中国水利信息化现状及解决方案(1)

摘要：中国水利在过去二十多年信息化过程中积累了许多宝贵的经验。当今计算机、通信、网络等高新技术的发展为实现中国的“数字水利”提供了坚实的技术基础和前所未有的发展机会。鉴此，论文提出了一整套水利信息化进程中的解决方案。

关键词：信息化 数字水利 决策支持系统

1 水利信息化现状

水利行业作为一个有着悠久历史，同时也是信息十分密集的行业，其信息化工作开始于“七五”期间，至今已取得了可喜的成绩，但仍存在不少问题。

（1）信息的标准化和规范化工作相对滞后。水利工作的三大任务是防治洪涝灾害，解决干旱缺水和治理改善保护水环境。随着水资源管理和水环境保护问题的日益突出，需要开发的水利信息资源越来越多，对信息的准确性和实时性要求越来越高，但信息的规范化和标准化工作相对滞后，加上系统的维护管理经费渠道始终未得到很好地解决，致使目前我国在水利信息资源的开发利用和信息服务方面，与国际的差距有逐渐拉大的趋势。主要表现在未能应用现代信息技术及时为政府和社会公众提供全方位的信息服务及信息化的质量还不能适应水利现代化的需要。

（2）对信息工作的认识不到位。水利系统的干部和职工对信息化工作的重要性有了一定的认识，但还有一部分员工对信息化工作认识不足，缺乏紧迫感；没有形成统一的建设机制，水利信息化普及程度还远远不够，甚至部分单位还没有统一的规划和明确的发展目标。

（3）水利信息化发展水平不高。主要表现在：

1)从事水利信息化规划的相关人员对it技术发展把握不够深，造成了随着it技术的飞速发展，大量刚刚完成的信息化应用建设已经不能适应信息时代的要求，成了落后的产品。此外，整体性规划的不完善或实施不利而导致各个系统的兼容性差，信息流不畅，致使信息化的大量投入所建设的仅是一个又一个的“信息孤岛”。2）从事水利信息化产品设计与开发的相关机构对行业应用理解不够深，造成了水利信息化产品的易用性、实用性差，甚至无法推广或交付使用。3）信息化发展的保障条件不足。水利信息化工作面广、量大，信息化技术发展快，而现在国家某些投资政策和项目管理制度不太适应信息化建设要求，导致长期以来在水利信息化建设方面的投入严重不足。水利信息系统的建设和管理，本身是一个庞大和复杂的系统工程，但目前在水利系统还没有形成一套完整的管理制度、管理措施和管理办法。此外，水利信息化队伍的人才缺乏、技术储备不足也是急需解决的问题。

2 数字水利的定义

随着“数字地球”这一概念的提出，“数字水利”也应运而生。“数字水利”是一个以空间信息为基础，融合各种水文模型和水利业务的专业化系统平台，是对真实水文水利过程的数字化重现，它把水活动的自然演变搬进了实验室和计算机，成为真实水利的虚拟对照体。“数字水利”是由各种信息的数据采集、传输、存储、模拟和决策等子系统构成的庞大系统。可以根据不同需要，对不同时间的数据进行检索、分析，透视水文环境要素的变化规律，实现数字仿真预演。“数字水利”的应用不仅仅局限在防洪抗旱，它还能够为流域内水量调度、水土流失监测、水质评价等提供决策支持服务；能够为水利工程运行、水利电子政务和水利勘测规划设计等提供信息服务；能够为人口、资源、生态环境和社会经济的可持续发展提供决策支持；能够为人居环境、社区规划、社会生活等方面提供全面的信息服务，提高人们的生活质量。

3 数字水利解决方案

3.1 概述

计算机技术、通讯技术、网络技术、微电子技术、3s技术、水文模型技术的飞速发展给“数字水利”带来了前所未有的大好机会，终将对水利信息的采集、处理和共享的方式都产生了很大的影响(图1)。

3.2 数字水利应用系统组成

数字水利应用系统主要由采集层、网络层、数据层、应用层、表示层、接口层、支撑层七个部分组成（图2）。

3.2.1 采集层 水利信息化系统是建立在信息基础之上的，而这些信息的获得需要通过不同手段和措施；这些获得信息的手段和措施以及相应的采集点就组成了采集层。采集层采集的内容有气象、水雨情、工情、旱情、图像、水质、地下水、水土保持等信息，采集手段包括遥感、遥测和其他传感器自动采集、云台摄像、手工输入、通过数据接口自动获取等；具体的采集内容、手段、采集地点的布局等根据具体系统决定。

