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智慧水文“扮靓”幸福河

——黄河水文测报能力提升纪实

  沿着黄河5464千米漫长蜿蜒的岸线行进,能直观感受到黄河水文人守护母亲河的执着和使命担当。

  荒芜的雪域高原、空旷的深山峡谷、偏僻的乡间村庄是他们工作的战场。数十年来,几代黄河水文人用脚步、车轮、青春和信念测量着黄河一水一沙。

  时代在发展,技术在进步。如何依托互联网信息技术,变革水文测报模式,走出一条信息化、智慧化、现代化之路,适应新时代水利改革发展和治黄实践的需要,是黄河水文人亟需解决的一道难题。

  2016年,黄委党组启动黄河水文测报能力提升工作,围绕技术、管理、服务能力三个方面,拉开了黄河水文现代化建设的帷幕。三年来,在黄委党组的领导下,黄委水文局步履坚定、铿锵前行,黄河水文测报能力迎来变革式跃升的局面,自动化、信息化呈燎原之势,一场广泛的黄河水文测报能力提升探索实践开启,一幅五彩斑斓的“智慧水文”画卷徐徐展开。

  “仰望星空”,谋定智慧化、现代化的在线监测路线

  黄河水文测报能力提升是黄委党组从流域治理开发管理与保护的高站位、高起点出发谋划的新布局。黄河水文测报能力提升工作启动后,黄委水文局经过多方调研、充分论证,立足时代前沿技术,科学编制印发《黄河水文测报能力提升指导意见》。

  在测报技术方面,至2020年,实现水位、雨量、蒸发的遥测与自动监测;大力推进流量和泥沙的在线监测;水库、河道断面逐步实现数字化测绘,河口及附近海区全面实现无验潮水下地形测验和深水浅水潮位比测改正……

  在管理能力方面,强化质量管理,完善质量管理体系,不断提高水文测报质量……

  在服务能力方面,着力开展黄河水沙变化、水资源优化配置和承载能力等基础性研究,提高水文水资源预测预报水平,扩大预报范围……

  “我们既要仰望星空,以着眼未来的胸襟,谋划好黄河水文现代化的实现路线,推动黄河水文测报技术迎来革命性变革,也要脚踏实地,以时不我待、只争朝夕的精神,奋发有为,一步一步地加快发展。”对于“智慧水文”的建设,黄委水文局局长谷源泽信心坚定。

  每年年初,黄委水文局都组织召开测报能力提升年度任务审查会,审查、确定当年需要完成的工作,并细化成一项项具体的任务,明确责任和时限,保证得到落实。

  为确保测报能力提升持续推进,黄委水文局每年还召开两次推进交流会,展示水文测报技术、管理、服务能力提升与创新方面的最新成果和进展,明确下一阶段水文测报能力提升的方向和重点任务。

  三年磨砺,智慧水文的蓝图已现雏形。

  全局水位、雨量、蒸发、气象观测基本实现自动采集、传输。水位在线监测仪器、智能水位图像识别系统、称重式雨雪量计、全自动蒸发观测设备、气象6要素自动监测系统等在线监测仪器设备在流域各水文站广泛应用,极大地提高了水位、雨量、蒸发、气象等要素的观测效率。

  流量在线监测取得新进展。侧扫雷达测流系统、无人机测流系统、雷达在线测流系统、相控阵雷达测流系统、H-ADCP等先进测流设施相继比测应用,大大提升了流量的信息化、自动化水平。

  泥沙在线监测技术取得突破。同位素在线测沙仪在民和、潼关、花园口等站建成比测,多仓自动采样器在多个测区广泛应用,实现了泥沙自动取样。

  水库河道及滨海区测验技术全方位提升。水陆两用车技术、遥控船技术等先进测绘方法的研究,开启了黄河下游宽浅河道淤积测验新测验模式。“机载雷达+无人船”河道测验技术、单基站CORS系统的大力推广,减轻了劳动强度,提高了工作效率和精度。无验潮模式测验技术在黄河口附近海区固定断面测验中正式使用,对实现滨海区测验现代化具有划时代的意义。

  “黄河水文测报能力信息化、智慧化的路径已经明确,就是要从水文单要素信息化到水文全要素信息化;从单站信息化到测区信息化,再到一局乃至全河水文的信息化。具体建设思路是实施一站一策、一区一策、一局一策,最终达到全天候、全过程、全要素的全覆盖。从目前情况看,我们的信息化已有了一定基础。”黄委水文局局长谷源泽在2019年局务会议上语气坚定。

  黄河水文测报能力提升的美好前景,已实实在在呈现在众人眼前。

  “信息脉动”,业务管理平台建设网聚水文大数据

  当黄河水文遇上互联网,会碰撞出怎样的火花?

