干旱监测预警是抗旱减灾工作的基础，也是防汛抗旱体制机制改革后水利部门水旱灾害防御的主要职责，更是深入践行“两个坚持、三个转变”的防灾减灾新理念的关键之举。由于影响干旱的因素多、手段不足，以往干旱监测预警主要根据气象干旱、水文干旱和旱灾信息上报汇总分析的方式，存在数据分散、主观差异大、准确度不高等问题，难以为抗旱工作提供精准的“情报”支撑。随着信息技术的发展，特别是物联网、大数据、人工智能等科技手段的应用，为干旱监测预警拓展了新的方向。为此，2017年湖南省水利厅联合中国水利水电科学研究院率先开展了省级干旱监测预警系统建设，初步解决了“旱在哪”的问题，并在近几年的抗旱业务应用中成效显著，但与实际旱情仍存在一定偏差，精准度需进一步提高，“有多旱、旱多久”的问题还没有得到全面有效的解决。当前监测预警的智慧化水平正处于起步阶段，亟需抓住智慧水利建设契机，探索应用遥感、北斗、大数据、智能化等新科技手段，在精准、精细、智能方面着力，提高干旱监测预警的智能化水平。
1.传统干旱监测预警方式
多年来，气象、水利等部门，根据职责监测气象干旱、水文干旱和人工汇总上报分析三种手段，各相关部门根据监测到的干旱情势通过人工分析研判后进行预警。三种干旱监测预警手段针对不同的干旱表现形式，反映了干旱发展的三个不同阶段。
1.1 气象干旱监测预警。气象干旱是指由于蒸发量和降水量的收支不平衡，水分支出大于水分收入而造成地表水分短缺现象。气象部门根据降水、气温等因素形成气象干旱综合指数（MCI），研判某一地区出现气象干旱并作出预警。由于气象干旱不考虑土壤湿度、耕地利用、作物种植结构、水利工程保障等下垫面情况，与实际干旱相比具有前置性，根据经验判断往往比实际干旱发生通常要早30天以上。
1.2 水文干旱监测预警。水文干旱是指河川径流低于其正常值或含水层水位降低的现象。水利（水文）部门根据水位（流量）接近旱限水位（流量）或30天来水量少于某一阈值以及蒸发、土壤墒情等监测数据进行分析后，认为可能出现水文干旱时发布枯水预警。水文干旱监测预警考虑了下垫面土壤湿度、河川水位（流量），对雨养区农业干旱监测预警相对比较准确，但对工程保障度较高的地区精准度不高，与实际干旱相比也具有一定的前置性，一般要早15天以上。此外，受条件限制，监测范围不广，中小河流、小型水库（山塘）监测手段不足。
1.3 人工监测预警。与上述两种灾前监测预警相比，人工监测预警主要发生在致灾后，乡镇水利管理单位以及县区、市州水利部门通过报表的形式将已经发生的农业旱灾、社会经济旱灾层层上报至省、部水利部门，作为上级部门抗旱减灾的依据和支撑。人工监测预警具有明显的滞后性，加之机构改革之后基层水利力量有所削弱，人工监测预警难度加大、准确度有所下降，作用难以充分发挥。
2.以信息化为基础的湖南干旱监测预警系统建设实践
受水资源时空分布不均的影响，湖南干旱灾害多发频发，干旱监测预警历来是湖南抗旱减灾的前提，也是湖南努力的重点。但由于干旱监测预警研究起步较晚、影响因素多、技术手段不足，传统的干旱监测预警手段，时效性和精准度不高。为增强湖南干旱监测分析能力和抗旱减灾手段，提升抗旱管理信息化水平，根据水利部统一部署，2017年湖南省水利厅联合中国水利水电科学研究院开展旱情监测预警系统建设，2018年汛前基本完成建设任务并上线试运行，此后不断开展完善工作。
湖南干旱监测预警系统依托湖南省防汛抗旱云平台，通过建立旱情监测模型，实现旱情监测预警、旱情分析预测、旱情对比的实时化、科学化。干旱监测预警系统在全面汇集和处理基础数据、历史序列干旱监测数据和历史干旱影响数据后，充分考虑下垫面条件，针对不同的土地利用、作物类型、灌区分布、土壤类型、生长阶段和物候等条件，筛选适宜的干旱监测指标，并率定指标的阈值，构建不同下垫面条件下的旱情评估规则。在基于下垫面条件的干旱指标筛选和阈值率定基础上，利用气象、水文、墒情和遥感等监测数据，采用网格化、分布式的旱情评估技术，将下垫面条件和各种干旱指标的评估都剖分到网格上，以网格为单元进行空间分析和制图技术处理，进行多指标综合旱情评估。系统变以往的分散的单指标评估为综合的多指标、多因素评估，最终形成实时的、分层级反应省市县三级干旱影响区域和严重程度的综合旱情一张图，并定时向省市县三级水利部门预警。
3.湖南干旱监测预警系统应用情况
系统建成后，经过4年的应用完善，基本达到了监测预警综合化、信息化、实时化目的，有效提高了干旱监测预警的及时性和准确度。
