水利：当代大禹的隐形臂膀

　　治水是人类与自然博弈史中最悠久的形式之一。上古大禹，治水有功，成一代圣主；李冰修都江堰，至今仍效益巨大；孙叔敖、西门豹、范仲淹、王安石……许多功垂千古之士均建有水利功绩。

　　有学者指出，中国的早期社会就是一个治水的社会。虽然河流数量与欧洲差不多，但河流的巨大复杂的水文情况，决定了中国必然是一个水旱频发之地。以北方河流为例，一二月 “枯水期”与六七月“丰水期”水量的“丰枯比”能达到几十比一。直至今日，每年汛期，各地仍视防汛为首务。

　　1981年，冯明珲考入清华大学水利工程系，在课堂上第一次见到了计算机。他说，那时候大家对这个能学BASIC编程的打孔机简直敬若神明，“无论如何也想象不到，信息技术会深入到水利建设的各个细节中。”冯明珲现在已经是中国水利水电科学研究院的教授级高工，在他看来，水利工作中，信息技术已经从辅助走向主导，影响着水利事业的未来方向。

　　水利建设由于其特殊性，信息技术应用水平一直较高，从对大坝硬度、坝高的简单计算到现在的复杂水情预测预报，从一级级拍电报、区域性微波站发展到宽带、卫星通讯。可以说，水利行业对信息采集传输、数据存储处理等多种信息技术的应用都是中国较早的一批。

　　“知己知彼，百战不殆。”采访中一名“老水利”将水利信息化称为“大禹臂膀”，而对水利信息化的探索将是永无止境，因为它是做到“知己知彼”的唯一途径。

　　一场大水拉开信息化大幕

　　1975年8月上旬，淮河流域发生特大洪水。据统计，仅河南一省，就受淹32个县、1800多万亩耕地，受灾地区人口约1000万……

　　新中国成立后，党和政府把水利建设放在恢复和发展国民经济的重要地位，从1950年至1960年，国家集中有限财力投入攸关国计民生的水利项目，开展了对淮河、海河、黄河、长江等大江大河大湖的治理，在部分流域上中游的水土流失区开展水土保持工程建设，治淮工程、长江荆江分洪工程、官厅水库、三门峡水利枢纽等一批重要水利设施相继兴建，掀起新中国第一个水利建设高潮。截止1976年，全国建成大中小水库84000多座，总库容达到了4000亿立方，是解放前的20倍。

　　淮河是新中国第一条进行全面治理的大河。早在1950年10月，《关于治理淮河的决定》是中央政府就大江大河治理作出的第一个决定。为此，《人民日报》还在该决定发布次日作专题社论《为根治淮河而斗争》。然而造成严重损失淮河“75.8”大水的主要原因却是“通信中断、情况不明、失去指挥，同时气象、降水和工情等信息采集、传输、处理和应用手段落后也是关键因素之一。”

　　针对这一“始料未及”的情况，1975年底，全国防汛和水库安全会议在郑州召开，首次提出了建立畅通可靠的报汛电信网，并有重点地应用电子计算机进行预报和调度，逐步实现水利调度现代化。这被视为中国水利信息化的开端。

　　“75.8”以后，水利通信网经历了从无到有，从有线到无线，逐步建成了包括有线、短波、超短波等通信系统，取得了一些发展。“VAX系列机实时水情信息接收处理系统”和“水情、气象信息传输实时处理预报调度系统”等系统开发完成，解决了实时水情信息的计算机自动接收，水情电报的计算机译电处理。不过限于当时技术和应用水平，数据通信还要依赖邮政电报系统，很长一段时间，水利信息化还以单机辅助计算为主。之后不久，水利信息化专门机构——水文水利调度中心成立，主要负责利用信息技术收集整理雨、水、工情等信息，为防汛工作服务。

　　成效初显

　　水利信息化的推进与信息技术本身的发展和应用轨迹基本吻合，国家防汛抗旱指挥系统项目建设办公室（以下简称“防系统”）总工程师倪伟新说：“兴水利是政府重要职能，但水利信息化从技术上讲没什么特别之处，因为用到的都是通用技术。”

　　防汛是带动水利建设的龙头，而防汛信息化的重点是信息采集。以“防汛系统”一期工程为例，信息采集系统在项目数量和资金投入上都超过了60%的比例，上世纪80年代中期，广东西枝江首次建立非人工信息采集系统，由南京水利水文自动化研究所承担了其中核心部件——雨量水位传感器的研发。但由于当时的信息传输和存储的成本非常高，这一系统没能在全国推广实施，全国性的防汛指挥体系也就一直没能建立。

　　数据库管理技术出现后，水利部门分别对“防洪调度系统”和“水情监测和预报技术”进行了针对性研究，并开发了“淮河干流实时水情预报综合分析系统”、“水情信息及洪水预报预测业务系统”和“雨情气象信息接收处理应用系统”。此后，以“全国实时水情计算机广域网系统”为代表的信息系统的建成和投入生产运行，初步解决了实时水情信息的网络传输问题，信息的收集时间和信息量都得到了明显提高，为防汛指挥决策提高了精度、赢得了时间，标志水利信息化进入了网络时代。

