自7月16日以来,全国各地经历了防汛救灾的关键阶段。据水利部统计显示,我国从南到北经历7次强降水过程;576条河流发生超警以上洪水,136条河流发生超保洪水、25条河流发生有实测资料以来最大洪水,大江大河发生6次编号洪水。这些灾害给各地经济社会持续健康发展带来了巨大的影响,全国水利部门在灾害防御中也遭遇了重重考验。尽管今年的洪水规模不可以小看,但数字孪生等新科技的应用,为水利部门科学防御决策提供了技术支撑,极大的提升了抵御洪水侵袭的能力。各地水利部门的一线工作者是怎么样才能做到的呢?请看他们在抗洪救灾中展现出的智慧、科技和担当……
7月下旬,超强台风“格美”登陆。从洞庭湖、鄱阳湖水系强降雨,到松花江辽河流域暴雨洪水,长江、黄河、鸭绿江、松花江吉林段、乌苏里江等河流相继发生编号洪水,多条河流发生超历史洪水……水利部门担负着水文预报、工程调度和防汛技术支撑的职责,能否在汛情最为紧要的“七下八上”时期守住安澜?“三位一体”——织密水旱灾害防御工作体系从7月16日起,水利部全面启动防汛关键期工作机制,实行部长“周会商+局地暴雨会商+场次洪水会商”机制,部领导逐日主持会商研判。压紧压实责任,公布744座大型水库大坝安全责任人,指导各地分级公布中小型水库大坝安全责任人,全面落实小型水库防汛行政、技术、巡查“三个责任人”。
根据雨水情信息,结合各省(区、市)实际,每天发送“一省一单”,靶向预警,有明确的目的性地指导相关地区开展防御工作。同时印发《加快构建水旱灾害防御工作体系的实施建议》,明确目标任务和实施计划,推动水旱灾害防御工作体系落地见效。印发《水利部重大水旱灾害事件调度指挥机制》,确保第一时间全面掌握信息,第一时间作出研判部署,第一时间指导应急处置。
从水利部到各流域、省(区、市)水利部门,再到各地基层,责任逐级落实,压力层层传导,构建一张将触角和网格涵盖到各层级、多点位的防御责任网,形成了迎战暴雨洪水的强大合力。7月27日凌晨,水利部珠江水利委员会(以下简称“珠江委”)的大楼依旧灯火通明,有关部门还在加班加点安排部署韩江等洪水防御工作。受台风“格美”影响,7月25日开始,珠江流域大部地区出现强降雨过程,7月26日晚韩江发生今年第5号洪水。珠江委强化流域统一调度,会同广东、福建水利部门科学调度韩江、东江等干支流水库群拦洪削峰错峰,滚动发布预报信息194站次4800余条次,发布靶向预警信息4700余条,并提前派出工作组赴梅州蕉岭、平远等地,督促指导地方做好台风暴雨洪水防范应对工作。
从强降雨防范到水库调度运用,从中小水库安全度汛到中小河流洪水、山洪灾害防御,从堤防、河道巡查防守到一线应急抢险技术支撑,水利部门以“防”字当先,层层压实责任,确保调度指挥指令畅通、执行到位,尽最大努力确保人民群众生命财产安全。
8月10日下午,在蒙蒙细雨映衬下,丰满水库大坝显得更为巍峨高大。这座位于吉林市东南的总库容超百亿立方米的大型水库,在今年松花江洪水阻击战中发挥了重要作用。
丰满、白山水库是松花江吉林段干流重要控制性枢纽。7月下旬短短3天里丰满水库入库流量加大到5倍以上,发生1933年有资料以来最大洪水。“根据今年的中长期预报,7月1日前,松辽委控制丰满、白山水库水位分别低于汛限水位5.08米、8.8米,”水利部松辽水利委员会(以下简称“松辽委”)防御处处长左海阳说,两库多预留出26.4亿立方米库容,为迎战汛期有几率发生的大洪水留足“安全余量”,牢牢掌握防汛主动权。
