流域水旱灾害防御决策支持系统研究
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摘 要 结合数据挖掘和知识发现的基本理论，在传统流域洪水预报及调度模型的基础上，研究了基于ASP.NET MVC框架的流域水旱灾害防御决策支持系统的构想和方法。根据流域水旱灾害防御决策指挥的特点，深入挖掘流域水、雨、历史灾情数据，结合水旱灾害防御指挥不同阶段的场景，分析研判汛情风险，预测灾害发展趋势，进一步提高水旱灾害防御指挥决策水平。
关键词 水旱灾害防御;决策支持系统;指挥场景;数学模型
中图分类号： P426.616 文献标识码： A
DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.02.068
0 引言
由于我国地域辽阔，河流众多，造成水旱灾害频发。近年来，水旱灾害是我国出现概率最高，影响范围和造成损失最大的自然灾害。信息是水旱灾害防御决策的基础。如何在水旱灾害产生的各个阶段，利用信息系统在较短时间内尽可能多地获取相关信息，对防汛抗旱的形势和问题作出正确的判断和决策，制订科学的防洪方案是新时期流域水旱灾害防御需要面对的新问题。本文介绍了基于ASP.NET MVC框架[1]的流域水旱灾害防御决策支持系统，从需求分析、系统框架、功能设计、关键技术、系统实现出发，分别阐述了水旱灾害防御决策支持系统的构想和方法。
1 流域水旱灾害防御决策支持系统设计
决策支持系统（Decision Support System，简称DSS），是一种重要的计算机应用系统。DSS是以数据库、模型库和知识库为基础，辅助支持相关部门各级管理人员进行决策，是推进管理现代化与决策科学化的有力工具。建立流域水旱灾害防御决策支持系统的目的是为决策指挥提供多层次的信息服务和多种支持手段，以充分提高流域水旱灾害防御决策科学化和现代化水平。
1.1 需求分析
根据流域水旱灾害防御决策支持系统的应用现状，其需求主要体现在以下方面：
（1）通过大数据共享，与气象、海洋等各部门形成数据互联互通，挖掘水旱灾害相关数据利用价值，为水旱灾害防御综合研判提供基础数据支撑。
（2）建立精准的流域洪水预报模型，准确地预报或评估流域未来的雨情、水情，及时有效的发布流域汛期预警。
（3）绘制流域动态洪水风险图，对灾害造成的损失采用合理的统计和评估方法，在水旱灾害防御中提供基础的决策支撑。
（4）以水旱灾害防御过程中各阶段不同的决策指挥场景为出发点，为管理人员搭建水旱灾害防御实际应用场景，在不同场景中实现指挥信息的融合共享、有序流转和自主显控，使信息优势转化为决策优势，促进态势监控、辅助决策和指挥控制能力的提高。
1.2 系统功能
针对流域水旱災害特点和流域水旱灾害防御指挥决策需求[6]，在对相关流域防汛预报系统大量调研的基础上[2-4]，融合实时水雨情、降雨气象预报、流域洪水预报、动态洪水风险编制、流域防洪调度、洪水调查等内容，提出将流域水旱灾害防御决策指挥系统划分为汛情态势感知、水旱灾害防御决策和灾后综合评估三大功能模块。
1.2.1 汛情态势感知
在流域可能或即将出现汛情时，通过实时调取流域水雨情信息、降雨预报信息以及流域各类工情信息，利用大数据分析等信息技术手段，设置一套水旱灾害研判概念指标，综合分析当前汛情状态并提供实时水情简报;实时监控降雨过程，与流域历史降雨过程进行自动匹配，分析预估场次降雨过程走向;实时监测工程运行及安全状态，综合评估流域当前防洪形势，为后期流域水旱灾害防御决策提供前期保障。
1.2.2 水旱灾害防御决策
当实时或预报水雨情已造成流域出现水位超警等状况，依托水雨情实时监测数据，迅速描述流域当前水旱灾害画像，并形成相应水旱灾害简报;结合流域洪水预报模型，准确地预报或评估流域未来的雨情、水情，及时有效的发布流域汛期预警;模拟洪水动态演进过程，绘制流域动态洪水风险图，对灾害造成的损失采用合理的统计和评估方法，在水旱灾害防御中提供基础的决策支撑;结合流域防洪调度模型，动态模拟防洪调度，为决策人员调整调度方案提供直观依据。提供信息自主交互功能，灾害过程中根据当前水旱灾害防御形势实时更新融合信息，促进灾害态势监控能力和应急指挥水平。
1.2.3 灾后综合评估
在水旱灾害结束后，及时做好水旱灾害后评估工作。系统根据过程中记录的灾害过程数据，分析计算本次洪水特征值，建立流域典型洪水数据库，为今后的防汛调度决策提供参考资料;将洪水预报和动态洪水风险绘制成果与实际灾害情况进行比对，为优化流域预报模型参数积累数据，提升流域预报模型的准确性和及时性;综合记录本次调度过程、受灾影响情况，合理分析工程调度决策以及实施效果，辅助生成评估报告，并与历史情况分析对比，不断优化流域未来的水旱灾害防御决策支撑水平。
