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走近御洪“尖板眼”——長江防洪預(yù)報調(diào)度系統(tǒng)

  • 來源:互聯(lián)網(wǎng)
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  • 2019-06-29
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2019年5月,水利部組織開展長江流域防洪調(diào)度演練。本次演練以1998年長江洪水為背景,充分發(fā)揮以三峽水庫為核心的長江上中游水庫群聯(lián)合防洪作用,采取洪水預(yù)報與水庫調(diào)度運(yùn)用相結(jié)合的手段,實現(xiàn)了全流域預(yù)報調(diào)度一體化、調(diào)度方案實時計算、快速比選、專家討論、上下溝通、會商決策同步開展。

在此次防洪調(diào)度演練中,長江委水文局研發(fā)的長江防洪預(yù)報調(diào)度系統(tǒng)因其強(qiáng)大的技術(shù)支撐作用而受到廣泛關(guān)注。輕點(diǎn)鼠標(biāo),重要水文節(jié)點(diǎn)各種實時、歷史信息躍然于屏幕之上;幾秒之內(nèi)完成河系自動演算,提出多種預(yù)報調(diào)度方案。這套先進(jìn)的預(yù)報調(diào)度系統(tǒng),已然成為洪水防御決策的重要“利器”。

當(dāng)前的長江水文情報預(yù)報中心會商室

讓我們一起走近“長江防洪預(yù)報調(diào)度系統(tǒng)”這個防御洪的“尖板眼”。

從零開始的突破之旅

20世紀(jì)90年代中期,長江洪水預(yù)報系統(tǒng)建設(shè)跨出了從無到有的歷史性一步,將長江水文真正推入信息化的“懷抱”。

1994年開始,長江委水文局謀劃建設(shè)第一代洪水預(yù)報系統(tǒng)。在借鑒國外先進(jìn)技術(shù)建立水文預(yù)報計算模型的同時,長江委水文局在系統(tǒng)設(shè)計上開創(chuàng)性地提出了“交互式預(yù)報”概念。將預(yù)報員的經(jīng)驗進(jìn)行量化、規(guī)范化、計算機(jī)化,通過兩年時間的建設(shè),第一代長江洪水預(yù)報系統(tǒng)---“長江專家交互式預(yù)報系統(tǒng)”誕生。“第一代洪水預(yù)報系統(tǒng)的誕生,成果是立竿見影的。”長江委水文局原局長王俊介紹,由于繁重的計算任務(wù)由計算機(jī)分擔(dān),預(yù)報員之前大量花費(fèi)在計算上的時間,可以用在思考通過模型計算出的預(yù)報結(jié)果是否準(zhǔn)確,還需要做哪些調(diào)整,這些思考往往能讓預(yù)報結(jié)果變得更加精確。

在與1998年那場大洪水的博弈中,也正是這套預(yù)報系統(tǒng)在抗洪最關(guān)鍵的時刻,幫助水文專家準(zhǔn)確作出了“沙市水位不會超過45.30米;超過45米的持續(xù)時間只有22小時;超額洪量只有2億立方米左右”的預(yù)報。科學(xué)的分析、準(zhǔn)確的報告為中央決策提供了科學(xué)依據(jù),避免了荊江分洪區(qū)的分洪運(yùn)用,最大限度地降低了洪災(zāi)損失。

一往無前的探索之路

新的技術(shù)不斷匯入,長江洪水預(yù)報系統(tǒng)建設(shè)接連開啟從有到優(yōu)的新旅程,系統(tǒng)建設(shè)以實用為前提再上新臺階。

2003年6月,三峽工程首次蓄水,開始通航、發(fā)電,樞紐初步產(chǎn)生效益。在這“高峽出平湖”偉大構(gòu)想取得重要階段性成果的喜人時刻,長江水文預(yù)報工作又迎來新的挑戰(zhàn)。

從2004年開始,長江委水文局在“長江專家交互式預(yù)報系統(tǒng)”的基礎(chǔ)上,開始研發(fā)基于B/S架構(gòu)(瀏覽器/服務(wù)器架構(gòu))的通用型水文預(yù)報平臺。“開發(fā)過程,也是探索的過程和試錯的過程。”長江委水文局局長、時任水文氣象預(yù)報處處長的程海云說,“我們嘗試把當(dāng)時最新的技術(shù),運(yùn)用到最合適的地方,期間我們走了不少的彎路,但我們一直沒有停下深入研發(fā)的腳步。”

