【智慧城市網 時事聚焦】萬里長江，險在荊江，難在洞庭。洞庭湖歷來是長江防洪的要點和難點。
4月21日，在水利部組織下，長江水利委員會(以下簡稱“長江委”)與流域8省市水利廳(局)和中國三峽集團，共同開展了一場以長江1999年型洪水為背景的調度演練，為的就是檢驗在現有防洪手段下，遇到洞庭湖地區防洪形勢較為緊張時，能否從容應對。
為做好此次洪水調度演練，達到以演備戰、以練代訓、鍛煉隊伍的目的，長江委水文局再次運用最新的水文科技，精準還現“四情”，為水工程調度決策提供了強而有力的支撐。
時空重構——數字化“再現”典型雨洪場景
“預計未來一周，烏江、洞庭湖水系、長江中游干流附近仍有大—暴雨級別的強降水過程，嘉岷流域有中—大雨級別的降雨……”在水文預報員的預報信息報告中，演練拉開了序幕。
一張張令人揪心的雨量圖將現場專家再次拉回24年前。專家們面對的是長江委以1999年型長江上中游大洪水作為本底，并適當放大，形成的“1999+”洪水，高洪水位更高、超額洪量更多、防守難度更大。
不過令人欣慰的是，24年過去了，長江流域防洪工程體系已基本建成，水文工作的各項環境條件更是發生了翻天覆地的變化。24年前，長江流域雨量站數量不及現今數量的十分之一，水文監測站網密度較疏、測報能力較弱。
但這卻造成了流域性大洪水背景下暴雨、洪水樣本案例少，水雨情信息碎片化的難題，如何將多維度天氣要素細化到現有的降雨分區、水文站點、水庫的水雨情數據里，成為擺在推演準備前的首要問題。
為了最大程度“重現”24年前的水雨情，并更好地補充放大，長江委水文局通過雨洪連續形態模擬，實現1999年暴雨洪水場景重構。各種尖端水雨情預報分析 “武器”悉數上陣，更高分辨率地數字化再現了1999年長江上中游出現大范圍強降雨,上中游洪水再次遭遇的場景。
——利用再分析反演和數值模擬技術，重構“1999+”洪水“風—溫—壓—濕”等多維度天氣要素，通過可視化技術模擬展示流場運動，動態展現大尺度天氣環流場。
——利用衛星遙感測雨和雨量站網融合技術，合成不同雨帶縮放形態信息，通過時空智能識別技術動態刻畫雨帶形態，定制化展現降雨時空分布特征。
——利用流域分布式水文模擬技術，結合洪水不同形態縮放組合，動態調整模型參數，實現全流域洪水流場本底分布式模擬。
——通過天氣—降雨—產流—匯流—演進全鏈條模擬，構建靈活重組、形態連續的雨洪本底化數據，實現“1999+”暴雨洪水信息時空嵌套擴容，為此次推演提供“算據”支撐。
“翔實”的水文情報數據，做到了水工程調度范圍全覆蓋，讓調度現場專家領導仿佛回溯到24年前，真實感受到流域干支流的暴雨連綿和洪水肆虐。
秒級精算——技術迭代打磨御洪“利器”
“長江中下游干流主要控制站水位自6月下旬以來開始上漲，預計后期仍將快速上漲，蓮花塘、漢口站水位即將突破警戒。”一聲“警戒”，將推演推向*。
“三峽水庫發生明顯漲水過程，初步預計洪水量級將達50000立方米每秒以上。”
“若長江上游水庫群按維持在汛限水位附近或以下運行，上游來水將與洞庭湖來水形成惡劣遭遇！”
“請立即分析水庫群調度方案，以控制城陵磯蓮花塘水位不超過保證水位34.4米。”
隨著專家的一聲令下，經系統試算和人工校核，2套調度方案即刻編制完成。
現場專家對比調度方案，臨陣“出題”修改方案，復雜的演算過程分秒之間即刻完成。長江流域控制性水利工程綜合調度支持系統(以下簡稱“綜調系統”)，以“秒級精算”驚艷全場。
這是綜調系統第二次亮相洪水調度演練，但經過一年的使用和迭代后，它較一年前誕生時的樣貌更顯成熟和干練。
如今的綜調系統，采用預報體系組件式搭建技術，結合流域自適應參數、智能優化方法，快速構建流域水模擬體系，實現全流域分布式產匯流演進模擬，打造了“長江洪水模擬預報引擎”。
如今的綜調系統，進一步豐富發展了“全流域、長河系”的預報方案和技術，構建了長江流域全河系1000多套方案，實現長江流域1000余個水文、水量、水質斷面，111座水工程的多維、多尺度調控全覆蓋。
如今的綜調系統，還突破了高速運算的技術瓶頸，通過解耦模型—參數—站點的數據流，形成靈活“借調”“一對多”的計算模式，模型的通用性得到加強。同時，基于分布式部署的模型計算邏輯框架，采用并行計算的方法，同步加速各個預報節點的計算速率，實現覆蓋全河系主要控制站和水工程調度方案的“秒級”運算，極大提升預報調度一體化的時效性。