3.1 旱情监测预警更加及时。系统根据监测到的各项单指标数据，在后台通过模型自动计算推演，逐日生成综合干旱一张图，并第一时间在系统发布，基本实现了旱情监测预警实时化的目标。同时，系统实现了一级平台三级共用功能，在全省监测预警的基础上，以市、县为单元进行分解，市县水利部门登录系统即可实时查看本区域干旱监测预警情况，有效提升了基层抗旱业务信息水平及旱灾防御能力。比如，2018年6月份，当湖南正值主汛期时，系统监测到个别县市局部地区有干旱发展趋势，经核实发现，这些区域由于长时间未降雨，干旱已有露头迹象，县市水利部门已通过系统监测到旱情，并提前向相关乡镇发布了预警。
3.2 旱情监测预警更加准确。系统从气象、水文、墒情、工程蓄水、河道来水、灌区保障等不同角度出发，通过各种单指标评估当前旱情，经过网格化分析后形成综合旱情监测报告。系统统筹考虑了气象干旱、水文干旱，克服了其单一监测结果的影响，并通过各项监测指标之间相互验证、比对，基本可真实反映实时旱情。同时，系统改变了以往粗线条、大范围的干旱监测预警模式，按照优于30米分辨率的网格，将监测预警延伸到乡镇、村一级，极大地提高了监测预警的精度。
3.3 旱情监测预警更加直观。系统以“一张图引领、一系列图支撑”的方式，将各单项干旱监测预警指标综合在一张图上进行展示，并利用气象部门预报产品，将预报降雨和现有干旱进行图层叠加，直观反映干旱发展或缓解的演变趋势。为直观的掌握过去到现在一段时间内的旱情发展变化趋势，系统还设计了旱情演变功能，实现对指定段时间内的旱情分析成果进行动态播放，形象生动展示指定时间段内旱情的演变，以反映旱情的加重或缓解趋势。
4.干旱监测预警系统建设完善的几点思考
通过近四年的运行，湖南省干旱监测预警系统在抗旱减灾中发挥了明显作用，基本实现了干旱监测预警信息化的目标，但由于干旱影响因素多、基础研究薄弱，干旱监测预警的精确性、预见期有待进一步提高。尤其是干旱监测预警智慧化水平还处于起步阶段，透彻感知、大数据运用、智能应用等方面差距大，应以“智慧水利”为牵引，充分运用物联网、云计算、大数据、人工智能等新一代信息技术，用数字化场景、智慧化模拟，赋能干旱监测预警，在现有信息化的基础上，探索开展智慧化建设。
4.1 进一步丰富干旱监测预警手段。一方面，现有的水库蓄水、河道水情、土壤墒情等单项监测指标均不同程度存在监测站点偏少、分布散，预警网格化面积偏大等问题，应适当增加水库、河道、土壤墒情监测站点站网，进一步增强干旱监测预警全面性，缩小预警网格。另一方面，加大卫星遥感、北斗、无人机监测、物联网等新信息技术的应用，丰富强化干旱监测预警的科技化手段。
4.2 全面掌握下垫面基本情况。在农业干旱监测中，下垫面耕地分布、作物种植结构、作物生育期需水量以及灌区、日供水量、分层级保障范围等是分析评估农业干旱的基础数据，但由于各项数据分属不同部门，获取及整合难度大，很大程度上影响了干旱监测预警的准确度。还需进一步加强与相关部门的沟通协调，实现基础数据共享，尽可能全面、细致、实时掌握下垫面各类基本情况。
4.3 探索开展城乡因旱人饮困难监测。目前干旱监测预警主要针对农业干旱，而对领导重视程度更高、群众关注度更集中、社会影响更大的城乡群众因旱饮水困难问题缺乏有效的监测手段，难以全面反映地区干旱实际，特别是秋冬季节干旱问题。应根据供水类型，开展不同形式的监测，对采取集中供水的城乡，通过梳理供水工程主要水源点，建立水位（流量）监测站点与取水口对应关系，并研究确定水源点干旱预警指标，实时掌握水源点蓄水量和水位、日用水量，监测预警城乡可能出现的因旱饮水困难；对数量庞大、分布散的农村分散式供水工程，由于监测难度大，可探索通过地下水位、土壤墒情监测研判因旱饮水困难情况。
4.4 加强干旱监测预警基础研究。随着水利工程保障体系进一步完善，目前用于旱情监测的指标阈值标准与区域实际旱情监测存在较大差异。比如当前使用的水利部2008年发布实施的《旱情等级标准》中，连续无雨日数阈值南方夏季5～10天未发生有效降雨即为轻度干旱等指标，已难以适应当前干旱实际，需进一步评估核定或研究出台我省区域旱情等级标准；又比如，目前对水库（河道）旱限水位（流量）缺乏研究，当前预警主要根据水位、流量与历年同期均值进行比较而设定的预警参考值，其有效性有待进一步校核验证。
4.5 加大各监测站点运维管护力度。各单项监测指标涉及雨量站点、水库河道水情站点、土壤墒情站点，一旦某一个站点出错或者未正常报汛，都可能影响干旱监测的准确性。同时，这些站点运维管护主体为市县各级水文部门，管护单位分散，管护难度大。尤其是根据湖南历年来惯例，汛后各级水利、水文部门的精力主要集中在冬春水利工程建设等方面，对于各类监测站点要到2、3月份备汛时才安排力量运维管护，从而导致汛后近5个月的时间可能因站点故障或站点未正常报汛影响干旱监测的准确性。
（作者系湖南省水旱灾害防御事务中心一级主任科员）
作者：刘燕龙
编辑：刘娜
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