量后，先根据气象降雨强度等级（分为小雨、中雨、大雨、暴雨、大暴雨、特大暴雨），确定最大累计雨量所在的等级，然后按由高到低，统计各级强度站点百分比。“局部”“大部”“普降”三类划分没有明确定义，因此，可自定义站点比例为30%以下、30%70%、70%以上。2.1.2单站降雨强度定量对于单站定量评价，可采用累计雨量与小时雨强指标。（1）累计雨量指标。对市级行政区，可选择累计雨量前十的站点，再按县划分，进行展示，每个县一般展示12个站，总体不超过5个；对于县级行政区，可直接选取累计雨量前三的站点进行展示。根据最大累计雨量所在降雨强度等级，选择200 mm或100 mm为阈值，对阈值以上站点数目进行统计，如“累计降雨量超过100 mm的站点有30个”。当出现稀遇强降雨需要评定降水量频率时，由于基本站才有长系列资料和频率成果，因此，需要将频率成果导入系统数据库，并将区域内站点与之相关联，参考频率区间，作出降水频率指标评23梁宁:水文信息服务产品智能化生成技术研究与应用价，如“重现期百年一遇”；但为免引起地方恐慌，频率指标应斟酌使用。（2）雨强指标评价。如果报送时段是1 h以上的，可以统计展示最大小时雨强出现的位置、时间。2.2水情评价指标（1）过去水情。过去水情一般可分为江河水位最大涨幅以及江河水位最高超警2个指标。在一场洪水过程中，一个水文站出现的最高水位与最低水位的差值，定义为水位最大涨幅；出现的最高水位与警戒水位的差值，定义为水位最高超警。其中，以有效降雨（流域小时面降雨在2 mm以上）的发生，确定一场洪水的开始时间，排除闸坝调蓄引起的水位涨落干扰（下同）。对行政区内水文站，从实时雨水情数据库中的河道水情表（ST_RIVER_R）提取水位序列，通过计算机后台统计所有站点水位涨幅与水位超警指标。水位涨幅可按照每米间隔作为一级区间划分，展示最高级别站点河流，如果一级数量过少，可以向下合并多级，一般展示510条；对于中小河流来说，3 m以上涨幅算较大的，可以全部罗列展示。出现超警的河流应全部罗列，这是防汛救灾重要指标。（2）当前水情。水文站当前水位与警戒水位的正差值，定义为当前水位超警。这是防汛部门最关注的指标之一，超警以上站点应全部统计展示。同时，防汛工作会对城区河段重点关注，因此，可在系统数据库中设定城区站点范围，统计当前水位超警指标并一同展示。（3）未来水情。对江河洪水的预测，需要在系统内置水文预报模型，调用预报成果。结合广西水文工作实践，现已构建了基于多元回归预报方法的区域洪水预警预报模型4，对所有站点实现批量化预报，并供本系统调用。水文站的预报洪峰水位与警戒水位的差值，定义为预测超警水位，作为未来水情评价的关键指标，全部罗列展示。预测成果具有一定不确定性，需要人为干预进行修正。水情指标均可采用图表形式展示，更加直观。2.3建议性指标在洪水期间，主要建议是对淹没范围的确定。将已勘测的沿江城镇低洼地带典型特征场所高程，关联水文站，按预警级别分类，并导入系统数据库，对照洪水过程最高水位与预测洪峰水位，确定可能淹没、已淹没或将淹没的场所范围，向防汛部门和周边群众提供精准化服务。3系统实现与应用3.1系统结构本研究基于防汛减灾快速服务需求，并根据水文信息服务产品业务流程设计，构建了具有数据分析统计、水情预测预报、信息服务智能化生成的一体化水情信息服务系统。系统基于Windows操作平台，采用B/S（浏览器/服务器）体系结构搭建，以PHP语言为服务器端技术支撑，实现数据智能化分析处理；以HTML5、Javascript作为主要前端语言，生成可视化交互界面；底层使用SQL关系型数据库作为本系统数据库，存储相关站点方案和模型参数、评价指标，同时直接调用市级的统一接收库和实时雨水情库，获取雨量和水位数据。3.2系统应用信息服务产品的查询、统计、分析、评价、编写业务流程都已由系统后台实现，应用门槛低。水情信息专报生成界面见图2，最左栏为参数输入区，由用户灵活指定时间范围与行政区，可选择全市、一个或多个县进行查询。中间一栏为产品指标体系，在点击“查询”后，由系统自动生成；点击各项指标将以图表形式弹出原始统计数据，比如全部站点超警列表、预报超警列表等，供用户参考修正评价成果；用户可以在系统设置中对指标体系进行自定义，选择本次产品具体采用的指标。最右栏为信息专报内容，由中间栏指标评价成果汇总自动生成；用户也可根据实际对内容进行修正。点击“导出”后，在填写专报期数、签发人、标题后，会以Word文档形式生成水情信息专报供保存。