今年我國強(qiáng)降雨過程多、歷時長，江河洪水發(fā)生早、發(fā)展快，防汛形勢嚴(yán)峻復(fù)雜。防汛備汛，“預(yù)”字當(dāng)先，汛情監(jiān)測預(yù)報預(yù)警至關(guān)重要。

“數(shù)字河流”上線、“空中哨兵”上崗、測雨雷達(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)明顯洪水過程，西江相繼發(fā)生4輪編號洪水，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。面對來勢洶洶的洪水，一項(xiàng)新技術(shù)讓她更有底氣：“在今年防汛過程中，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大數(shù)據(jù)、云計算、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)時映射到數(shù)字世界，從而推演洪水演進(jìn)趨勢，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)新一輪漲水過程。

李穎根據(jù)最新氣象水文數(shù)據(jù)，開始利用數(shù)字孿生模型推演漲水趨勢。不到半分鐘，模型便推算出，未來48小時洪水流量將漲至30000立方米每秒以上，防汛形勢嚴(yán)峻。

調(diào)度中心立刻通知相關(guān)部門進(jìn)行會商。會商過程中，李穎利用數(shù)字孿生模型對不同攔洪削峰調(diào)度方案進(jìn)行了動態(tài)預(yù)演。預(yù)演結(jié)果顯示，不同調(diào)度方案對相關(guān)區(qū)域和人員的影響差異較大。

參會人員就不同調(diào)度方案產(chǎn)生的安全風(fēng)險及調(diào)度成效展開討論，優(yōu)選出最佳調(diào)度方案并及時與水利部珠江水利委員會溝通。在珠江防總統(tǒng)一指揮下，龍灘等上游水庫提前攔洪，削減大藤峽入庫洪峰；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了預(yù)報、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)對西江干流4次編號洪水時，我們基本做到了對洪水提前10天預(yù)判、提前48小時準(zhǔn)確判斷漲水過程。”李穎說。

近年來，數(shù)字孿生水利建設(shè)持續(xù)推進(jìn)，長江、黃河、淮河等七大江河加快構(gòu)建數(shù)字孿生平臺，有力支撐了流域防洪調(diào)度管理。

6月28日，長江2024年第1號洪水形成并持續(xù)發(fā)展演進(jìn)，水利部長江水利委員會運(yùn)用數(shù)字孿生行蓄洪空間平臺研判后，對長江城陵磯河段嘉魚縣歸糧洲（單退垸）進(jìn)行“叫應(yīng)”提醒。當(dāng)?shù)丶皶r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號洪水。小浪底水利樞紐利用數(shù)字孿生系統(tǒng)，對水庫水位、出入庫流量變化情況，水庫出沙時間、含沙量變化過程進(jìn)行了推演，計算生成最優(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。

無人機(jī)開啟“全知”視角

7月3日上午10點(diǎn)，江西空中未來科技創(chuàng)新集團(tuán)（簡稱“空中未來”）的辦公室里響起急促的電話鈴聲。應(yīng)急管理部門來電，請空中未來派出無人機(jī)飛行小組，前往江西省湖口縣對長江堤防進(jìn)行應(yīng)急巡檢。

6月底、7月初，長江江西九江段水位持續(xù)超過警戒線，威脅著堤防安全。接到任務(wù)后，空中未來無人機(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，望著面前被淹沒的道路，眉頭緊鎖。此時距離目標(biāo)圩堤還有4公里左右的路程。“我們過不去，但無人機(jī)可以。”李抒銳邊說邊下車，與同事一起將無人機(jī)放置在一處開闊地。

飛行小組操控?zé)o人機(jī)騰空而起，朝堤壩上空飛去。無人機(jī)按照預(yù)設(shè)航線飛行，到達(dá)堤壩上空后，開始多視角拍攝堤壩的照片和視頻。

“通過這些照片和視頻，我們發(fā)現(xiàn)部分堤壩水位過高，還發(fā)現(xiàn)了山體滑坡災(zāi)情。”李抒銳說，飛行小組將發(fā)現(xiàn)的情況報告給了應(yīng)急管理部門。

無人機(jī)捕獲的圖像和視頻實(shí)時上傳至空中未來后方工作團(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。