　　计算机信息技术在中国工程项目上的应用，最早就是在水利和煤炭领域。以P3（Primavera Project Pianner）为代表的许多优秀工程项目管理软件的应用，大大提高了水利工程管理水平。“以前我们在外做项目，沟通工程进展是一件非常麻烦的事，最多只能发个传真，打个电话”，冯明珲表示，“现在不同了”。通过这些基于网络技术的工程管理软件，各级部门对人员、资源、工期以及机械设备情况都能随时做到“一目了然”。

　　1998年，长江、嫩江和松花江流域都出现了特大洪水，长江流域更是暴发了历史罕见的全流域洪水，成灾面积1378万公顷，直接经济损失2551亿元。虽然跟1954同是全流域洪水相比，政府对这次大水的各项损失控制已经有了改进（1954年长江大水的死亡人数为33169人），但洪水的破坏性和巨大的社会影响还是让国家对于防汛的关注度再次加大。

　　1999年8月，水利部将水文水利调度中心与水利部信息中心整合，成立水利部水文局（水利信息中心），水利通信和信息化行业管理职能得到进一步明确。之后，“以水利信息化带动水利现代化”的发展思路得到确立，水利信息化建设被定名为“金水工程”（即国家“十二金”工程之一），建立一套统摄全局的国家防汛抗旱指挥系统也再次被提上了日程。

　　2005年5月，发改委正式批准国家防汛抗旱指挥系统一期工程建设，总投资为8.02亿元。工程由五部分组成：信息采集系统、通信系统、计算机网络系统、决策支持系统和天气雷达应用系统，分为280个单项工程进行建设。

　　其实，从2000年起，“防汛系统”中的一部分项目已开始前期建设，这大大推进了工程的整体进度。目前，覆盖水利部机关、7个流域机构、31个省（自治区、直辖市）的水利信息骨干网络和异地会商视频会议系统已经建设完成；125个水情分中心实施方案已全部得到批复，并先后启动建设；洪水预报、防洪调度等决策支持系统等单项工程正在积极组织实施。

　　“防汛系统”在近年的抗御洪水中已经发挥了显著作用，为国家防总和各级防汛部门的决策提供了科学、便捷、高效的支撑手段。特别是在2007年淮河防洪调度中发挥了突出作用，取得了较大的社会效益、经济效益和生态效益。

　　2007年夏，淮河干流发生了建国以来仅次于1954年的大洪水。7月3日20时，王家坝站超过警戒水位。淮河水利委员会水文局充分利用“防汛系统”，于7月4日8时前做出雨水情信息预报：“王家坝站7月5日夜里将出现洪峰，洪峰水位28.4米，流量4200立方米/秒。”预报与实况相符。7月6日凌晨5时，降雨如期而至。王家坝出现洪峰水位28.38米，超警戒水位0.88米，相应流量4200立方米/秒。

　　这场洪水历时一个多月，但其造成的洪涝灾害损失却是历年几次流域性大洪水中最少的一次。随着在信息化水平的推进，水情预报的速度和准确度也在不断提高。据倪伟新介绍，如今利用国家防汛指挥系统，全国3000多个中央报汛水文站可以在30分钟内（最快的仅需要几分钟）将水情信息直接传送到国家防总和水利部。

　　扎实基础 决策支持

　　1991年淮河洪水发生时，淮委水文局所有的天气信息只有天气图，什么信息系统都没有。当时接收的天气云图是4个小时一张照片，还需要在暗室中冲洗。洪水预报所需要的信息是靠邮政电报传输到淮委，再经过人工译电。全流域水情电报收集齐全大约需要2～3个小时，再由预报人员通过图上操作计算，两个小时后才能做出一个站的洪水预报。

　　而现在天气云图、测雨雷达、天气预报、流域各地的水情等海量信息的接收全是自动化的，洪水预报的计算已经全部由软件完成，一个工作人员在一两分钟内，就能做出20个站的洪水预报来。淮委信息中心主任罗泽旺说： “如今做出一个站的预报就是敲两下‘回车键’的时间，甚至连一分钟都不到。”这种效率提升的背后，正是中国的水利防汛专用通信网初步建成以及信息化基础设施建设稳步推进的结果。

　　水利信息化基础设施建设主要分为三个部分，信息采集，网络通信、信息存储与服务体系建设。首先，全国省级以上水利部门已建成信息自动采集成套系统160多套，采集点数达12870多个，各大型水利枢纽也建立了比较完善的信息自动采集体系，初步满足了水利工作需要。

　　另外，水利信息网络与通信设施初具规模。经过几十年的建设，目前中国水利系统已初步建成了可满足语音、数据和视频等综合业务传输的防汛专用通信网。其中微波通信干线达15000多公里，微波站500多个，分别在武汉、沙市、郑州等19个防汛重点地区建成了集群移动通信网，初步建立了26个重要蓄滞洪区的县、乡、镇级洪水预警反馈系统，并依托国家防汛抗旱指挥系统一期工程建成了水利信息骨干网。

