城市防洪中现代水文预报技术的应用及发展分析
——以湖北省恩施州为例

赵 爽

湖北省恩施州水文水资源勘测局，湖北 恩施 445000

水文预报是以洪水客观规律和条件为理论基础，预测未来一定时间段内水文现象的专业学科，其在现代城市防洪减灾中发挥着十分重要的作用[1-2]。随着科学技术水平的不断提升，各种现代化技术逐步在水文预报中得到运用，显著提高了水文预报精度，延长了预见期，有效地避免或者降低了洪涝灾害对城市的危害。

1 防洪减灾的必要性

湖北省恩施土家族苗族自治州（简称“恩施州”）位于湖北省西南部，属亚热带季风性山地湿润气候，海拔落差大，小气候特征明显，垂直差异突出。总体来看，恩施州降水在时间分配上呈现夏秋多、冬春少的特点，且区域内地形变化差异较大，使得降水地区分布也不均衡，因而年降水量具有时空分布不均的特点。恩施州暴雨天气主要集中在下半年，这是湿润季风气候较为典型的特征，大部分暴雨出现在每年的5—9 月，尤以6 月居多，其次是7—8 月。连续性降水或短时强降水极易引发洪涝灾害、山体滑坡、泥石流等地质灾害，严重阻碍着恩施州社会经济发展，危害着人民生命财产安全。

防洪减灾是人类认识区域水文特点、洪水特性和时空分布规律的过程，也是正确处理人与自然利害关系的重要环节，在探讨水灾成灾机制、构建防洪减灾体系、完善防洪工程及非工程措施方面发挥着极其重要的作用。恩施州通过工程措施和非工程措施的治理模式，在城市防洪工作中取得了显著成效[3]。

2 现代水文预报技术概述

2.1 信息的接收与处理

信息是水文预报的先导，在水文预报技术中引入计算机和网络技术，使得接收和处理的水文预报信息具有了自动化特征。计算机对自动采集的原始水雨情数据进行一系列分类、解析和处理，并将处理后的数据保存到信息库中，可随时存取，有效地增强了水文预报信息的时效性和准确性，这是信息接收处理系统的主要作用。

2.2 信息的检索和查询

借助计算机技术可对水雨情变化状况进行快速检索和查询，保证了实时防洪信息的及时有效，还能结合历史数据进行定性定量分析；同时，可将电子地图应用到信息检索和查询中，通过联系地图数据信息和水雨情信息分析水文预报的实际状况，对于城市防洪抢险工作的开展较为有利。计算机信息检索和查询的数据处理架构为：以数据处理为中心，涵盖系统查询、报表系统、图形系统、数据处理及系统监视等不同模块。在信息检索和查询的过程中，为确保整个系统的可靠性和安全性，需要引入容错处理机制，在服务器程序端选用透明化处理，方便维护过程中对问题的查找，因而信息检索和查询界面对人性化设计提出了更高的要求。

2.3 预报服务系统

预报服务系统的主要功能是第一时间将最新预报的防洪信息和水雨情信息传递给城市防汛抗旱机构，为防洪避险赢得时间，最大限度降低洪涝灾害给居民生产生活带来的损失[4]。现代水文预报服务系统通过计算机、自动语音查询系统、互联网等方式，在弥补传真、电话等传统传输方式被动和烦琐等缺点的同时，借助查询、检索、打印、保存等功能辅助开展水文预报工作，增强数据的共享性、时效性和现代化水平，为增强城市防洪成效提供了新的契机。

2.4 水文预报系统

现代水文预报系统综合应用了地理信息系统（geographic information system，GIS）技术、网络技术等，同时充分利用Visual Studio、Delphi、Android Studio等软件开发平台，在预报数学模型、分析方法和运行界面的基础上开展规范化组件处理，对二次开发中需要的各种公共资源进行了规范。水文预报系统的开发利用，将预报人员从手工计算分析中解放出来，使工作强度大幅降低，通过水文预报自动化，预报工作效率和质量整体得到了增强。

3 城市防洪中现代水文预报技术的应用

3.1 编制洪水预报方案

在洪水预报方案编制之前，编制人员需提前了解熟悉流域内洪水演进、气候发生发展规律以及地形地势、下垫面等情况，在对现场地质条件、气候环境等要素深入调查、全面分析后，选择因地制宜的洪水预报技术，构建符合流域特性的水文模型、河道洪水演进模型等，并根据技术发展和城市演变等对模型不断改进，提高水文预报信息的准确率。

3.2 构建洪水预报系统

洪水预报系统是预报作业人员的技术平台。传统预报模式是通过技术人员向系统录入水文信息数据资料，利用相关模型由人工开展较为烦琐的计算，这样会大大降低水文预报信息的可靠性与时效性。随着现代化技术的融入，现代水文预报技术也得到了快速发展，如充分利用计算机、网络、信息技术等，建立具有较高自动化水平的洪水预报系统，水文数据监测、水文信息采集、水文预测预报等工作均实现了自动化，大大缩短了预报时间，提高了数据更新频率，为防洪减灾争取了主动权。洪水预报系统功能分解如下：①快速获取有关水文参数信息；②收集和利用区域内的降水数据；③根据自动化系统计算区域汇流和产流，并以本地降水量变化规律为依托进行综合计算分析，对未来时间段的水文变化具体情况进行预估；④结合计算结果会商研判，做好准确预报。

