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1、堤防多目标管理的信息集成张旭 马建明 吕娟 万群志一、堤防管理信息系统的多目标与功能实现随着科学技术的进步，堤防工程的功能除防御洪水外，在洪水风险管理方面将逐渐发挥较大的作用。因此，堤防管理信息系统的出现是防洪工程管理现代化的必然趋势，堤防信息管理系统是今后堤防管理重要的设施，是水利信息网络的基本建设，是江河防洪减灾指挥和应急管理决策支持系统的组成之一。中国堤防建设的历史长达两千多年，有关堤防的信息技术经历了4个阶段：文献记载，以18至19世纪黄河、长江堤防专业志和地方志为代表，有信息时序长、内容翔实的特点；工程档案，以本世纪30年代至70年代的堤防建设留下的工程原始档案为主；数据库，80年代
2、后期随着计算机的普遍应用，出现了堤防数据库。其特点是信息量大，可以实现动态的更新数据；数字化堤防，即建立在地理信息科技基础上的堤防管理信息系统，这是今后发展的方向。由于历史原因，文献记载和工程档案所保留的堤防资料大多局限于当时的险工段，记载时间和空间缺乏系统性；堤防数据库则因为没有图形作参照，与人们获取信息的习惯相差较远而尚未普及。今后，地理信息技术将以其极大的信息量、强大技术功能和图形化显示功能而具有广阔的应用前景。何谓堤防管理信息系统的多目标？从信息容量来看：利用电脑强大的信息存储功能，堤防管理信息系统可以具备多方面内涵的信息容量，超出以往就工程而工程的局限，它可以包括堤防的工情、河道水情
3、、流域范围内的汛情，以及堤防保护区的社会及经济信息。从系统功能来看：不仅具有信息管理、查询和显示的功能。利用计算机技术，可以建立多种模型，如流域水文模型、洪水风险模型、灾损评估模型、统计数理模型等，在此基础上实现洪水水文分析、堤防抢险决策的技术支持、风险分析、灾损评估等。从服务对象来看：由于信息内涵丰富和多方面的技术功能，可以为工程管理、防汛调度、堤防保护区的非工程管理(如应急措施、灾后洪水保险，以及政府主管部门的水政执法)等提供相应的信息服务。二、金马河堤防管理信息系统多目标开发背景岷江干流成都河段(金马河)河道防洪整治规划报告，四川省水利水电勘测设计研究院，1995年8月。大江大河防汛抢险
4、中，水情、工情及抢险地点周围的社区、人口分布、道路交通情况等是应急管理的决策支持基础。作为这类信息中的关键是堤防信息，整个防汛工作及汛期后河道管理都是围绕这一重点展开的。堤防信息也是水利多目标管理的核心。基于河段的防洪规划、防汛抢险组织、抢险救灾物资分布、河道工程维护及管理等均围绕堤防这一核心展开。目前河道堤防信息管理是我国江河防汛工作中的薄弱环节。如何与高科技结合，建设主要江河快速高效的防洪减灾指挥和应急管理决策支持的基础信息系统，应是当前堤防信息管理科研应用开发中的重点方向。我们选择长江上游主要支流岷江金马河段堤防为样本，引入地理信息系统平台，结合河道堤防信息的特点及水利部门应用和管理的要
5、求，利用面向对象的设计思路，开发研制岷江金马河堤防管理信息系统，以期为高起点探索研制我国河道堤防管理专业型软件积累经验。（一）金马河基本概况金马河是长江上游两处险工段之一，是成都平原重要防洪屏障。岷江在成都市境内的河段，从都江堰市与汶川县分界处起，到新津县与乐山市分界处止，河长96km。其中自都江堰青城桥到新津县岷江大桥之间的河段称为金马河，长81.3km。岷江在市境内的最前段15km中，位于从山区进入平原区的过渡地带，保持着天然河道的特点，水系以汇纳为主。在都江堰鱼嘴前，河面宽350m，最宽处达700m；经鱼嘴分流，左岸的内江前段宽70130m；右岸的外江被视为岷江的正流，前段宽96104m