  2017年,黄委水文局着手建立了由站网管理、水雨情信息查询、预报会商、视频监控等功能组成的“黄河水文综合信息管理平台”。山东、河南相继开发完成适用于本测区的水文业务管理系统,并实现了系统之间的无缝对接,全河水文一个视频监控系统、一张图信息系统投入运用,初步形成了“大平台、大数据、大系统”的格局,水文业务与互联网信息化成果深度融合。

  2018年5月20日,中央政治局委员、国务院副总理、国家防汛抗旱指挥部总指挥胡春华视察花园口水文站。谷源泽在水情会商室向大家进行了详细全面的解说和展示。水情室清晰醒目的液晶屏上,一条条关系线,实时显示着黄河每一个水文站测验河段的脉搏心跳。

  “有了在线监测的仪器设备,有了监测数据的存储空间,怎么把这些数据从存储空间读取出来,生动形象地展示给大家,真正让水文服务走向社会化、多样化,这个自主研发的黄河水文业务综合信息管理平台是我们迈出的第一步。”水文水资源信息中心副主任杨健介绍。

  全要素在线监测的各个先进仪器犹如黄河水文监测的“耳目”和“触手”,为水文信息化打下基础,但也存在监测系统孤立运行,监测信息存储不规范,信息收集困难,综合分析和利用难等现实问题,而黄河水文业务综合信息管理平台一一解决了这些问题,它作为一个实时更新、高度集成化的窗口,将这些“耳目”所闻所见集合整理,以更形象、更便捷的方式展示出来。

  黄河水文业务综合信息管理平台系统采用三层架构,分别是数据层、业务支撑层以及应用层。数据层主要承载着数据的存储,服务层主要根据应用层的要求和指令完成对数据的提取、分析、处理以及反馈等,应用层则是系统的主要功能,包含了地理信息、站网管理、水情信息等信息的展示功能,方便用户对数据的查询展示。三层构架环环相扣,缺一不可。“不同的模块怎样设置,查询条件应该有哪些,图表怎么显示更合理,这些都是我们需要解决的问题。为此我们也多次与软件公司沟通,列清需求,逐项排查。”杨健对管理平台建设的繁杂过程记忆犹新,“每年针对管理平台,黄委水文局都在不断维护升级,力争为大家提供优质高效的水情信息服务。”

  “以前没有这个平台,在水情信息查询系统上的水情数据是需要等站上发报之后才上传的,收集数据量少还费时费力,现在在水位、雨量等在线监测的基础上,已经实现数据自动传输、自动上报了。”花园口水文站职工杨玉琳坐在电脑前,一边演示一边说,“通过这一平台,黄河各个测区的洪水涨落、来水来沙情况都能看到,为水情预测预报提供了有力支撑,同时也为站上测验的安排部署提供了参考。”

  在广域计算机网络全覆盖基础保障下,由站网管理、水雨情信息查询、预报会商、视频监控等功能组成的“一站式”管理平台上,可以分析研究全流域每个水文站的水沙特性,对比查询测站的历史水位流量关系曲线,对比分析测站不同时间断面的冲淤变化,实时查看和远程控制测站的监控视频,同时实现了用户通过这一个系统对多个其他系统的访问等功能。

  只要有一台安装了平台系统的电脑,坐在花园口水文站和坐在局机关办公室并无分别,这就是黄河水文“大平台、大数据、大系统”格局的初步成果。

  “自主研发”,黄河水文现代化之路踏平坎坷成坦途

  2019年11月29日,周五晚上二十三时三十分,河南黄河水文科技有限公司(以下简称科技公司)所在的整栋写字楼悄然沉寂,公司的会议室里却灯火通明。科技公司总经理张永平拿着一只记号笔,正在白板上计划着无人船的改进优化方向。

