旱情监测系统软件功能探究

旱情监测系统软件功能探究

刘思飔 1,3 ，李丹 1,2,3 ，刘晨辉 4 ，张美丽 1,3

（ 1. 湖北省水利水电科学研究院， 湖北 武汉， 430070， 2. 武汉大学计算机学院，湖北 武汉， 430072， 3. 湖北省水利水电科技推广中心，湖北 武汉， 430070 ， 4. 湖北省水利水电规划勘测设计院，

湖北 武汉，430064）

摘 要：湖北省抗旱业务系统提供旱情监视、旱情预测、旱情评估、旱灾评估、抗旱水量调度、抗旱能力建设、抗旱会商等七部分功能。本文介绍了其系统体系结构、数据采集终端应用和系统数据流程，重点讨论了系统业务功能设计与实现方法。

关键词：水文水资源、抗旱业务系统、决策支持系统

Research on the software function of drought monitoring system

Liu Si-si^1,3,LI Dan^1,2,3, Liu Cheng-hui⁴，Zhang Mei-li^1,3

( 1. Hubei Water Resources Research Institute, Wuhan, 430070；2.School of Computer Science, Wuhan University, Wuhan, 430072；3.Hubei Water Conservancy and Hydropower Technology Promotion Center,Wuhan, 430070,4.Hubei Institute Of Water Resources Survey and Design,Wuhan,430064)

Abstract: The drought-resistance business system of Hubei Province including the function of protecting sensitive information of hydrology and water resources,and provides seven functional services of drought monitoring, drought forecast, drought assessment, drought assessment, drought resistance water dispatch, drought resistance capacity building, drought resistance consultation and so on. This paper introduces the system architecture, data collection terminal application and system data flow of the drought-resistance business system, and focuses on the design and implementation of system business functions.

Key words: Hydrology and water resources, drought resistance business system，Decision Support Systems

0 引言

湖北省防汛抗旱指挥系统完成了抗旱基本数据采集处理功能、设备安全接入功能、数据安全存储功能以及数据安全传输，优化设计了抗旱业务系统平台，实现了旱情监视、旱情预测、旱情评估、旱灾评估、抗旱水量调度、抗旱能力建设、抗旱会商七部分功能，为各级部门的抗旱减灾工作提供最实时的信息支撑、调度决策和会商支持。^[1][2][3]

本文对湖北省防汛抗旱指挥系统抗旱系统功能设计进行了介绍和讨论，为从事水利信息化工作的同行们提供参考。

1 系统体系结构

抗旱业务应用系统遵循“两台一库”的体系架构，在应用支撑平台、数据汇集平台及旱情数据库和其它数据库的支撑下运行。^[4]根据省抗旱工作的流程，抗旱业务应用系统应包括旱情监视、旱情预测、旱情评估、旱灾评估、抗旱水量调度、抗旱能力建设、抗旱会商等七部分功能。

抗旱业务应用系统结构示意图如图1所示：

图1 抗旱业务应用系统结构示意图

2 系统功能设计

省级抗旱业务应用系统主要包括旱情监视、旱情预测、旱情评估、旱灾评估、防汛抗旱调度、抗旱能力建设、抗旱会商等主要业务功能模块和数据管理维护、系统管理等基础模块。

2.1旱情监测

提供抗旱值班监视和抗旱会商所需的气象干旱、水文干旱、农业旱情、城市旱情等实时监测信息，有助于及时了解和掌握省内的旱情分布状况和影响程度。

1.气象干旱监视

1）气温监视

可对省日、旬、月、季等不同时段气温进行实时监视，监视内容主要包括单站气温、单站高温日数、区域平均气温、区域平均高温日数等，结果主要以列表、基于GIS的分布图两种形式展现，基础数据信息来源于防汛抗旱综合数据库。

2）降雨监视

可对日、旬、月、季等不同时段降雨进行实时监视，监视内容主要包括单站降雨量、单站无雨天数、区域平均降雨量、区域平均无雨天数等，结果主要以列表、基于GIS的分布图两种形式展现，基础数据信息来源于实时雨水数据库。

2.水文干旱监视

可对日、旬、月、季等不同时段地表水水情、地下水情进行实时监视，监视内容包括：地表水水情、低于旱警水位分布、水库蓄水量分布、地下水情等，结果主要以列表、基于GIS的分布图两种形式展现。

3.农业旱情监视

基于各站点的实测数据计算出土壤相对湿度，结合网格插值方法在行政区划图上绘制实时土壤相对湿度分布图，单击数据点可显示10、20、40和垂直平均重力含水量、田间持水量、主要作物类型等信息。^[5]

