中国有着漫长的治水史。时至今日,汛期一到,防汛、抗洪、救灾、群众疏散、物资调度,任何一方面的信息错误和决策失误都可能带来巨大的损失,甚至是生命的代价……而“国家防汛抗旱指挥系统”的实施将有可能使中国水利迈入高效、智能的治水时代。
1975年8月上旬,淮河流域的大水灾仍让人记忆犹新。根据相关文献记载,当时下游无法及时了解上游雨量,等洪峰到达下游,已经根本来不及调度了。洪水冲毁了铁路,路基桥梁全部被毁,路轨被冲走,有的被拧成“麻花”。工厂和民居被毁,人员和各种车辆设备被冲得无影无踪。受灾人数达到1100 万,京广铁路中断行车达18天之久,经济损失近百亿元。
据国家防汛抗旱指挥系统工程总工程师倪伟新介绍,通信中断、情况不明、失去指挥是当时淮河水灾造成严重损失的主要原因,气象、降水等信息采集,传输、处理和应用手段落后也是关键因素。
1981年,为了避免重蹈覆辙,水利部成立了为防汛工作服务的专门办事机构—水文水利调度中心,主要负责利用信息技术收集整理雨、水等信息。
可以说这场大洪水拉开了我国水利信息化的大幕,而其代价和教训依然决定着“国家防汛抗旱指挥系统”的目标和方向,“简单来讲,这个系统就是要提高信息采集的能力、速度,增加信息量,提供有效的决策依据”,倪伟新说。
磨剑十年
2005年5月,国家防汛抗旱指挥系统一期工程获得国家发改委正式批准开工建设。
实际上水利部门对于建设一套“大一统”的信息系统的筹划在上世纪90年代初就开始了,系统的必要性和可行性也进行了充分论证。然而虽然领导层对这个想法表示认可,但是因为资金一直是个大问题,系统建设迟迟未能被提上日程。“上世纪90年代初,计算机的价格之昂贵是现在不可想象的,”倪伟新回忆说,进口一台VAX小型机就要几十万美元,一台微机也要五六万人民币。资金问题成了最大的障碍,当时的工作只能停留在筹划阶段。
1995年前后,太湖流域通过世界银行贷款、海河流域通过日本协力基金(JICA)支持分别建立了一套“水情自动采集系统”。太湖项目前后花费100多万美元,在太湖周围布局了一100多个采集点,也引进了很多国外的设备和技术。两个项目的实施也让国人第一次“尝到了水利信息化的甜头”。
后来,随着水利部“中央防汛调度系统”获得世行贷款支持,建设“大一统”系统的技术、人员条件都已初步具备,而一场百年不遇的大水更加剧了工程的紧迫性。
1998年,长江、嫩江和松花江流域都出现了特大洪水,长江流域更是暴发了历史罕见的全流域洪水,成灾面积1378万公顷,直接经济损失2551亿元。虽然跟1954年同样全流域洪水相比,政府对这次大水的各项损失控制已经有了改进,但洪水的破坏性和巨大的社会影响还是让国家对于防汛的关注度再次加大。
当时布局分散、技术落后的水利信息系统明显不能满足防汛抗洪的需要。虽然很多地方都建立了“水情采集系统”,但主要靠人工采集,而数据传输还要靠邮政系统,一级级发电报,决策调度仍依靠人工计算。虽然各个地区都有一些老专家,对本流域的水文气象比较熟悉,对洪水的丰欠期、降雨规律也都有一定的资料积累,根据上游的雨量,他们可以大致估算出下游的流量; 但这毕竟只是经验型的预测,不仅准确度没有保证,速度更是远远跟不上要求。
1998年之后,国家逐渐加大对防汛信息化的投入,先是在从2000年到2003年之间在全国建设了23个信息采集示范区,还利用微波和卫星对防汛通信系统进行了完善。2003年6月,《国家防汛抗旱指挥系统工程一期工程可行性研究报告》得到了发改委正式批准。2005年5月,水利部批准《一期工程初步设计报告》,6月份开工建设。一期工程建设总投资为8.02亿元,其中中央投资5.71亿元,占总投资的71%; 地方配套投资2.31亿元,占总投资的29%。
国家电信技术设施建设和公共网络的发展对国家防汛抗旱指挥系统的实施带来了巨大的便利,使项目成本大大降低。在公网不发达的上世纪90年代初,按照微波干线和卫星站的专网设计,项目预算将高达21亿元,“而现在不同了,而且现在还可以利用公共网络开全国性视频会议,项目管理成本也得到了节省。”倪伟新说。
整合规范 技术升级
国家防汛抗旱指挥系统一期工程共分为五个部分: 信息采集系统、通信系统、计算机网络系统、决策支持系统和天气雷达应用系统。项目办按照设计将整个工程分为280个单项工程进行招标建设,依工程属地不同分别由水利部、流域机构、省项目办组织实施建设。
据倪伟新介绍,系统的实施一是整合现有资源,发挥综合协同作用,二要抓紧技术升级,提高系统工作效率。例如水库的梯级调用,如今水库越来越多,基础设施逐渐完善,发挥综合能力的客观条件已经具备。“一条河流上可能有多个水库,上下游地区都在下雨,只要协调好何时何处先放水,干流河道的承受能力就能有效保证。”
所以,建设从中央到全国31个省(市、自治区)和7个流域机构的骨干网络(含异地会商视频会议)系统成为了工程的第一步,在互联互通的基础上,保证了上传下达的有效性。