  在过去多年的研究中,黄委水文局逐步实现了气象、降水、蒸发、水位、流量、泥沙、冰凌和水质等的全要素在线监测,仅流量这一单要素就相继研究出了多普勒流量在线监测系统、雷达流量在线监测系统和国产相控阵雷达系统,开发了浑水测深系统、二维全向电磁流速监测系统、水下声纳数据通讯系统、无人机流量监测系统、缆道远程流量测控系统和工程措施单值化水位流量等丰硕成果。

  黄河水少沙多、水沙关系不协调,特殊的水沙情况是测报能力提升中最大的“拦路虎”。市面上已有的众多先进仪器,大多并不适应黄河这样的高含沙水流。不了解黄河水文需求的公司,也很难设计开发出契合的测验设备和软件。为此,黄委水文局选择自主研发、改进各类仪器设备,在这诸多成果的背后,是研发技术团队多年的心血和付出。

  曾任潼关水文站站长的张永平非常了解水文站的情况,他表示,要实现水文现代化的新目标,难度很大,水文要素众多,很难一蹴而就提升到位,只能一个单要素、一个单要素地突破。

  “我们从2014年就开始着手研究这个事情,那时候大家思想还没有转变,阻力也很大,但是我们没有放弃。直到2017年基本研究完成后,着手打造了水文全要素自动在线监测的民和水文站,大家看到实效,我们也有了经验,后来就能够大力推广应用。”说起自己参与研发的各种仪器设备,张永平滔滔不绝。这其中,他对同位素测沙仪印象最为深刻,因为这一仪器的研发过程非常坎坷曲折。

  “为避免仪器在水下挂水草影响测验,仪器全部采用弧形设计,形似鱼状;为确保安全,同位素测沙仪的放射源辐射一降再降,经过反复试验,被封闭在坚硬的鱼形外壳内,才最终确定了合适且安全的信号强度;为避免人与仪器的直接接触,仪器加装了控制系统,可以随水位涨落,同时采用太阳能、风能两套“双保险”供能来源来为仪器提供动力。”每次遇到问题的改进,对张永平来说,都是一次是否继续下去考验。

  10余年的心血没有白费。同位素测沙仪在泥沙监测领域的研究成果,是走在国际前列的,且仪器安装到位以后,在几个水文站应用效果都很好,精确度非常高,大大减轻了水文职工的工作负担。

  张永平和他的团队是黄河水文人立足黄河特殊河情,自主研发新技术、新仪器的一个缩影。在这些坚毅笃行的黄河水文人长达十年甚至数十年的不懈努力下,各类自主研发的,适应黄河水沙特点的信息化、智慧化水文测报仪器设备开始走进水文一线。

  可在线监测气温、气压、湿度、风速、风向和辐射等气象6要素的自动监测系统,在三湖河口、利津等24站安装,提高了测站气象辅助项目观测数字化应用水平。

  全自动蒸发在线监测系统在民和、黑石关等22个水文站批复投产,解决了困扰该要素多年水面波浪、水体膨胀、机体加热和产气泡等影响问题,实现了补水、排水、数据采集、计算的全自动化,极大地提高了水面蒸发观测效率,为今后开展巡测创造了条件。

  适应低温条件的称重式雨雪量监测系统,在唐克、潼关等17站投入应用,这一系统将降水与降雪观测有机整合,实现了全年降水量自动观测。

  更有相控阵雷达测流系统在三门峡水文站投入比测实验,RG-30雷达在线测流系统在小浪底、青铜峡等12个水文站开始应用,激光粒度分析仪实现国产化,已完成样机生产,达到国际先进水平。数字式清浑水界面仪、机载雷达空中测绘系统、地面三维激光扫描、多波束水下地形扫描等一大批先进仪器、技术被引进、吸收、消化,在黄河水文测报工作中广泛应用。

  “样板示范”,智慧水文、美好水文愿景成现实

  回首三年,黄河水文测报能力提升一步一个脚印,走地坚定扎实。

  2017年,在民和水文站率先实现了水文测报“7+1”在线监测,即水位、流量、泥沙、降雨、蒸发、水温和水质7个水文要素全自动化在线监测和测验河段监视监控,全部数据可实时传输到上级防汛抗旱部门,成了水文自动监测的样板示范站。