水工程调度并不是一个水库的单打独斗。“水利部以流域为单元,统筹上下游、左右岸、干支流,统筹当前和长远,坚持系统、科学、安全、精准调度流域防洪工程体系,发挥其整体作用。”水利部水旱灾害防御司司长姚文广表示。“长江流域水工程联合调度的规模、范围逐步扩大,总数从2012年的10座增加到目前的127座,其中控制性水库53座,通过调度水工程拦洪削峰,使得洪水应对更加主动。”水利部长江水利委员会(以下简称“长江委”)水旱灾害防御局局长徐照明说。
7月25日,台风“格美”先后在台湾省、福建省登陆,一路深入长江流域。7月29日,长江2024年第3号洪水在中游形成,以湘江为代表的洞庭湖水系及湖区防洪形势极为严峻。与此同时,受长江上游金沙江、嘉陵江、岷江来水持续增加影响,预报7月30日三峡水库再次迎来一次较大洪水过程。
7月29日至31日,在面临“两线作战”的关键时刻,长江委连续4次会商,逐步将三峡水库出库流量从35000立方米每秒压减至27000立方米每秒,并指导湖南五强溪、柘溪等水库配合拦洪约6亿立方米,降低洞庭湖城陵矶站洪峰水位0.2米,极大减轻洞庭湖区防洪压力,有力护佑长江安澜。
今年入汛以来,长江委已指挥调度流域53座控制性水库累计拦洪282亿立方米。其中,“国之重器”三峡水库防洪作用凸显。
7月10日,在团洲垸决口成功合龙后,长江委调度三峡水库首次开启泄洪孔腾库,为后续防洪准备好。7月11日18时,受长江上游来水及库区降雨影响,长江发生2024年第2号洪水。7月12日20时,三峡水库入库洪峰流量已涨至55000立方米每秒。
长江2号洪水的发生,给以三峡水库为核心的长江上中游水库群调度增添了难度和复杂性。一方面,长江中下游特别是洞庭湖区超警戒水位时间比较久,包括团洲垸在内的堤防巡查防守工作繁重,如果水库群不拦洪削峰,这些区域将再次面临巨大防洪压力。另一方面,此时三峡水库已经拦洪运用至160米左右,较多年同期平均水位大幅偏高,如果继续拦蓄,重庆主城区防洪和三峡库区库尾土地临时淹没的风险也将增加。
长江委专家在滚动会商中做出决策:在“蓄泄兼筹、以泄为主”方针指导下,精准控制三峡水库出库流量至37000立方米每秒适度拦蓄洪水,削峰率达32%。同时联合调度金沙江、雅砻江、大渡河等15座控制性水库配合三峡水库拦洪,全力削减三峡水库入库洪峰9000立方米每秒左右,在实现对2号洪水拦洪削峰、确保长江中下游防洪安全的同时,尽量控制三峡水库水位上涨速度,避免三峡库区淹没风险。据测算,在长江先后发生1号、2号编号洪水期间,三峡水库累计拦洪126.8亿立方米,降低了中下游干流水位0.7~3.1米,极大地减轻了下游沿线防洪压力,发挥了“国之重器”的防洪减灾作用。
在水库调度中,水文测报发挥着至关重要的作用。“我们对洪水动态实时监控和数据采集,”珠江委水文局副局长刘斌说,在迎战台风“格美”期间,一线水文人员利用无人船、雷达水位计、侧扫雷达、声学多普勒流速剖面仪(ADCP)等多种测验手段抢测洪水过程,算清洪峰、洪量、峰现时间等水账,为科学、合理调度水工程提供准确数据支撑。
水利部多个方面数据显示,7月份以来,长江、黄河、淮河、珠江、松辽、太湖流域1182座次大中型水库投入运用,充分的发挥水库拦洪削峰错峰作用,有效减轻了下游防洪压力。
