今年我國(guó)強(qiáng)降雨過(guò)程多、歷時(shí)長(zhǎng)，江河洪水發(fā)生早、發(fā)展快，防汛形勢(shì)嚴(yán)峻復(fù)雜。防汛備汛，“預(yù)”字當(dāng)先，汛情監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)預(yù)警至關(guān)重要。
“數(shù)字河流”上線、“空中哨兵”上崗、測(cè)雨雷達(dá)投用……今年汛期，各地加強(qiáng)“技防”力量，加快建設(shè)“智慧防汛”體系，為打贏現(xiàn)代防汛戰(zhàn)提供有力技術(shù)支撐。
數(shù)字孿生預(yù)演洪水過(guò)程
在廣西壯族自治區(qū)桂平市，大藤峽水利樞紐工程橫臥于大藤峽峽谷出口弩灘處，它是珠江流域防洪控制性樞紐工程。
6月下旬至7月上旬，受連續(xù)強(qiáng)降雨影響，珠江流域西江上中游出現(xiàn)明顯洪水過(guò)程，西江相繼發(fā)生4輪編號(hào)洪水，大藤峽水利樞紐工程面臨防洪壓力與挑戰(zhàn)。
在大藤峽調(diào)度中心，大藤峽公司水調(diào)工程師李穎緊盯著監(jiān)控大屏。面對(duì)來(lái)勢(shì)洶洶的洪水，一項(xiàng)新技術(shù)讓她更有底氣：“在今年防汛過(guò)程中，數(shù)字孿生水利發(fā)揮了重要作用。”
數(shù)字孿生水利是指通過(guò)大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能等信息技術(shù)與水利業(yè)務(wù)深度融合，將江河湖泊、水利工程實(shí)時(shí)映射到數(shù)字世界，從而推演洪水演進(jìn)趨勢(shì)，有效支撐精準(zhǔn)化決策。數(shù)字孿生大藤峽搭載了自主研發(fā)的“降雨—產(chǎn)流—匯流—演進(jìn)”全鏈條預(yù)報(bào)調(diào)度模型。
大屏幕上顯示著大藤峽工程流域及水文站信息，李穎仔細(xì)查看著實(shí)時(shí)衛(wèi)星云圖以及上下游水位、流量等情況。突然，降雨實(shí)況圖中，柳江一帶出現(xiàn)一抹紫紅色，表明該區(qū)域出現(xiàn)了400毫米以上的特大暴雨，這意味著該流域即將出現(xiàn)新一輪漲水過(guò)程。
李穎根據(jù)最新氣象水文數(shù)據(jù)，開(kāi)始利用數(shù)字孿生模型推演漲水趨勢(shì)。不到半分鐘，模型便推算出，未來(lái)48小時(shí)洪水流量將漲至30000立方米每秒以上，防汛形勢(shì)嚴(yán)峻。
調(diào)度中心立刻通知相關(guān)部門(mén)進(jìn)行會(huì)商。會(huì)商過(guò)程中，李穎利用數(shù)字孿生模型對(duì)不同攔洪削峰調(diào)度方案進(jìn)行了動(dòng)態(tài)預(yù)演。預(yù)演結(jié)果顯示，不同調(diào)度方案對(duì)相關(guān)區(qū)域和人員的影響差異較大。
參會(huì)人員就不同調(diào)度方案產(chǎn)生的安全風(fēng)險(xiǎn)及調(diào)度成效展開(kāi)討論，優(yōu)選出最佳調(diào)度方案并及時(shí)與水利部珠江水利委員會(huì)溝通。在珠江防總統(tǒng)一指揮下，龍灘等上游水庫(kù)提前攔洪，削減大藤峽入庫(kù)洪峰；大藤峽水利樞紐精準(zhǔn)控泄攔洪，有效減輕了西江中下游防洪壓力。
“數(shù)字孿生水利有效推動(dòng)了預(yù)報(bào)、預(yù)警、預(yù)演、預(yù)案‘四預(yù)’功能的實(shí)現(xiàn)。今年汛期應(yīng)對(duì)西江干流4次編號(hào)洪水時(shí)，我們基本做到了對(duì)洪水提前10天預(yù)判、提前48小時(shí)準(zhǔn)確判斷漲水過(guò)程。”李穎說(shuō)。
近年來(lái)，數(shù)字孿生水利建設(shè)持續(xù)推進(jìn)，長(zhǎng)江、黃河、淮河等七大江河加快構(gòu)建數(shù)字孿生平臺(tái)，有力支撐了流域防洪調(diào)度管理。
6月28日，長(zhǎng)江2024年第1號(hào)洪水形成并持續(xù)發(fā)展演進(jìn)，水利部長(zhǎng)江水利委員會(huì)運(yùn)用數(shù)字孿生行蓄洪空間平臺(tái)研判后，對(duì)長(zhǎng)江城陵磯河段嘉魚(yú)縣歸糧洲(單退垸)進(jìn)行“叫應(yīng)”提醒。當(dāng)?shù)丶皶r(shí)轉(zhuǎn)移洲內(nèi)人員，因早發(fā)現(xiàn)、早預(yù)警，有效降低了洪災(zāi)損失。
