今年汛期,“智慧防汛”显身手

发布时间:2024-12-25 05:58:07 来源: sp20241225

  图①:空中未来飞行小组操控无人机采集堤坝数据。   资料图片   图②:永定河卢沟桥分洪枢纽附近的测雨雷达。   张尤佳摄   图③:大藤峡水利枢纽。   新华社记者 周 华摄

  今年我国强降雨过程多、历时长,江河洪水发生早、发展快,防汛形势严峻复杂。防汛备汛,“预”字当先,汛情监测预报预警至关重要。

  “数字河流”上线、“空中哨兵”上岗、测雨雷达投用……今年汛期,各地加强“技防”力量,加快建设“智慧防汛”体系,为打赢现代防汛战提供有力技术支撑。

  

  数字孪生预演洪水过程

  在广西壮族自治区桂平市,大藤峡水利枢纽工程横卧于大藤峡峡谷出口弩滩处,它是珠江流域防洪控制性枢纽工程。

  6月下旬至7月上旬,受连续强降雨影响,珠江流域西江上中游出现明显洪水过程,西江相继发生4轮编号洪水,大藤峡水利枢纽工程面临防洪压力与挑战。

  在大藤峡调度中心,大藤峡公司水调工程师李颖紧盯着监控大屏。面对来势汹汹的洪水,一项新技术让她更有底气:“在今年防汛过程中,数字孪生水利发挥了重要作用。”

  数字孪生水利是指通过大数据、云计算、人工智能等信息技术与水利业务深度融合,将江河湖泊、水利工程实时映射到数字世界,从而推演洪水演进趋势,有效支撑精准化决策。数字孪生大藤峡搭载了自主研发的“降雨—产流—汇流—演进”全链条预报调度模型。

  大屏幕上显示着大藤峡工程流域及水文站信息,李颖仔细查看着实时卫星云图以及上下游水位、流量等情况。突然,降雨实况图中,柳江一带出现一抹紫红色,表明该区域出现了400毫米以上的特大暴雨,这意味着该流域即将出现新一轮涨水过程。

  李颖根据最新气象水文数据,开始利用数字孪生模型推演涨水趋势。不到半分钟,模型便推算出,未来48小时洪水流量将涨至30000立方米每秒以上,防汛形势严峻。

  调度中心立刻通知相关部门进行会商。会商过程中,李颖利用数字孪生模型对不同拦洪削峰调度方案进行了动态预演。预演结果显示,不同调度方案对相关区域和人员的影响差异较大。

  参会人员就不同调度方案产生的安全风险及调度成效展开讨论,优选出最佳调度方案并及时与水利部珠江水利委员会沟通。在珠江防总统一指挥下,龙滩等上游水库提前拦洪,削减大藤峡入库洪峰;大藤峡水利枢纽精准控泄拦洪,有效减轻了西江中下游防洪压力。

  “数字孪生水利有效推动了预报、预警、预演、预案‘四预’功能的实现。今年汛期应对西江干流4次编号洪水时,我们基本做到了对洪水提前10天预判、提前48小时准确判断涨水过程。”李颖说。

  近年来,数字孪生水利建设持续推进,长江、黄河、淮河等七大江河加快构建数字孪生平台,有力支撑了流域防洪调度管理。

  6月28日,长江2024年第1号洪水形成并持续发展演进,水利部长江水利委员会运用数字孪生行蓄洪空间平台研判后,对长江城陵矶河段嘉鱼县归粮洲(单退垸)进行“叫应”提醒。当地及时转移洲内人员,因早发现、早预警,有效降低了洪灾损失。

  7月18日,渭河形成2024年第1号洪水。小浪底水利枢纽利用数字孪生系统,对水库水位、出入库流量变化情况,水库出沙时间、含沙量变化过程进行了推演,计算生成最优枢纽调度方案,为小浪底水利枢纽泄洪排沙做了充分准备。

  无人机开启“全知”视角

  7月3日上午10点,江西空中未来科技创新集团(简称“空中未来”)的办公室里响起急促的电话铃声。应急管理部门来电,请空中未来派出无人机飞行小组,前往江西省湖口县对长江堤防进行应急巡检。

  6月底、7月初,长江江西九江段水位持续超过警戒线,威胁着堤防安全。接到任务后,空中未来无人机飞行小组立即赶往湖口县。

  “前方没有路了!”飞行小组成员李抒锐坐在车上,望着面前被淹没的道路,眉头紧锁。此时距离目标圩堤还有4公里左右的路程。“我们过不去,但无人机可以。”李抒锐边说边下车,与同事一起将无人机放置在一处开阔地。