6、。青城桥以下的金马河段，宽300350m，岸高58m。金马河具有平原河道的特征，河床宽阔游动，水系以分流为主。金马河后段河面甚宽，双流县檫耳岩处河宽520m，光滩处河宽1200m。过新津县后，河宽保持在400m左右。金马河平均比降为0.35%。金马河防洪工程保护区内共有5个县(市)2个区，即都江堰市、温江县、双流县、崇州市、新津县、成都市的青羊区和武候区。统计保护区内1992年共有乡、镇35个，面积911km2，总人口156.44万人，工农业总产值124.8亿元。（二）沿岸洪水及洪水风险岷江干流在都江堰市出山口后，地势开阔，流速骤减，沙石沿河淤积，使河床抬高，经洪水冲刷，河床沙洲遍布，岔濠分流
7、众多，滩沱相间，河道弯曲，主流左右摆动，流向不定，断面横流加剧，成为宽、浅、弯的游荡性河流。部分河段，床身较高，堤岸低矮，通道狭窄，排水不畅，洪水期对沿江城镇、灌溉渠系、农田造成严重威胁。岷江洪水主要由暴雨形成。洪水量级的大小，受鹿头山暴雨和青衣江暴雨区的影响。上游洪水主要来源于鹿头山暴雨区。如果汶川以上与鹿头山暴雨区同时发生较大降雨时，则易形成岷江上游的恶劣洪水。其特点是：峰高量小，历时短、涨落快。据史料记载，民国元年至民国三十八年(19111949年)间，灌县境内先后发生洪涝灾害22次，其中大灾10次。按水文实测系列，1937年至1949年的13年间，岷江洪水流量达3000m3/s以上的洪
8、水共有6次。解放后，43年间，岷江发生3000m3/s以上洪水11次，尤以1964年、1977年、1958年、1966年为严重。1964年7月2022日，在二王庙出现有实测记录以来的特大洪水，洪峰流量7700m3/s，使岷江中游上段都江堰市至新津90%以上的堤防工程被冲毁，紧靠金马河左右岸的江安、杨柳、黑石、羊马干渠均受洪水袭击，造成解放以来最大的洪水灾害。归结起来，历史上，金马河洪水的主要危害有三：(1)冲毁都江堰渠首工程及金马河沿岸堤防工程，基本上是年年发生；(2)遇大洪水或特大洪水，冲毁主要灌溉渠道的取水口，洪水进入灌溉渠道。近期使灌溉渠道沿线发生洪涝灾害，淹没村庄、农田、庄稼，远期则可
9、能影响灌溉渠道的取水，造成洪水后灌溉缺水，形成旱灾；(3)洪水严重威胁金马河沿岸的城镇、村庄以及下游河心洲上的村庄。金马河是成都市及四川省的防洪重点，沿线有重点防洪堤段、险工险段等。三、系统分析及系统实现 面向多目标管理（一）系统分析 金马河防洪防汛事关成都市防洪安全，涉及沿岸工农业和城镇建设的总体布局，因此该系统的直接服务对象有：四川省、成都市政府主管部门；四川省防办、成都市防办；成都市河道管理部门。成都市的河道具有既是灌溉渠道又是排洪通道的特点，因此，该系统可以为都江堰管理局的工程管理、防汛调度、水量调控提供延伸服务。为满足上述服务对象的多重需要，金马河堤防管理信息系统应面向多目标进行开发
10、。总体来说，该系统具有如下功能特点：(1)防洪防汛指挥和决策支持功能 即具有实时功能，通过与水文实时系统、水情预报系统联网，具备实时雨情、水情信息查询和显示功能，能实时跟踪河流水情、堤防工情和雨情并适时查询防汛抢险组织、防汛物资分布、救生高台、居民撤退路线、重点防洪单位等信息；(2)堤防常规管理与水政执法支持功能 即系统具备图形和数字数据库实时更新能力，可以使堤防管理、工程维护信息公开化，为有效执法提供条件；(3)成都市整体或局部城镇洪水风险监控功能及重要枢纽、水库运行监控等；1. 系统数据源分析 本系统数据包括空间数据及属性数据空间数据是指单个地或群体地以空间位置为对照的地物数据，本系统 地
11、理空间数据有：水系分布、渠网分布、行政区划、城镇分布、控制枢纽闸、引水及分水枢纽分布、水文测站分布、雨量测站分布；堤防系统、河道及断面；居民点及居民区分布、总体地形；重点城镇地形、重点防洪城镇建筑物分布、街区分布、堤防系统等。属性数据T是指与系统目标功能密切相关的大量的文字信息数据，以数据库表的形式进行管理。本系统的属性数据有：(1)区域社会经济信息：数据来源于各级政府部门统计年鉴。包括各行政区(县或区)人口、社会总产值、土地面积和耕地面积；城镇人口、社会总产值，大型工业企业分布；(2)防洪工程信息：水文水位测站信息；雨量测站信息；堤防工程信息；防汛救灾物资仓库；救生高台信息；灾民撤离路径；(