7月18日，渭河形成2024年第1號(hào)洪水。小浪底水利樞紐利用數(shù)字孿生系統(tǒng)，對(duì)水庫(kù)水位、出入庫(kù)流量變化情況，水庫(kù)出沙時(shí)間、含沙量變化過(guò)程進(jìn)行了推演，計(jì)算生成最優(yōu)樞紐調(diào)度方案，為小浪底水利樞紐泄洪排沙做了充分準(zhǔn)備。
無(wú)人機(jī)開(kāi)啟“全知”視角
7月3日上午10點(diǎn)，江西空中未來(lái)科技創(chuàng)新集團(tuán)(簡(jiǎn)稱“空中未來(lái)”)的辦公室里響起急促的電話鈴聲。應(yīng)急管理部門(mén)來(lái)電，請(qǐng)空中未來(lái)派出無(wú)人機(jī)飛行小組，前往江西省湖口縣對(duì)長(zhǎng)江堤防進(jìn)行應(yīng)急巡檢。
6月底、7月初，長(zhǎng)江江西九江段水位持續(xù)超過(guò)警戒線，威脅著堤防安全。接到任務(wù)后，空中未來(lái)無(wú)人機(jī)飛行小組立即趕往湖口縣。
“前方?jīng)]有路了！”飛行小組成員李抒銳坐在車上，望著面前被淹沒(méi)的道路，眉頭緊鎖。此時(shí)距離目標(biāo)圩堤還有4公里左右的路程。“我們過(guò)不去，但無(wú)人機(jī)可以。”李抒銳邊說(shuō)邊下車，與同事一起將無(wú)人機(jī)放置在一處開(kāi)闊地。
飛行小組操控?zé)o人機(jī)騰空而起，朝堤壩上空飛去。無(wú)人機(jī)按照預(yù)設(shè)航線飛行，到達(dá)堤壩上空后，開(kāi)始多視角拍攝堤壩的照片和視頻。
“通過(guò)這些照片和視頻，我們發(fā)現(xiàn)部分堤壩水位過(guò)高，還發(fā)現(xiàn)了山體滑坡災(zāi)情。”李抒銳說(shuō)，飛行小組將發(fā)現(xiàn)的情況報(bào)告給了應(yīng)急管理部門(mén)。
無(wú)人機(jī)捕獲的圖像和視頻實(shí)時(shí)上傳至空中未來(lái)后方工作團(tuán)隊(duì)，他們將這些數(shù)據(jù)快速生成三維模型，經(jīng)過(guò)去噪、坐標(biāo)校準(zhǔn)等一系列操作后，將最終的高精度三維模型傳至應(yīng)急管理部門(mén)。
“三維模型可以進(jìn)行比例尺放大縮小、角度切換等操作，以便清晰查看堤壩的詳細(xì)情況。”李抒銳說(shuō)，模型還能將無(wú)人機(jī)上傳的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)對(duì)比，從而預(yù)判潛在風(fēng)險(xiǎn)，發(fā)現(xiàn)隱蔽險(xiǎn)情，為汛情評(píng)估與應(yīng)對(duì)策略的制定提供技術(shù)支撐。
多次參加無(wú)人機(jī)防汛任務(wù)后，李抒銳表示，無(wú)人機(jī)已成為監(jiān)測(cè)汛情的“空中哨兵”，相較傳統(tǒng)巡堤方式，無(wú)人機(jī)在機(jī)動(dòng)性、安全性方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。
在防汛搶險(xiǎn)一線，無(wú)人機(jī)以其高效、靈活、精準(zhǔn)的特點(diǎn)，日益成為重要科技力量。
6月下旬，浙江省杭州市青山水庫(kù)大流量泄洪期間，智能巡航無(wú)人機(jī)進(jìn)行閘前盲區(qū)巡查、水庫(kù)岸線比對(duì)、監(jiān)控畫(huà)面AI自動(dòng)分析，讓水庫(kù)管理人員在中控室內(nèi)“一屏掌控”庫(kù)區(qū)情況。“無(wú)人機(jī)為我們開(kāi)啟了‘全知’視角，幫助我們收集到水庫(kù)岸線淹沒(méi)范圍、泄洪閘門(mén)運(yùn)行工況等第一手資料。”青山水庫(kù)負(fù)責(zé)人說(shuō)。
7月18日，在四川省合江縣九支鎮(zhèn)鎖口水庫(kù)上空，一架無(wú)人機(jī)勻速飛行，采集鎖口水庫(kù)三維傾斜攝影數(shù)據(jù)。無(wú)人機(jī)航拍采集的高清影像，將用于制作防汛減災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)VR全景圖和三維實(shí)景建模。