基于各县逐级上报的农业旱情动态统计表，以县为单位在行政区划图上绘制指定时段的旱情分布图，文字标注各市（县）的作物受旱面积、人畜饮水困难人口数及大牲畜头数。

4.城市旱情监视

依据各县逐级上报的干旱缺水城市供水水源基本情况统计表成果，可对干旱缺水城市分布、城市供水水源等情况进行监视，结果主要以列表、基于GIS的分布图两种形式展现。^[6]

5.卫星遥感旱情监视

根据旱情遥感监测系统分析成果，查询显示指定时段的卫星遥感监视旱情分布图。

2.2旱情预测

旱情预测包括降雨、气温、江河来水和土壤墒情预测。开发具有人机交互功能的旱情分析与预测软件，实现与数据库的连接，进行作业连续运转。

依据短期的降雨、径流预报，对旱情发展趋势进行分析，以图表和统计数据的形式输出旱情预测分析产品，反映旱情实况和未来短期旱情发展变化趋势，为指导抗旱工作提供科学依据和决策支持。^[7]

2.3旱情评估

旱情评估时依据各地实际发生旱情的上报信息、气象、水文等监测数据、社会经济数据库，对旱情等级进行科学评价；并对旱情评估成果进行GIS 展示。旱情评估内容包括：农业、牧业、城市、区域因旱饮水困难、区域综合旱情和旱情频率，各项评估符合国家现行的有关标准、规范和规定，对旱情等级评估的主要依据为水利部行业标准《旱情等级标准》（SL424—2008）。

1.农业旱情评估

按照《旱情等级标准》（SL424—2008）的指标和分级，根据土壤相对湿度、降水量距平百分率、连续无雨日数等因素的监测值，将监测点旱情评价为轻度干旱、中度干旱、严重干旱和特大干旱四个等级。

2.城市旱情评估

按照《旱情等级标准》（SL 424—2008）的指标和分级，根据城市缺水率等因素的监测值，将监测点旱情评价为轻度干旱、中度干旱、严重干旱和特大干旱四个等级。

3.区域因旱饮水困难评估

省级因旱饮水困难可采用因旱饮水困难人口总数或因旱饮水困难人口占当地总人口的比例中的任意一项作为评价指标，取等级高者作为该省（自治区、直辖市）因旱饮水困难等级；地市和县因旱饮水困难应采用因旱饮水困难人口占当地总人口比例作为评价指标。

4.区域综合旱情评估

区域综合旱情评估成果取相应市（县）的农业旱情等级、牧业旱情等级、农牧业综合旱情等级、因旱饮水困难等级相比较，取等级高者作为该区域综合旱情等级。

5.旱情频率分析

依据《旱情等级标准》（SL424—2008）的规定进行旱情频率分析

1）干旱过程统计

以图表形式反映旱情发生、发展及解除的完整过程，干旱指数大于0.1并且持续10天以上的为一次干旱过程。输出成果包括干旱过程统计表和干旱强度变化趋势图。显示某市（县）的干旱强度变化趋势图（X轴-时间，Y轴-干旱强度，特征线-设置的最大干旱强度）。

2）旱情频率分析

根据市（县）农业综合旱情指数，采用P-Ⅲ频率曲线算法分析区域农业综合旱情指数，绘制市（县）农业综合旱情指数频率分析曲线图。

2.4旱灾评估

旱灾评估是根据自动监测和各地上报的信息等，对干旱造成的损失和抗旱效益进行评估，评估估内容包括：旱灾损失统计、抗旱效益统计、旱灾等级评估，对干旱灾害等级评估的主要依据为水利部行业标准《干旱灾害等级标准》（SL 663-2014）。

1.旱灾损失统计

根据各县逐级上报的《农业旱灾及抗旱效益统计表》、《城市干旱缺水及抗旱情况统计表》、《农业抗旱情况统计表》，对农业损失、城市干旱影响人口、城市干旱影响产值等旱灾损失数据进行统计，生成指定时段的农业旱灾损失统计表、城市旱灾损失统计表。

2.抗旱效益统计

根据各县逐级上报的《农业旱灾及抗旱效益统计表》、《城市干旱缺水及抗旱情况统计表》、《农业抗旱情况统计表》，对抗旱投入、抗旱经济效益等数据进行统计，生成指定时段的抗旱效益统计表。

3.旱灾评估

依据《干旱灾害等级标准》（SL663-2014）对旱灾等级进行评估，评估内容有：农业干旱灾害、城市干旱灾害、因旱饮水困难、区域干旱灾害等。干旱灾害等级分为轻度旱灾、中度旱灾、严重旱灾和特大旱灾。

2.5防汛抗旱调度

防汛抗旱调度实现主要江河控制枢纽，如三峡等的跨流域调水；水量调度过程的实时信息监视，水量分析计算等功能。包括基于地理信息系统的水系和调水线路图、实时信息监视、水量统计分析、文档管理。