水文测报——守护生命的第一道防线日深夜,“山洪要来了,请马上转移。”甘肃省泾川县罗汉洞乡的乡村干部逐户开展“敲门行动”,逐户“喊醒叫应”,组织群众转移避险。7日0时35分,受威胁群众全部安全转移并分组集中安置。7日1时20分,山洪暴发,罗汉洞乡土堑坳村、罗汉洞村多户住宅遭受山洪冲淹,最大洪痕高度达1.6米。由于预警及时、转移迅速、严防擅返,78户187名群众实现人员“零伤亡”。
山洪灾害防御,关键在“防”。“七下八上”期间,水利部发布山洪灾害临近预报预警171期,及时提醒有关省份、地方做好山洪灾害防范应对工作。“切实完善县、乡、村、组、户5级责任制,落实临灾预警‘叫应’机制。”姚文广介绍,水利部强化山洪灾害监测预报预警,明确“谁组织、转移谁、何时转、转何处、不擅返”5个关键环节的责任人和措施,及时提请人员转移,保障人员安全。
目前,我国已初步构建了非工程措施与工程措施相结合、专业防治与群测群防相结合的山洪灾害防御体系,在有防治任务的2076个县区建成了山洪灾害监测预警平台。日臻完善的监测预报体系,特别是由气象卫星和测雨雷达、雨量站、水文站以及降雨产汇流、洪水演进模型等组成的雨水情监测预报“三道防线”,为水旱灾害防御提供了强大的技术支撑。
“我们通过气象卫星、天气雷达、雨量站三源融合降水产品估算补充乌苏里江降雨空白的短板,”松辽委水文局副处长冯艳说,6月下旬到7月上旬乌苏里江2024年第1号洪水期间,松辽委水文局提前4天预报乌苏里江将发生超保洪水,虎头、饶河2个水文站的洪峰水位误差仅为1厘米。
“我们能够最终靠数字孪生平台,实时查找在线流量、流速等数据,为报汛工作提供参考。”水利部长江水利委员会(以下简称长江委)水文中游局汉口分局副局长陈静介绍:“同时,我们自主研发了‘智水’AI模型,采用机器学习的方法依据上下游、汉口站的水位及断面情况推算实时流量,与在线监测和人工采集数据来进行比较,来提升报汛的精度,这在今年的防汛测报工作中起到了及其重要的作用。”
数字孪生是一种利用数据通过仿真过程在虚拟空间中完成映射的技术,既迅速又准确,成为水利人防汛的主心骨。以长江为例,2024年纳入联合调度的水工程有127座,其中控制性水库总调节库容1169亿立方米,总防洪库容706亿立方米,调度运用好这些“国之重器”,依赖庞大数据的演算和模拟,传统方式尚不能够满足快速、精准地支撑调度决策的需求。2023年以来,在水利部统一领导、水利部三峡司组织协调下,长江委、三峡集团等参建单位持续发力,初步建成数字孪生三峡1.0版。
今年“七下八上”防汛关键期,长江上中游岷江、嘉陵江、汉江、湘江等支流共发生12次编号洪水。在此期间,长江委多次实时发出调度令,精准调度三峡及上游水库群,通过金沙江上的向家坝、溪洛渡、白鹤滩、乌东德水库和嘉陵江上的亭子口水库等拦洪,减少三峡水库入库流量至36000立方米每秒,调度三峡水库出库流量压减至27000立方米每秒;指导湖南省调度洞庭湖水系五强溪、柘溪、凤滩等水库配合拦洪,控制洞庭湖城陵矶站水位不超警,有效减轻洞庭湖区防洪压力。
倘若启用水工程进行防洪调度,将水库水位控制在多少更为安全?怎样运用蓄滞洪区?各种调度手段排列组合综合运用之后,水库库区、岸线堤防运行风险几何?数字三维主题场景模拟预演出的各种可能性和方案建议,在数秒钟内就能够依托强大的算据和算力给出结果。而以往如果靠人工计算或二维水动力模型计算,在大多数情况下要几十分钟甚至更长的时间。