7月28日，湖南省湘潭市易俗河鎮(zhèn)四新堤發(fā)生決口險(xiǎn)情。在搶險(xiǎn)救援現(xiàn)場(chǎng)，工作人員操作測(cè)繪無(wú)人機(jī)，從上空對(duì)決口現(xiàn)場(chǎng)以及周邊進(jìn)行戰(zhàn)術(shù)繪圖，開(kāi)展360度全景影像采集，為隨后的封堵決口作業(yè)提供數(shù)據(jù)支撐。
測(cè)雨雷達(dá)監(jiān)測(cè)“云中雨”
在位于北京市豐臺(tái)區(qū)的永定河盧溝橋分洪樞紐附近，矗立著一座45米高的鐵塔。鐵塔頂端，一臺(tái)水利測(cè)雨雷達(dá)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，每40秒掃描一圈，不間斷地輸出實(shí)況降雨數(shù)據(jù)。
今年汛期前，北京市水務(wù)局在北京永定河官?gòu)d山峽區(qū)間的白草畔、東大坨、盧溝橋建設(shè)了3部測(cè)雨雷達(dá)并組網(wǎng)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了永定河官?gòu)d山峽段監(jiān)測(cè)“云中雨”全覆蓋。
水利部水文首席預(yù)報(bào)員王琳介紹，傳統(tǒng)的洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)主要基于對(duì)“落地雨”的觀測(cè)進(jìn)行洪水預(yù)報(bào)，預(yù)見(jiàn)期相對(duì)有限；而測(cè)雨雷達(dá)能監(jiān)測(cè)“云中雨”，延長(zhǎng)洪水預(yù)見(jiàn)期。
水利測(cè)雨雷達(dá)與傳統(tǒng)的氣象天氣雷達(dá)也有明顯不同。王琳介紹，測(cè)雨雷達(dá)觀測(cè)的是地面以上至2公里高度范圍內(nèi)的近地面層大氣中的液態(tài)水，而氣象天氣雷達(dá)觀測(cè)的是地面以上至對(duì)流層頂、20—30公里高度范圍內(nèi)大氣中的全部氣象要素。測(cè)雨雷達(dá)在降雨監(jiān)測(cè)的時(shí)間效率、空間分辨率、組網(wǎng)監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性方面有著較為明顯的優(yōu)勢(shì)，能為洪水預(yù)報(bào)提供更為全面可靠的數(shù)據(jù)支撐。
7月12日，北京市發(fā)生強(qiáng)降雨過(guò)程，3部測(cè)雨雷達(dá)組網(wǎng)監(jiān)測(cè)效果初顯。測(cè)雨雷達(dá)外推1小時(shí)和2小時(shí)降雨預(yù)報(bào)與實(shí)況降雨量相比，命中率分別達(dá)到82%和79%。
去年以來(lái)，各地加快在重要流域暴雨洪水集中來(lái)源區(qū)、重大水利工程、山洪災(zāi)害易發(fā)區(qū)先行建設(shè)一批測(cè)雨雷達(dá)，精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)雨情水情。
在四川省蘆山縣龍門(mén)鎮(zhèn)一處高山上，一個(gè)球形設(shè)施引人注意。這是四川省首部建成投用的測(cè)雨雷達(dá)。降雨云體的三維結(jié)構(gòu)、降雨強(qiáng)度等信息被測(cè)雨雷達(dá)探測(cè)到后，實(shí)時(shí)傳輸至蘆山縣水利局防汛值班室的電腦屏幕上。2023年8月，蘆山縣利用水利測(cè)雨雷達(dá)精準(zhǔn)預(yù)測(cè)山洪，提前預(yù)警轉(zhuǎn)移危險(xiǎn)區(qū)群眾100余人。
今年入汛以來(lái)，湖南省根據(jù)水利測(cè)雨雷達(dá)雨量監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)情況，有效發(fā)布致洪致災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)短信預(yù)警，成功預(yù)警金井河、圭塘河等中小河流水位變化情況，為水利部門(mén)決策搶占先機(jī)。
王琳表示，下一步，水利部將重點(diǎn)推進(jìn)測(cè)雨雷達(dá)在中小河流、暴雨洪水易發(fā)區(qū)的應(yīng)用建設(shè)，充分發(fā)揮測(cè)雨雷達(dá)“云中雨”監(jiān)測(cè)能力，進(jìn)一步延長(zhǎng)洪水預(yù)報(bào)預(yù)見(jiàn)期、提高預(yù)報(bào)精準(zhǔn)度。(潘旭濤 張尤佳 人民日?qǐng)?bào)海外版)