“我們是專業(yè)的水文預(yù)報員,同時也是業(yè)余的系統(tǒng)開發(fā)員。”參與系統(tǒng)開發(fā)的長江水文預(yù)報員、現(xiàn)任長江水文情報預(yù)報中心(原水文氣象預(yù)報處)副主任鄒冰玉說,“為了做好系統(tǒng)開發(fā),參與開發(fā)的人員都是在正常預(yù)報工作之余,通過自學(xué)或邀請專業(yè)老師授課來提高開發(fā)水平。”

憑借長江水文人特有的韌性和對實際工作需求的透徹理解,新系統(tǒng)的建設(shè)首次提出了建立模型庫、方法庫、平臺資源庫的新思路。

經(jīng)過兩年的艱苦開發(fā),2006年通用型水文預(yù)報平臺問世,這是第二代洪水預(yù)報系統(tǒng),也是之后“長江防洪預(yù)報調(diào)度系統(tǒng)”的雛形。系統(tǒng)在通用化和平臺資源積累式發(fā)展上取得突破性進(jìn)展,達(dá)到國際領(lǐng)先水平,并首先應(yīng)用在三峽水庫防汛調(diào)度中,建立了“三峽水庫入庫站(寸灘、武隆)流量預(yù)報會商系統(tǒng)”,為實現(xiàn)三峽梯調(diào)中心與長江委信息交換和資源共享,建設(shè)宜昌、武漢、重慶三地四方預(yù)報會商等提供了技術(shù)平臺。

2004年開發(fā)的第二代洪水預(yù)報系統(tǒng)

新系統(tǒng)成功解決了三峽入庫洪水的預(yù)報難題,借助這套系統(tǒng),2010年、2012年,長江委水文局提前五天,準(zhǔn)確預(yù)報出三峽水庫最大入庫流量70000立方米每秒、71200立方米每秒,通過調(diào)度三峽水庫攔洪錯峰,確保了沙市水位不超過警戒水位,有效減輕了下游的防洪壓力,避免了千軍萬馬上堤巡查搶險。

量變到質(zhì)變的歷史跨越

隨著流域內(nèi)控制性水庫群的建成,預(yù)報與調(diào)度愈發(fā)不可分割,長江防洪預(yù)報調(diào)度系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生,翻開了長江洪水預(yù)報的新篇章。

“調(diào)度離開了預(yù)報,就是無本之木,無法實施。而在水庫群體系中,沒有各水庫調(diào)度運(yùn)行方案作為前置條件,洪水預(yù)報也將是茫然的。”長江委水文局副總工程師、曾任水文氣象預(yù)報處處長周新春解釋說,在長江委的統(tǒng)一部署下,長江委水文局革新理念,破除思維定式和工作慣性,積極下好預(yù)報調(diào)度一體化的“先手棋”。

從2014年開始,長江委水文局依托國家防汛抗旱指揮系統(tǒng)二期工程,集成以往優(yōu)勢資源,傾力打造長江洪水預(yù)報系統(tǒng)的升級版---“長江防洪預(yù)報調(diào)度系統(tǒng)”。“系統(tǒng)匯集了流域30000多個報汛站點(diǎn)信息、各類氣象信息和降水模式預(yù)報,以及31個干支流預(yù)報調(diào)度體系849個預(yù)報節(jié)點(diǎn)(包括447個河系節(jié)點(diǎn)和402個子流域)、近百個調(diào)度對象,實現(xiàn)信息綜合展示、預(yù)報演算、交互式調(diào)度分析和會商決策支持等功能于一體,真正做到了預(yù)報調(diào)度分析信息化、實時動態(tài)化,所見即所得。最關(guān)鍵的是,系統(tǒng)可以根據(jù)實際調(diào)度需求,動態(tài)構(gòu)建預(yù)報調(diào)度體系。”周新春介紹。