  2018年,宁夏勘测局围绕“3站、6断面、1中心、7要素在线、数据视频同步、软件全覆盖”开展建设,成为首个水文自动在线监测测区的样板示范,使得“有人看管、无人值守”的黄河水文测验新模式正变为现实。

  2019年,黄河水文自动在线监测站、自动在线监测测区有条件、有选择地逐步推开。中游榆林水文测区、三门峡库区水文测区自动在线监测系统开始建设。

  漫漫黄河两岸,改变和奇迹在不断发生,黄河水文测报工作的新方法新模式开始萌芽、生长,让黄河水文的测报效率不断提高。

  以青铜峡水文站为例,由于河道断面稳定,冲淤变化小,且断面附近有座大桥可以作为载体,所以RG-30(非接触式雷达测流系统)在这里很适用。青铜峡水文站下属的西总渠道站,水位流量关系线非常紊乱,在没有安装RG-30以前,水文站要专门分派2至3人在那里进行测验,每年流速仪测验任务多达200到300次,测一次一个半小时。而现在不需要人员驻扎,水位、流量直接在电脑上在线监测。

  “RG-30这个仪器准确度和稳定性很好,从2014年安装之后,5年了一直应用的非常好,精确度也很高。”青铜峡水文站职工对于安装的各类新仪器赞不绝口,“光流量这一项我们还安装了走航式ADCP(多普勒流速剖面仪)和水平ADCP,水平ADCP也是在线监测仪器,走航式ADCP测一次流,跑两个来回才20来分钟,要是遇到陡涨陡落的洪水,以前出测船的话得两个多小时,测验精度肯定会受影响,现在用ADCP十分钟完成一次测验,数据还更精准,何乐而不为呢。”

  对于测报能力提升,黄河水文人始终高度关注,一线水文职工们更是充满憧憬与渴望,渴望着测报能力提升的新成果,为大家带来新希望。

  “虽然前期确实有比测,工作量也很大,就像2017、2018年进行ADCP比测,那时候确实比较辛苦,但是到2019年比测成熟可以正式应用以后,洪水测验就感觉轻松很多。以往站上十来个人,还觉得测验任务繁重,今年不超过5个人,3个站同时监测,还感觉测得轻松了,工作强度减少了,准确度也更高了。”青铜峡水文站一名年轻职工觉得,前期的辛勤付出在感受到水文信息化成果的这一刻,都是值得的。

  “宁夏勘测局所属水文站的配备情况基本同步,除了部分站的泥沙和冬季蒸发项目没有彻底解决以外,其他的都实现了在线监测,这些问题也打算在明年逐个解决。同时,测得的水文数据采用区块链存储,在各自水文站、宁夏勘测局、宁蒙水文水资源局甚至黄委水文局都有存储,为国家防汛抗旱提供稳定可靠的水文服务。”宁夏勘测局的技术人员详细介绍了这一样板测区的亮点和优势。

  下一步,黄委水文局的建设目标,就是要以水文信息化为手段,施行“一站一策”,大力推广应用水文信息化、自动化监测技术,使测站实现自动测报、远程测控,测控中心实现轮岗值守、远程控制、实时报汛、分析整编、巡测维护等功能,形成测站主测、中心主算、机关主管新格局,最终打造成“智慧水文”,为黄河流域生态保护和高质量发展提供坚实支撑。

  “一条大河波浪宽,风吹稻花香两岸。”三年的测报能力提升工作,黄委水文局交上了一份沉甸甸的答卷。然而这并不是终点,而是一个新的起点,黄委水文局正在习近平新时代中国特色社会主义思想指引下,在自动化、信息化驱动下,以“监测手段自动化、信息采集立体化、数据处理智能化、服务产品多样化”为目标,扬起耀眼的风帆,聚起澎湃的动能,迈向水文现代化建设的新征程,开拓黄河水文事业发展的新局面。

作者:张海锋 陈毓莹 责任编辑:范江涛 蒲飞


发布时间:2019年12月10日 责任编辑:范江涛  来源:
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