1.3 系统实现
为方便用户访问使用，系统的实现综合使用了ASP.NET MVC 框架[5]、C#程序设计语言、SQL server、JavaScript、CSS3、HTML5和jQuery等技术和工具。系统整体基于WebGIS（网络地理信息系统）技术结合B/S（浏览器/服务器）结构[6]实现。整个系统分为四个层次，分别为视图、控制器、业务逻辑层和数据库。其中视图为用户提供访问界面，通过视图用户可以访问相应的功能模块;控制器根据访问要求，返回相应的运行结果;业务逻辑层实现了对业务的抽象与封装，实现完成特定的水利计算或成果的查询统计;数据库是根据水旱灾害防御决策支撑的业务需求设计，用于存储与业务相关的数据。
2 系统中采用的预报、调度和仿真模型
一个有效的流域水旱灾害防御决策方案应体现出水雨情预报的准确性、汛情和灾情分析的可靠性、水利工程调度的合理性、防灾减灾决策的正确性，而其关键是根据流域水旱灾害防御的具体特点，选择适宜的预报、分析、调度和决策仿真模型，并通过模型耦合技术进行无缝融合，将分散的水旱灾害防御业务信息全部汇聚、关联、流动起来，为流域水旱灾害防御提供动态的阶段性的决策技术支撑。根据流域水旱灾害防御工作的具体要求，在对国内外流域水旱灾害防御决策模型充分调研的基础上，研究和选用了一些适用的数学模型。作为系统模型库的组成，本节列出了在流域水旱灾害防御决策过程中常用到的部分模型，应用时，针对不同地区具体的防汛任务、水情工情特点及资料条件，选用其中一种或几种数学模型。 2.1 洪水预报模型
洪水预报模型是通过分析研究洪水特点及河床变形规律，利用过去和实时的水文气象资料，对未来一定时段的洪水发展过程进行预测的数学模型。模型通常采用水文学、水动力学等相结合的方法进行构建。
2.2 洪水风险分析模型
洪水风险分析模型是依据洪水预报模型计算得到的预报洪水过程结果，结合GIS、数据网格化等信息技术手段，标示洪泛区内各处受洪水灾害危险程度的模型。模型将预报计算断面水位过程数据转换为矩形栅格文件，结合防洪区域内的工程分布地理信息及基础特性，计算区域及对象的淹没范围和水深，分析预报流域洪水危机程度。根据洪水类型的不同，可以分为河道洪水分析、水库洪水分析、风暴潮泛滥洪水分析和内涝洪水分析等。
2.3 洪水影响评估模型
洪水影响评估模型是对不同量级洪水各级水深淹没区域内的经济和社会指标的统计模型，可在一定程度上反映出洪水影响程度。洪水影响统计分析的经济指标主要包括GDP、耕地面积、交通干线（省级以上公路、铁路）里程等;社会指标为人口。统计单元为不同级别（县区、乡镇等）的行政区域。
3 结语
本文着眼于现代化流域水旱災害防御领域的突出矛盾，研究设计了场景化的流域水旱灾害防御决策支持系统，综合考虑水旱灾害防御过程中不同阶段的需求和聚焦重点，研究了基于ASP.NET MVC框架的流域防汛决策支持系统;并根据我国洪涝灾情特点研建和选用了目前国内外较先进和成熟的水情和灾情仿真、预报、评估等数学模型，利用这些模型可以迅速、可靠和正确地模拟流域雨情、水情、灾情的发展过程和可能后果，为场景提供合理有效的预报数据信息，为防汛减灾决策提供科学依据。目前，已初步开发并投入使用的鳌江流域、东苕溪流域、防汛减灾决策支持系统，取得了较好的防洪效益和社会效益，后续将继续对系统进行深化，进一步积累流域水旱灾害防御决策支撑系统建设经验。
参考文献
[1]秦冠男.基于ASP.NET MVC框架的IT管理系统的设计[D].上海：上海交通大学，2013.
[2]王昊，邢天明，邢栋，等.基层黄河防汛指挥决策支持系统研发与应用[J].人民黄河，2018，40（1）：23-26.
[3]郑晓阳，胡传廉.上海市防汛辅助决策系统研究[J].水文，2003，23（2）：32-36.
[4]刘俊，徐向阳.江苏省城市防汛决策支持系统研究[J].灾害学，2002，4（17）：11-15.
[5]赵丰.基于.NET框架下决策支持系统的模型研究[D].北京：北京邮电大学，2005.
[6]童恒庆，梅清.基于.NET平台的B/S系统开发框架的研究[J].微机发展，2004，14（8）：61-63，66.
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