4结语本研究以水文防汛减灾信息服务产品快速生成为目标，全面统筹水文监测、数据分析、预测预报、情报服务等业务流程，以PHP、SQL、HTML5、Javascript等计算机语言构建了水文信息服务产品智能化生成系统，打通了“从数据库到服务产品”的信息化通道，提高了水文服务效率，为防汛决策和人民避险提供了准确全面的信息，争取了宝贵时间。水文信息服务产品的核心在于确立评价指标体系，不同领域产品，指标体系不同，需要根据行业规范、地方标准、部门文件及工作实践进行提炼，并赋予精确的数学定义，方便计算机程序实现。当前，广西水文服务主要面向江河防汛、旱情监测、水生态监测、水资源评价、水工程建管、经济建设及公众服务等领域。如旱情信息服务可以根据广西地24广西水利水电 GUANGXI WATER RESOURCES&HYDROPOWER ENGINEERING 2023（1）方标准 旱情评价指标（DB45/T 1096-2014），采用降水量距平、连续无有效降雨日数、河川径流量距平、水库工程蓄水量距平等指标进行评价，具有统一的规制和精准的定义，智能化产品生成就有的放矢，容易实现。而在水生态和水资源评价等领域，评价指标体系尚待在实践中进一步提炼，只要建立起评价指标体系，都能通过计算机系统智能生成。因此，构建智能化服务产品生成系统，需要更全面地提炼评价指标，兼容多指标体系，再由用户根据实际需求自定义应用，才能进一步拓展服务领域，提高服务系统智能化水平。参考文献1杨静波.坚持水文基层转职能强服务和测报一体化发展切实提高水文履职能力和服务水平J.广西水利水电，2020（1）：1-6.2赵木林.深入落实供给侧结构性改革 着力推进广西水文发展转型升级J.广西水利水电，2017（2）：1-5.3Sl323-2011，实时雨水情数据库表结构与标识符S.4梁宁.面向洪水预警预报的水文数据自动化整合与系统集成J.广西水利水电，2021（6）：92-96.（责任编辑：窦波元）图2水情信息专报产品界面Study and application of hydrological information service productintelligent generation technologyLIANG Ning(Hydrology Center of Yulin City,Yulin 537000,China)Abstract:At present,low hydrological data intelligent analysis and processing level of hydrological data and low automatic conversion rate of information service products affect the upgrade of hydrological service capacity.Therefore,with rapid generation of hydrological service products for flood control and disaster alleviation as objective,basedon an overall coordination of the business processes including hydrological monitoring,data analysis,prediction andforecasting,information service etc.,the intelligent generation system of hydrological information service products isconstructed with PHP,SQL,HTML5,Javascript and other computer languages,which is able to open the informationchannel from database to service product,upgrade the hydrological service efficiency,and provide timely and accurate hydrological information service for flood control decision making and peoples risk aversion.Key words:Hydrological service product;information channel;evaluation index system;information service system25