新的系統(tǒng)剛剛建成,便接連迎來2016長江中下游型洪水、2017年長江中游型洪水和2018年長江上游型洪水。而實際預(yù)報結(jié)果,給出了令人滿意的答案。特別是在應(yīng)對2017年7月長江中游罕見大洪水時,在“控制城陵磯水位不超過34.4米保證水位”的調(diào)度目標(biāo)下,長江防總在34個小時內(nèi),先后發(fā)出5道調(diào)度令,一步步將三峽出庫流量從27300立方米每秒削減到8000立方米每秒,為下游“減負(fù)”。

2019年5月28日,“長江防洪預(yù)報調(diào)度系統(tǒng)”應(yīng)用在長江1998年洪水防洪調(diào)度推演中

“能在主汛期的7月份將三峽下泄流量降到8000立方米每秒,這是史無前例的,稍有不慎就可能帶來嚴(yán)重的后果。”長江委水旱災(zāi)害防御局巡視員陳桂亞說,“借助于長江防洪預(yù)報調(diào)度系統(tǒng)這個‘利器’,水文預(yù)報專家更‘神’了”。

走出長江的全新啟航

如今,長江防洪預(yù)報調(diào)度系統(tǒng)已走出長江流域,并在服務(wù)“一帶一路”、經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展中得到推廣運(yùn)用。進(jìn)入新時代,長江防洪預(yù)報調(diào)度系統(tǒng)必將展現(xiàn)新的活力和作為。

“我們的系統(tǒng)在設(shè)計之初就聚焦‘管用’,緊貼使用者最關(guān)心的問題,用個時髦的話,就是‘用戶至上’。”程海云說,經(jīng)過不斷更新?lián)Q代的系統(tǒng)貼近最新技術(shù),把不同功能細(xì)化成標(biāo)準(zhǔn)化的模塊,讓系統(tǒng)擁有了非常高的可塑性,可以實現(xiàn)個性化定制。

正因為長江防洪水預(yù)報調(diào)度系統(tǒng)的這些特性,如今系統(tǒng)早已走出長江流域,在廣東中小河流預(yù)報預(yù)警系統(tǒng)等建設(shè)中投入運(yùn)用,并在老撾、巴基斯坦等水利工程建設(shè)中得到使用,服務(wù)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展和“一帶一路”建設(shè)。同時,系統(tǒng)設(shè)計理念和相關(guān)技術(shù)也在向其他流域推廣。

“我們正在進(jìn)入一個技術(shù)爆發(fā)的新時代,我們必須秉持開放合作態(tài)度,使系統(tǒng)不斷地得以進(jìn)化。”長江水文情報預(yù)報中心主任閔要武說,隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和硬件環(huán)境的不斷改善,系統(tǒng)運(yùn)算會更加精確,幫助預(yù)報員的判斷更加趨于科學(xué)合理,讓預(yù)報員能夠?qū)崿F(xiàn)集合預(yù)報、風(fēng)險分析。”

“得益于二十余年接續(xù)滾動開發(fā),長江防洪預(yù)報調(diào)度系統(tǒng)已經(jīng)成為長江防洪實時調(diào)度不可或缺的工具。”長江委副主任金興平說道,“但圍繞長江流域100座水工程聯(lián)合調(diào)度這個大目標(biāo),我們?nèi)杂写罅抗ぷ饕觥J紫仁菢?gòu)建長江流域洪水模擬系統(tǒng),其次是納入更多綜合信息,引入大數(shù)據(jù)挖掘和機(jī)器學(xué)習(xí)等人工智能新技術(shù),構(gòu)筑長江流域水工程綜合調(diào)度的預(yù)報調(diào)度一體化支撐平臺,為防洪調(diào)度、水量調(diào)度、泥沙調(diào)度、水生態(tài)調(diào)度及應(yīng)急調(diào)度決策提供強(qiáng)有力的抓手。”

長江委防汛會商現(xiàn)場

在水文預(yù)報的戰(zhàn)場,永遠(yuǎn)沒有最準(zhǔn)確,只有更準(zhǔn)確。不管時代如何變化,技術(shù)手段如何革新,水文人“團(tuán)結(jié)、求實、奉獻(xiàn)、進(jìn)取”的精神傳承不斷,對精確預(yù)報孜孜以求的初心不改,為防洪決策提供更有力的支撐、為長江兩岸百姓的福祉貢獻(xiàn)更多的力量的使命和擔(dān)當(dāng)始終不變。(朱俊君 賈茜 周明 楊杰)

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