雙向互饋——“按需定制”實現智慧調控
“如果按照方案2調度，三峽水庫調洪高水位將達到164.8米，城陵磯水位34.9米，可以不使用蓄滯洪區，避免人員轉移，大幅減少經濟損失。”
“但是三峽水庫調洪高水位還是偏高，城陵磯水位也超過保證水位半米，風險太高了。”
隨著討論不斷熱烈起來，推演也來到全場的高潮，此時也是調度最難的地方——既要盡可能降低城陵磯水位，避免運用蓄滯洪區，減少經濟損失，又要盡量降低三峽水庫水位，為后續可能發生的洪水留足防洪庫容。問題似乎陷入了一個上下兩難的境地。
“能否在方案2的基礎上進行優化，控制三峽水庫調洪高水位不超過163米，同時保證城陵磯水位不超過34.6米?”專家提出了一個破解“兩難”的思路。
“馬上計算驗證方案的可行性！”
只見水文預報員在綜調系統中將專家提出的目標條件輸入，屏幕上立即顯示出為了達到調度目標，需要額外處理的超額洪量，并根據不同河段水工程防洪庫容的余量，將防洪庫容進行合理分配，最終輸出相關水庫的調度方案，而整個過程僅僅花了幾分鐘。
以多個目標和多重約束為條件，迅速反算出調度方案，這一套殺手锏便是由長江委水文局研發的“基于預報調度一體化的‘正逆向’高效互饋智能預演體系”。
從今年初確定技術研發小組，長江委水文局采用專人負責、集中管理、掛圖作戰的方式以周為單位開展集中攻關。短短幾個月，系統就實現了針對水庫、蓄滯洪區等巨型水工程群的多目標智能實時演算。
通過這個系統，可以精準計算控制斷面超額洪量，根據不同河段水庫群所能發揮的作用，快速知曉防洪庫容“剩多少”“剩在哪”“夠不夠用”“能不能用”。再根據不同的調度目標，運用建立的多場景調度目標推演方案庫，實現調度方案的“按需定制”。不僅如此，系統還能動態展示水庫群利用實效、目標對象控制要素的演變過程和多方案自動化對比分析，進一步完善了預報調度一體化，實現了預報調度“正向”互饋預演、調度方案“逆向”智能推薦，讓水工程調控更加智慧。
數字孿生—— “上帝視角”掌控決策風險
經過兩個多小時的推演，洪水最終安然俯首，江河復歸平靜。
長江流域水庫群共攔蓄洪水約400億立方米，蓮花塘站最高水位34.6米，未啟用蓄滯洪區，減少經濟損失近500億元。“1999+”洪水得以成功處置。
推演雖然結束，但讓人最為難忘的，無疑是把長江“復刻”至電腦，身在會場卻猶如置身奔流大江的情景式體驗。推演過程中，那一幕幕洪水推進時，實時演示洪水淹沒范圍的三維動畫，讓專家們“身臨其境”地實時掌握流域防洪現狀、水庫運行情況、水情異常和預報趨勢，直觀掌控調度決策風險。
為了真實再現三峽庫區的全貌，預報中心采用多源影像融合、多時相影像集成等技術，實現高分辨率、全色影像與高光譜融合，復刻三峽庫區傾斜攝影模型。
在建立模型的基礎上，首次實現數字孿生技術與預報調度業務化系統的共融互饋，通過控制孿生體的虛擬行為，將抽象的調度信息數據通過數字影像視覺模擬展現出來。
而“復刻”三峽庫區的最終目的，就是要深化風險感知，采用發展、融合、共享等手段，擴容仿真情景，對不同調度目標下，庫區水面線變化所造成的庫區兩岸淹沒范圍、淹沒深度及淹沒風險進行評估與預警，使調度方案制定者以“上帝視角”，充分了解調度方案的得與失。
“1999+”洪水調度演練已圓滿結束，過程中展現的亮眼科技成果，是長江委水文局智慧水文建設多年成果的縮影。
按照李國英部長關于“數字孿生流域”的構想，長江委水文局緊緊圍繞“四個鏈條”的發展思路，持續開展水文水資源預測預報智能方法研究和水工程智慧調控技術攻關，不斷提升長江水文“三算”“四預”能力，在守正篤行中不斷推陳出新，在流域數字化轉型的浪潮中勇立潮頭。
水文現代化建設之路道阻且長，長江委水文局將堅定不移貫徹新發展理念，大力開展自主創新，不斷加強站網優化、信息感知、模型算法、信息服務等體系建設，行穩致遠、久久為功，奮力書寫水文科技助力新階段長江水利高質量發展的新篇章。
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