3.2.2 网络层 网络层为信息共享和数据传输提供基础，网络的建设一般根据实际情况采用公网和专网相结合的方式。

3.2.3 数据层 数据层通过建立所有与水利相关的数据的模型或结构，使应用层能够更方便、更快捷地获得各种水利信息，产生各种水利应用。因为面对的是海量的异构的数据，还要兼顾直接的面向信息的应用。此外，数据结构的建立必须遵循相关标准，以便为上级或下级系统提供数据接口。

3.2.4 应用层 应用层建立在数据层的基础之上，通过建立各种应用模型如洪水演进模型、排水模型等，提供水利行业的各种应用功能。如水利信息服务、统计分析、虚拟仿真、预报决策等。应用层通过充分利用数据层的数据以及最先进的信息技术如3s等，建立虚拟的数字水利，从而能够更好的利用水利为人类服务。

3.2.5 表示层 表示层以浏览器为载体，直接向从事水利的各级人员提供其所需要的相关功能或信息服务。

3.2.6 接口层 接口层通过向各级水利系统提供网络接口、数据接口和系统接口使各类信息得到充分共享，各级水利系统成为一个有机的整体，最终形成“数字水利”。

3.2.7 支撑层 支撑层通过相关的标准体系以及最新的技术，保证整个系统安全、稳定、有效的运行。

3.3 决策支持系统

数字水利应用系统建设的最终目的就是为防汛抗旱、水资源合理配置、水环境管理及水土保持等决策提供科学、准确的数据支持。根据水利工作的实际情况，水利决策支持系统包括：防汛决策支持系统、抗旱决策支持系统、水资源决策支持系统、水环境决策支持系统、水土保持决策支持系统、水利综合会商系统等（图3）。

3.3.1 防汛决策支持系统 防汛决策支持系统的建设是保障防汛抗洪工作有效和科学的前提条件，在实时数据采集系统建立的前提下，可以利用遥测数据、遥感图片等进行相应的暴雨预报、洪水预报、洪水调度等工作，可以提前为防汛抗洪工作做出指导性的预报、预警措施。当前，水资源紧缺成为世界性问题，引起学术界和各国政府的关注。洪水不仅是灾害，同时，洪水调度已成为水资源研究的新课题，是“资源水利”的重要组成。

3.3.2 抗旱决策支持系统 抗旱决策支持系统有两类数据源，一是遥感数据源、另一类是旱情监测站采集的旱情信息数据。

抗旱决策支持系统在遥感图片基础上，结合相关的计算模型进行计算，可以快速、准确的获得同一时期内大范围的土壤含水量信息以提供第一手的辅助决策资料。同时也可以根据地面旱情固定、流动监测站采集的地下水埋深、土壤含水量、土壤温湿度等数据，作为区域遥感数据校正的参考。

3.3.3 水资源决策支持系统 水资源决策支持系统在水资源数据库及地理数据库的基础上，采用相关的数学模型进行计算，评价水资源量、预测水资源量、对水资源进行优化管理和科学调度。

3.3.4 水环境决策支持系统 水环境决策支持系统在水环境数据库及地理数据库的基础上，采用相关的数学模型进行计算，评价水质、预测模拟水质变化、计算水环境容量、控制规划污染物总量。水环境决策支持系统将成为环境管理和环境执法重要依据。

3.3.5 水土保持决策支持系统 水土保持决策支持系统是建立在水土流失数据库和地理数据库的基础上，利用水土流失评价及治理数学模型技术，采用智能决策支持系统的思想建立水土流失模型库，为水土流失的评价及预测提供强大的决策支持。水土保持决策支持系统的研究不仅对土壤侵蚀的评价提供科学方法，水土保持决策支持系统与实时水保监测系统的集成将为保障水土保持治理工程的科学性，并指导水保工程的规划和实施。

3.3.6 水利综合会商系统 水利综合会商系统集中展示上述各种决策支持系统提供的关于防汛、抗旱、水资源、水环境、水土保持等数据，为水利部门主管领导提供集成的会商环境，便于会商人员迅速地作出科学决策，下达会商命令，以预防或尽量减少未来可能造成的各种损失。

4 结语

（1）“数字水利”是未来中国水利事业发展的方向。只有在各种先进技术的基础上，结合水利行业特点，打造具有中国特色的“数字水利”工程，才能更好更快地使水利事业服务于社会；

（2）“数字水利”的发展不是一蹴而就的，是一个长期的漫长的过程，在这个过程中，需要各行业进行紧密配合，才有可能达到目的；

（3）“数字水利”是一个开发动态的概念，也就是说随着相关新技术的出现，它必然要运用“数字水利”中，这样才能确保“数字水利”工程的技术先进性；

（4）“数字水利”工程必须与“数字中国”乃至“数字地球”的发展方向保持一致，才能保持长久不衰的生命力。

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