“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，模型還能將無人機(jī)上傳的實(shí)時數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)對比，從而預(yù)判潛在風(fēng)險，發(fā)現(xiàn)隱蔽險情，為汛情評估與應(yīng)對策略的制定提供技術(shù)支撐。

多次參加無人機(jī)防汛任務(wù)后，李抒銳表示，無人機(jī)已成為監(jiān)測汛情的“空中哨兵”，相較傳統(tǒng)巡堤方式，無人機(jī)在機(jī)動性、安全性方面具有顯著優(yōu)勢。

在防汛搶險一線，無人機(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大流量泄洪期間，智能巡航無人機(jī)進(jìn)行閘前盲區(qū)巡查、水庫岸線比對、監(jiān)控畫面AI自動分析，讓水庫管理人員在中控室內(nèi)“一屏掌控”庫區(qū)情況。“無人機(jī)為我們開啟了‘全知’視角，幫助我們收集到水庫岸線淹沒范圍、泄洪閘門運(yùn)行工況等第一手資料。”青山水庫負(fù)責(zé)人說。

7月18日，在四川省合江縣九支鎮(zhèn)鎖口水庫上空，一架無人機(jī)勻速飛行，采集鎖口水庫三維傾斜攝影數(shù)據(jù)。無人機(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)生決口險情。在搶險救援現(xiàn)場，工作人員操作測繪無人機(jī)，從上空對決口現(xiàn)場以及周邊進(jìn)行戰(zhàn)術(shù)繪圖，開展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。

測雨雷達(dá)監(jiān)測“云中雨”

在位于北京市豐臺區(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，一臺水利測雨雷達(dá)勻速轉(zhuǎn)動，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)局在北京永定河官廳山峽區(qū)間的白草畔、東大坨、盧溝橋建設(shè)了3部測雨雷達(dá)并組網(wǎng)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了永定河官廳山峽段監(jiān)測“云中雨”全覆蓋。

水利部水文首席預(yù)報員王琳介紹，傳統(tǒng)的洪水預(yù)報系統(tǒng)主要基于對“落地雨”的觀測進(jìn)行洪水預(yù)報，預(yù)見期相對有限；而測雨雷達(dá)能監(jiān)測“云中雨”，延長洪水預(yù)見期。

水利測雨雷達(dá)與傳統(tǒng)的氣象天氣雷達(dá)也有明顯不同。王琳介紹，測雨雷達(dá)觀測的是地面以上至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)觀測的是地面以上至對流層頂、20—30公里高度范圍內(nèi)大氣中的全部氣象要素。測雨雷達(dá)在降雨監(jiān)測的時間效率、空間分辨率、組網(wǎng)監(jiān)測準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性方面有著較為明顯的優(yōu)勢，能為洪水預(yù)報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)降雨過程，3部測雨雷達(dá)組網(wǎng)監(jiān)測效果初顯。測雨雷達(dá)外推1小時和2小時降雨預(yù)報與實(shí)況降雨量相比，命中率分別達(dá)到82%和79%。

去年以來，各地加快在重要流域暴雨洪水集中來源區(qū)、重大水利工程、山洪災(zāi)害易發(fā)區(qū)先行建設(shè)一批測雨雷達(dá)，精準(zhǔn)監(jiān)測和預(yù)報雨情水情。

在四川省蘆山縣龍門鎮(zhèn)一處高山上，一個球形設(shè)施引人注意。這是四川省首部建成投用的測雨雷達(dá)。降雨云體的三維結(jié)構(gòu)、降雨強(qiáng)度等信息被測雨雷達(dá)探測到后，實(shí)時傳輸至蘆山縣水利局防汛值班室的電腦屏幕上。2023年8月，蘆山縣利用水利測雨雷達(dá)精準(zhǔn)預(yù)測山洪，提前預(yù)警轉(zhuǎn)移危險區(qū)群眾100余人。

今年入汛以來，湖南省根據(jù)水利測雨雷達(dá)雨量監(jiān)測和預(yù)報情況，有效發(fā)布致洪致災(zāi)風(fēng)險短信預(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)揮測雨雷達(dá)“云中雨”監(jiān)測能力，進(jìn)一步延長洪水預(yù)報預(yù)見期、提高預(yù)報精準(zhǔn)度。