长期以来,很多地区由于地形复杂,环境艰苦,给人工观测带来极大难度,于是信息采集自动化需求就凸显了出来。中国第一套水文信息采集系统建成于1983年,在广东西枝江流域,采用了南京水利水文自动化研究所研制的雨量水位传感器和存储技术。进入20世纪90年代,全国各地由于不同需求和资金来源有保证,已经建立了很多水情信息采集系统。
不过,这些针对某个区域或某个水利工程上下游建设起来的系统分布很散,没能把整个省区、流域统一起来。而国家防汛抗旱指挥系统的一个重要工作就是进行整合规范。每个地市基本都设有水文分局,所以就以地市为单位规划建立“分中心”,管辖本地区的水文站点。本地区所有采集点的数据都归纳到各个分中心来,由分中心处理后送往省级中心,最终汇总到水利部。一期工程已经完成部分重要地区的水情信息采集系统建设。
要实现整合,除了网络基础的完善,还有个规范标准的问题,统计数据的要素必须统一。“比如采集雨量数据,不下雨报不报?超过多少雨量要加报?按点报数据的原则在汛期是否要有所调整?以前是人工观测,出现情况才报,对数据的规范性要求不强,现在要让系统有自动辨别的能力,就必须有一系列规范来约束,这是自动化、智能化的基本要求。”倪伟新说。
提高效率的主要途径则是技术升级,仍以信息采集系统为例,原理虽然仍是“采集、存储、处理、转发”,各方面技术水平却都已经大大提高了。以前是机械传感器,现在是智能传感器,超声波、雷达技术都可能用到; 传输系统就更不一样了,以前只能靠发电报,现在大部分地区走了光纤; 存储方面,现在U盘都可以直接作为存储设备; 而设备功耗的降低也使站点分布密度大大提高。
“国家防汛抗旱指挥系统是整个水利信息化建设的龙头,它几乎涵盖了整个‘金水工程’的基础设施建设。”倪伟新表示,这种“龙头”作用体现在它将推进防汛抗旱工作之外的其他水利信息化建设,“像水土保持、水资源管理、节水灌溉等系统可以在一期工程形成的骨干网基础上运行,避免了重复建设”。
任重道远
目前,国家防汛抗旱指挥系统工程一期工程进入项目验收阶段,二期工程前期工作也正式启动,可行性研究报告已通过水利部水利水电规划设计总院组织的审查,即将报国家发改委批准。
倪伟新认为,信息系统的核心是提高数据的准确度及传输速度,所以一期工程设立的主要目标包括: 开发出大江大河主要河段精度高、实用性强的洪水预报系统,提高精度,延长预见期; 改造后的1884个向中央直接报汛的水文站水情信息实现在30分钟内传送到水利部。从验收情况来看,项目目标基本完成,最快的站点报讯时间仅需要几分钟。
而二期工程未来将继续向纵深推进,完善一期所列15个重点省(区市)之外还没有覆盖到的地区和流域。现在中国的抗旱形势也十分严峻,多年来的现实就是南涝北旱,而抗旱系统在一期中只是作为一个试点,而抗旱在二期将占有很大比重。
另外,决策支持系统在一期工程中仅仅做了起步,二期中要作为重点建设。决策支持就是一套软件系统,根据采集系统发出的信息进行分析,为决策提供可靠支撑。
倪伟新希望国家防汛抗旱指挥系统能将全国常用的一些预报模型,以及重要的水情站点资料汇总起来,形成一个统一预报平台进行分析。需要做哪个区域的预报,就把适合这个区域的断面模型拿来计算,将其历史资源拿来分析,提供精确有效的解决方案。
中国各流域水情差异较大,也就需要很多不同的分析模型。比如长江是典型的地下河,水深; 黄河是地上河,水宽; 淮河则是山区型河流,水急,山里一下雨,很快就集中到了平原地区,常暴发山汛,人工预报根本来不及; 再如太湖是河网地区,河网密布,水从高到低,可能出现倒流。这样一来,它们所需要的数据采集和分析模型会完全不一样。一期工程目前已经根据不同地区的情况形成了10多个预报模型。
在倪伟新看来,由于水文信息系统的开发跟水利工程一样,带有很强的学科性质,没有一个简单模型可以通用,都要根据情况变化和技术手段改进,在实践中不断调整。
北京金水信息技术发展有限公司成立于1998年,见证了水利信息化的全面开展,也承担了一期工程中徐州、连云港、吉安、恩施、十堰等水情分中心建设,并中标数据库集成以及气象水情应用系统,承担了中央洪水预报,图形库,数据汇集平台以及中央系统集成。
金水公司总经理、教授级高工吴礼福表示,水利信息化属于电子政务的大范畴,这与企业信息化有很大不同。企业信息化的主要目的是通过信息手段实现流程改造,而政府信息化首先要对现有体制有充分了解,先适应再寻求再造。另一方面,由于是政府投资,水利信息化必然是以社会效益最大化为目标,受国家宏观经济和水利行业自身发展影响比较大。“虽然水利信息化建设本身不设任何门槛,但如果要涉足洪水预报、防汛调度这些核心业务,还是需要长期的业务积累和与水情部门打交道的经验,如果再考虑到图形库的保密要求和具体投入产出比,一般的IT厂商对水利信息化建设的积极性始终不高。”
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