　　水利信息存储与服务体系也在加快建设，水利部机关已形成50TB的存储能力，省级以上水利部门已形成了约500TB的存储能力，配备各类服务器设备2370多套，提供信息服务的数据库达240个，初步构建了以防汛抗旱为重点的实用性较强的水利信息存储与服务基本体系，为水利信息资源的开发利用奠定了良好基础。

　　“数字黄河”是冯明珲眼中“用数字化手段研究解决水利问题的典型案例”。该项目由水利部黄河水利委员会于2001年7月提出，主要是借助现代化手段及传统手段采集基础数据，对全流域及相关地区的自然、经济、社会等要素构建一体化的数字集成平台和虚拟环境，以功能强大的系统软件和数学模型对黄河治理开发与管理的各种方案进行模拟、分析和研究，并在可视化的条件下提供决策支持。

　　“束水攻沙”是明朝治黄水利专家潘季驯组织推广的一套治水理论，沿用至今。当时，潘季驯发现黄河的问题不仅是水患问题，水患是个表象。由于河水多沙，泥沙堵塞河道是个根本问题。如果流速缓慢，泥沙沉淀，河床抬高的速度一定加快，必然导至更为严重的洪灾。 所以他提出“筑堤束水，以水攻沙，水不奔溢于两旁，则必直刷乎河底。”其核心将水力它集中起来攻沙，但如何实施才能取得最优效果一直是一个难题，水流太小冲不动沙，水太大也不行，因为水层太厚，流速同样会慢。“数字黄河”的实施使这一理论科学性和预见性得到了质的飞跃，通过数学模拟，能够迅速形成关于水量、时间、区域协同的精确方案。几千年来一直困扰人们的黄河泥沙问题，在信息化的作用下，初步得到了部分解决。

　　水利事业的发展是永无止境的，因为建设环境和水利观念的不同，不同阶段有不同工作。冯明珲说，“开始靠修水库抵御洪水，后来发现通畅下游河道也很重要，如今环保效果则越来越受到重视。”倪伟新也认为虽然经过几十年的建设实践，尤其是二十多年来几次大的工程项目，中国的水利信息化建设水平与水利工程设计施工水平、科研能力一样已经位于世界前列，但对“如何将信息技术与水利建设有效结合起来？”这一问题的探索才刚刚开始。

　　链接

　　金水工程

　　水利部信息化工作领导小组于2001年4月将水利信息化建设命名为“金水工程”，并于次年开始在系统内部使用。

　　2002年，《中共中央办公厅、国务院关于转发〈国家信息化领导小组关于中国电子政务建设指导意见〉的通知》中，国家信息化建设正式将“金水工程”列入“十二金”业务系统中。同年7月，国家发展计划委员会批复《全国水土保持监测网络与管理信息系统建设一期工程可行性研究报告》。2003年6月，国家发展和改革委员会批复《国家防汛抗旱指挥系统一期工程可行性研究报告》。

　　2003年，全国水利厅局长会议强调指出：“水利信息化是水利现代化的基础和重要标志”。同年，《全国水利信息化规划（即“金水工程”规划）》正式发布，规划阐明了水利信息化建设的分阶段目标与任务。

　　近年来，一系列全国、流域和区域的水利信息化项目先后建设完成。水利部为解决在京单位与流域机构协同办公，开发了水利电子政务系统；为提高水务管理能力和水平，保障城乡供水安全，加快节水型社会建设，水利部实施了城市水资源实时监控与管理系统试点项目；为实现灌区水管理的信息化、科学化，达到节水、水资源高效利用的目的，水利部组织实施了灌区信息化项目；为解决黄河治理和流域水资源管理调度，黄委组织实施了“数字黄河”建设。

　　国家防汛抗旱指挥系统

　　国家防汛抗旱指挥系统工程是“金水工程”的重要组成部分和骨干工程，是“金水工程”先期启动的重点建设项目。它是根据中国防汛抗旱工作的需要，建成一个以水雨工旱灾信息采集和雷达测雨系统为基础、通信系统为保障、计算机网络系统为依托、决策支持系统为核心的指挥系统。其目标是为各级防汛抗旱部门提供各类防汛抗旱信息，较准确地作出降雨、洪水和旱情的预测预报，为防汛抗旱调度决策和指挥抢险救灾提供有力的技术支持和科学决策依据。

　　2005年5月，发改委正式批准国家防汛抗旱指挥系统一期工程建设，总投资为8.02亿元。一期工程的建设为水利信息化打下了良好的基础，提高了水情信息采集自动化水平，建设了水利行业信息“高速公路”，全面提升了水利信息基础设施的技术水平与能力。目前，一期工程进入项目验收阶段，二期工程前期工作也正式启动，可行性研究报告已通过水规总院组织的审查。