3.3 洪水演进仿真模拟

为了将洪涝造成的危害降到最低，针对洪涝灾害多发、频发的区域，可通过引入洪水演进仿真模拟技术实时模拟和动态评估洪水，及时制定针对性强的处理办法。仿真模拟分析工作的正常开展，需要有效整合前期收集的各项信息和计算后的水文信息，并在水文演进模型中加以应用分析，进而全面了解水情灾害的演变规律。

3.4 城市防洪中现代水文预报技术的应用

当前，一旦城市范围内预报有较强降水过程发生，政府部门会及时组织各相关部门会商研判，应急、水利、水文、气象、自然资源等部门各司其职、沟通协调，密切关注天气发展趋势和水雨情变化情况，加强巡视巡查，并结合城市实际，及时对未来雨情、水情、汛情、工情、灾情做出预测预报，提早向强降水落区以及洪水、地质灾害、城市内涝影响区发布预警，提前撤离危险区人员，全力保障群众生命、财产安全。

通过短期洪水预报，在洪涝灾害出现前的2 ～3 天内可以获取洪灾预报方面的信息，在洪灾出现24 h前，结合省—市（州）—县（区）—镇（乡）不同级别的洪灾预警信息通知，可保证预警信息传递到每位民众手中，使区域居民有充足的时间撤离。然而，在山区，洪灾的突发性强、来势猛，临灾处置时间短促，尤其像恩施州这种“坨子雨”特征明显的地方，短时强降水极易造成山洪暴发，进而引发滑坡、泥石流。因此，运用快速高效的现代水文预报技术及时滚动更新洪水预报，精准圈画地图危险区域，多渠道、广覆盖发布预警，赢得避险时间。

此外，可借助现代化技术手段初步分析处理海量数据信息，预报人员对归纳总结出的关键信息进行分析研判，进而形成精准有效的预报结果。标注洪水预警地图大都选择通用颜色代码，方便居民直观判断洪水预警地图中不同地区内的洪水变化情况。为了将不同河流与地区的洪水灾害危险程度反映出来，还应描述重点河流的情况，使居民获取更加精准有效的洪水信息。预警信息发布使用频率较高的方式有电视新闻、智能终端、网络平台等，如借助微信公众号、移动互联网、电子地图等不同方式将洪水、预警等信息传递给社会大众，还可增设居民互动平台，确保防汛紧急期群众间的沟通协作，通过群防群控等各种方式使防洪减灾效果达到最佳。

在洪灾严重的情况下，政府部门应在确保人员安全的前提下，做好洪灾区域巡视巡查工作。针对危险区域，有条件可选用无人机巡察的方式开展全程监控，同时采集和分析区域灾情信息数据，发现等待救援人员，及时做好施救工作。

4 现代水文预报技术的发展对策

4.1 做好汛前准备工作

在全球气候变暖的大背景下，各种极端灾害性天气频繁出现，因暴雨引发的洪涝灾害严重威胁着人们生命财产安全。因此，国家对水文情报预报工作提出了更高的标准要求。

汛前准备工作是做好水文情报预报的前提和基础，要做到超前谋划、早安排早动手，主要可从以下3 个方面出发：一是加强组织领导，各部门要全面落实防汛抗旱责任制，做到职责明确、到人到岗、层层压实，为防汛抗旱工作的开展提供组织保障；二是采取有效方法尽早部署，如加大技术人员培训力度、做好防汛抗旱应急预案、及时检测维修水文报汛站点等；三是履行水文情报预报预警职责，广泛应用计算机和互联网技术，第一时间更新和完善水文预报相关的软件，夯实水文情报预报预警基础，如不断完善水雨情查询系统、雨量等值线分析系统、洪水预报分析系统、洪水演进仿真模拟系统等。

4.2 做好汛期水文情报预报工作

“信息灵、情报清、反应快、预报准”是水文情报预报工作的基本要求。为做好水雨情信息采集、输送、分析、处理、预报等不同环节的工作，应始终遵循保障水文情报预报质量、发挥“耳目”与“参谋”作用两个基本原则。因而，值班值守人员应严格遵守汛期24 h 到岗到位值班制度，保证不错报、不迟报、不缺报、不漏报，使重要的水雨情信息测得到、报得出、及时报，要做好各类水情简报、快报、早报的编发及不同阶段水雨情分析[5]。同时，还应积极收集天气预报、卫星云图及各区域水雨情、水库工情等信息，及时开展水情趋势预测及洪水预报作业，发现紧急情况后，第一时间上报防汛抗旱相关部门。

4.3 做好各项基础性工作

水文情报预报工作能否顺利开展在一定程度上取决于各项基础性工作的完成情况。水旱灾害的出现并非突发情况，先前会出现一定征兆，因而做好基础性的工作是重要且必要的。例如，防汛抗旱演习除了可以全面监测当前水文设施工作能力外，还能锻炼整个水文队伍，整体提升防汛抗旱工作水平；做好水情分中心的构建工作，除了可以在不同程度上优化水雨情信息的采集、传输速度和分析能力，还能提升水文情报预报现代化水平；强化水文测验工作，做好随测算、随编报、随整理、随分析“四随”工作，对原始资料实行在线即时整编、日清月结，确保监测数据准确、可靠，不断夯实预报、预警、预演、预案“四预”数据底板；加强对枯季径流和土壤墒情的全面观测和分析，为预测复杂区内主要河道枯季的水量收集宝贵历史资料，有利于区域内水资源优化调配。扎实的基础性工作为水文情报预报提供了坚强支撑，促使水文情报预报更好地赋能地方防汛抗旱工作。