12、3)河道及渠道信息：河流断面信息；河道洪水信息；渠道过水能力信息；(4)历史洪水及场次洪水信息：各行政区历史水灾信息；河流历史洪水信息；城镇历史场次洪水灾害信息；历史场次洪水灾害信息；各水文测站及雨量测站历史水文及雨量记录信息；历史场次洪水水文过程及降雨过程记录；历史洪水灾害损失信息；(5)重点防洪城镇信息：重点防洪城镇社会经济及人口信息；重点防洪城镇洪水控制断面信息；重点防洪城镇静态洪水风险信息；重点防洪城镇防洪工程信息；(6)防灾信息：各县防洪预案信息；各县防洪指挥系统信息；重点防洪单位信息(油库、加油站、军工厂、机场、重要市政工程设施等)；(7)抢险救灾信息：救灾物资信息；避灾方案及路径
13、信息；抢险组织等。系统概念设计如图1所示。2. 系统功能分析系统中有关河道及堤防的信息种类多，数量大。必须通过空间数据与属性数据的有机结合及多目标功能管理，才能达到对信息进行全方位、高效率地提取和分析的目的。 系统主要功能如下：图1系统概念设计简图(1)专题信息查询显示：以地理专题图为基础，用文字、图表和各种相关信息来显示各种子专题，如：堤防工程信息专题，城镇防灾信息专题，历史场次洪水专题等；(2)单一指标及相关信息的查询，以地形查询为主；(3)重要分析模型功能的实现及动态显示；(4)重点区域洪水监控信息；(5)数据库管理和维护；成果的输出等辅助功能；（二）系统实现 近年，随着信息技术的发展，
14、地理信息系统(GIS)已经在国内外的防洪减灾、保险、交通、金融管理等领域中普遍推广运用。GIS是以计算机技术为基础，运用系统工程及信息科学理论，采集、存储、处理和分析具有空间内涵的数据的信息系统。GIS是管理空间信息的有力工具，使用GIS技术，可以用新的方法来评价和应用地理信息。GIS提供了一种管理大型复杂的空间数据库的实际手段，同时也提供了分析各种现象之间互动关系的有效工具。目前成熟的地理信息系统平台很多，从结构体系及规模角度上看，大致可以分为三类：部门级地理信息系统、企业级地理信息系统、桌面地理信息系统。前两类属大型GIS系统，主要针对一些专业性很强的部门，实现多部门共享统一的系统。桌面地
15、理信息系统则主要面向对社会经济影响大的工业企业界，政府职能部门，具有使用简单，价格低廉等优点。MapInfo公司的MapInfo Professional就是桌面地理信息系统的典型代表。堤防管理信息系统采用VB与MapInfo地理信息系统平台集成二次开发的模式，结合江河防洪防汛等多目标管理的特点和实际需要，实现了对信息查询和多角度分析。MapInfo Professional作为成熟的地理信息系统平台，具有广泛的数据接口，可以最大程度地应用已有的部门行业数据，可以兼容其他相关系统并可以为后续其他开发提供基础数据。采用成熟的地理信息系统作为平台，进行集成二次开发，便于集中精力进行数据分析、管理和
16、集成工作，避开底层复杂开发，从而大大缩短开发周期，也可以避免因底层系统设计的欠缺而影响整个系统开发和推广应用。系统实现中主要考虑：（1）系统查询检索方便；（2）模型功能实现；（3）数据可视化及直观显示等；系统各种功能如图2示。四、结论与建议98大水以后，七大江河堤防整治和建设得到国家高度重视。大规模的投资之后，必须提高堤防工程的科学化管理水平，才能使防洪工程发挥应用的经济效益和社会效益。开发和推广堤防管理的高科技信息技术，建设主要江河快速高效的防洪减灾指挥和应急管理决策支持系统已经势在必行。堤防管理信息落后使防汛抢险时缺乏针对性和适时性。因此，堤防管理信息系统建设不仅只是硬件设施的投入，更重要方面在于通过信息系统的建设使堤防的工程基础资料、江河水文、河道信息得到系统的整理；使流域内有关防洪防汛