  飞行小组操控无人机腾空而起,朝堤坝上空飞去。无人机按照预设航线飞行,到达堤坝上空后,开始多视角拍摄堤坝的照片和视频。

  “通过这些照片和视频,我们发现部分堤坝水位过高,还发现了山体滑坡灾情。”李抒锐说,飞行小组将发现的情况报告给了应急管理部门。

  无人机捕获的图像和视频实时上传至空中未来后方工作团队,他们将这些数据快速生成三维模型,经过去噪、坐标校准等一系列操作后,将最终的高精度三维模型传至应急管理部门。

  “三维模型可以进行比例尺放大缩小、角度切换等操作,以便清晰查看堤坝的详细情况。”李抒锐说,模型还能将无人机上传的实时数据与历史数据对比,从而预判潜在风险,发现隐蔽险情,为汛情评估与应对策略的制定提供技术支撑。

  多次参加无人机防汛任务后,李抒锐表示,无人机已成为监测汛情的“空中哨兵”,相较传统巡堤方式,无人机在机动性、安全性方面具有显著优势。

  在防汛抢险一线,无人机以其高效、灵活、精准的特点,日益成为重要科技力量。

  6月下旬,浙江省杭州市青山水库大流量泄洪期间,智能巡航无人机进行闸前盲区巡查、水库岸线比对、监控画面AI自动分析,让水库管理人员在中控室内“一屏掌控”库区情况。“无人机为我们开启了‘全知’视角,帮助我们收集到水库岸线淹没范围、泄洪闸门运行工况等第一手资料。”青山水库负责人说。

  7月18日,在四川省合江县九支镇锁口水库上空,一架无人机匀速飞行,采集锁口水库三维倾斜摄影数据。无人机航拍采集的高清影像,将用于制作防汛减灾风险点VR全景图和三维实景建模。

  7月28日,湖南省湘潭市易俗河镇四新堤发生决口险情。在抢险救援现场,工作人员操作测绘无人机,从上空对决口现场以及周边进行战术绘图,开展360度全景影像采集,为随后的封堵决口作业提供数据支撑。

  测雨雷达监测“云中雨”

  在位于北京市丰台区的永定河卢沟桥分洪枢纽附近,矗立着一座45米高的铁塔。铁塔顶端,一台水利测雨雷达匀速转动,每40秒扫描一圈,不间断地输出实况降雨数据。

  今年汛期前,北京市水务局在北京永定河官厅山峡区间的白草畔、东大坨、卢沟桥建设了3部测雨雷达并组网应用,实现了永定河官厅山峡段监测“云中雨”全覆盖。

  水利部水文首席预报员王琳介绍,传统的洪水预报系统主要基于对“落地雨”的观测进行洪水预报,预见期相对有限;而测雨雷达能监测“云中雨”,延长洪水预见期。

  水利测雨雷达与传统的气象天气雷达也有明显不同。王琳介绍,测雨雷达观测的是地面以上至2公里高度范围内的近地面层大气中的液态水,而气象天气雷达观测的是地面以上至对流层顶、20—30公里高度范围内大气中的全部气象要素。测雨雷达在降雨监测的时间效率、空间分辨率、组网监测准确性和稳定性方面有着较为明显的优势,能为洪水预报提供更为全面可靠的数据支撑。

  7月12日,北京市发生强降雨过程,3部测雨雷达组网监测效果初显。测雨雷达外推1小时和2小时降雨预报与实况降雨量相比,命中率分别达到82%和79%。

  去年以来,各地加快在重要流域暴雨洪水集中来源区、重大水利工程、山洪灾害易发区先行建设一批测雨雷达,精准监测和预报雨情水情。

  在四川省芦山县龙门镇一处高山上,一个球形设施引人注意。这是四川省首部建成投用的测雨雷达。降雨云体的三维结构、降雨强度等信息被测雨雷达探测到后,实时传输至芦山县水利局防汛值班室的电脑屏幕上。2023年8月,芦山县利用水利测雨雷达精准预测山洪,提前预警转移危险区群众100余人。

  今年入汛以来,湖南省根据水利测雨雷达雨量监测和预报情况,有效发布致洪致灾风险短信预警,成功预警金井河、圭塘河等中小河流水位变化情况,为水利部门决策抢占先机。

  王琳表示,下一步,水利部将重点推进测雨雷达在中小河流、暴雨洪水易发区的应用建设,充分发挥测雨雷达“云中雨”监测能力,进一步延长洪水预报预见期、提高预报精准度。

(责编:牛镛、岳弘彬)