1.调水线路管理

可在GIS地图上对调水线路进行管理，具体包括勾画/清除调水线路、增加/删除监测断面、维护调水线路基本信息。

2.实时信息监视

在GIS底图上显示水系和调水线路，沿途各控制枢纽和监测点的位置等。同时实时标注水库、水源地、水文监测站的信息，如水库的水位、蓄水量、出入库流量，重要节点水文站的水位流量实时监测信息、水质监测信息。

3.水量统计分析

计算调水以来水库入出库累计水量、水源地累积调出水量，重要节点站累积调水量，受水地累积受水量等。

4.文档管理

可实现对调水预案、调水方案等文档的管理，支持文档类别管理、文档模板管理、文档增删改等操作。

2.6抗旱能力建设

根据数据汇集平台所汇总的统计信息，从抗旱规划项目、抗旱服务队、中央抗旱物资储备等三个方面查询统计有关信息。

1.抗旱规划项目

1. 抗旱规划项目实施情况汇总表

可按小型水库、抗旱应急备用井、引调提水工程分别汇总抗旱规划项目的建设地点、特征指标、抗旱能力、工期和投资、工程进展情况、工程运行管理和发挥抗旱效益情况等信息，输出结果以报表进行显示。

2. 抗旱规划项目分布图

基于GIS地图绘制抗旱规划项目分布图，支持在地图上增加当抗旱规划项目（即单项工程），标注显示工程项目的基本情况、建设进展情况运行管理及发挥抗旱效益情况。

3. 抗旱规划项目建设进展统计

统计抗旱应急备用井、引调提水工程建设进展情况。

2.抗旱服务队

1. 抗旱服务队基本情况表

查询统计各省（自治区、直辖市）县级抗旱服务队相关情况，主要包括基本情况、抗旱效益、设备购置等三部分，输出结果以报表进行显示。

2. 县级抗旱服务队分布图

以县级行政区划为单位制作县级抗旱服务队分布图，文字标注抗旱服务队的基本情况、抗旱效益、设备购置等信息。

3.抗旱物资储备

1. 抗旱物资储备与调拨统计表

查询统计抗旱物资的储备与调拨情况，输出结果以报表进行显示。

2. 抗旱物资调拨分布图

以市（县）为单位着色显示抗旱物资的调拨分布图，用文字标注年初以来累计的抗旱物调拨情况。

2.7抗旱会商

为抗旱指挥决策提供信息化支撑，包括会商资料准备、历史会商查询、会商资料检索等功能。

1.会商资料准备

会商员可以根据需要灵活选择系统已定义好的会商专题，由系统自动按专题资料大纲生成会商资料列表，然后在此基础上增加、删除会商材料，最后填写并保存会商基本信息。

2.历史会商查询

可以按会商主题、会商日期查询并展示历史会商资料，展示方式包括文档、PPT、GIS、报表等形式。基于GIS方式展示时，还可在分布图上叠加测站、服务队、供水源等信息，进一步查阅、分析旱情相关信息。

3.会商资料检索

可以对会商资料标题、内容等信息，通过关键字查询方式进行检索查询。

4.抗旱文档

存储和管理与抗旱相关的的各种文档（如：抗旱法规、抗旱预案、领导讲话、汇报材料、专题报告等），支持文档类别管理、文档模板管理、文档增删改等操作。

5 结语

湖北省抗旱业务系统采用“两台一库”的体系架构，设计了旱情监视、旱情预测、旱情评估、旱灾评估、抗旱水量调度、抗旱能力建设、抗旱会商等多模块，增强抗旱业务应用系统的实用性和先进性，扩展系统功能，强化旱情信息分析处理的能力，满足抗旱决策支持需要。

参考文献

[1]刘宁，水利部副部长刘宁在国家防汛抗旱指挥系统工程建设管理工作会议上的讲话[C].水利部工作会议纪要,2011.

[2]孙洪林，国家防汛抗旱指挥系统中数据汇集平台的设计和实现[J].信息化建设,2020，30(6)：20-26.

[3]刘汉宇，国家防汛抗旱指挥系统建设与成就[J].中国防汛抗旱,2019，29(10)：30-35.

[4]刘汉宇，国家防汛抗旱指挥系统二期工程主要建设任务和技术要求[J].中国防汛抗旱,2016，26(3)：4-7.

[5]王芝兰，周甘霖，张 宇，李耀辉，董安祥，美国干旱监测预测业务发展及其科学挑战[J].干旱气象,2019，37(2)：183-197.

[6]万海斌，刘汉宇，吕行，浅论我国防汛抗旱信息化建设“四个统一”[J].水利信息化,2015，(3)：53-55.

[7]周维续，常志华，詹全忠，国家防汛抗旱指挥系统安全体系建设方案[J].计算机系统应用,2005(7)9-11.

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