长江2024年第2号洪水期间,长江上游暴雨持续,同时长江中下游特别是洞庭湖区水位仍然较高。如果三峡水库群不伸出援手,减少下泄流量,下游区域将面临巨大防洪压力。而当时的三峡水库已经拦洪运用至160米高程左右,较多年同期平均水位大幅偏高。如果为了下游继续拦蓄,上游重庆主城区防洪和三峡库区库尾土地临时淹没的风险也将增加,三峡水库调度面临两难境地。
长江委依托数字孪生平台制定出兼顾上下游的调度方案,发挥智慧水利“耳目尖兵”作用,对流域全局梳理出精准清晰的各项数据,决策调度三峡水库加大出库流量同时继续拦蓄洪水,联合调度上游15座控制性水库配合三峡水库拦洪,在有效实现对2号洪水拦洪削峰、确保长江中下游防洪安全的同时,尽量控制三峡水库水位上涨速度,避免三峡库区淹没风险。
据长江设计集团水利规划院副总工程师李安强介绍:“在长江2024年1号洪水防御工作中,我们根据长江水位变化,利用数字孪生三峡防洪形势分析模块,跟踪分析了长江中下游超警堤防情况和‘洲滩民垸’运用风险情况,向有关省份提出了可能超警堤防的名称、长度和等级,以及干流面临运用风险的洲滩民垸名录,为各地组织巡堤查险、人员转移提供了及时‘叫应’提醒服务。”
智慧水利创新的脚步从不停止,目前正在研发的“数字孪生三峡2.0版”可以动态呈现洪水演进过程,利用数字孪生技术作出洪水整体复盘,呈现更为直观的量化数据模型,为行政领导快速理解水利知识,作出系统性规划调度提供了现实可行性,让水利信息电子模拟技术走在时代前列。
据了解,“十四五”以来,水利部实施4.7万座小型水库雨水情测报设施建设,按照全覆盖的目标,已完成87%;实施3.6万座小型水库大坝安全监测设施建设,按照应设尽设的目标,已完成78%;同时,充分的利用卫星遥感、北斗、无人机等现代化技术,加快构建水利工程“天空地水工”一体化全要素全天候动态监控体系,明显提升了水库监测预警能力。水库监测设施是水库的耳目,今年汛期通过强化水库监测信息的汇集应用,实时准确掌握水库雨水情情况,全面感知工程安全态势,研判风险隐患,对工程安全问题及时预警,科学支撑水利工程安全运作。(丁恩宇 孔圣艳)
7月21日以来,东北松花江吉林段、辉发河等25条河流发生超警及超保洪水。吉林市水利局选派13名水利专家与102名水利技术人员,组建了13支专业队伍,一对一奔赴各县区支持防汛抢险。吉林市水利局局长孙毓江介绍说,专家组为地方提供专业指导支持,在应对本轮洪水中发挥了重要作用。
根据预演分析结果,松辽委向预判风险区域提前派驻16个工作组,指导地方做好强降雨防范和洪水防御工作。当辽宁省王河溃口险情发生后,前方工作组立即前往溃口前线,为险情处置提供技术支撑。在溃口处内外水位基本持平时,当机立断提出进一步加大王河向辽河干流的排水能力,尽快降低王河水位,为溃口封堵创造有利条件。
珠江委西江局充分的发挥流域驻地支撑作用,动员青年突击队全力以赴,派出6个专家组27人次紧急赶赴一线,巡查柳州、梧州城区和藤县两市三地10处重要堤段约79公里,协助地方妥善处置各类突发险情5起。
在台风“格美”来临前,长江流域已经历了数次洪水的考验。7月8日,湖南华容团洲垸决口封堵当晚,前方由长江委30余名党员干部组成的工作组、专家组、水文应急监测组在7月5日决口当晚便抵达险情现场,制定堵口排水方案、指导巡堤抢险、开展险情灾情复盘,坚守现场近半个月。后方连夜分析预测、制定方案,为应急抢险提供了有力技术支撑。“团洲垸内全部进水,只可以通过洞庭湖堤的堤顶道路以及水上船只才能抵达决口处,尽管如此我们仍旧是第一时间赶到抢险现场。”据长江委防御局工程处二级调研员、团洲垸工作组成员冯源介绍,“7月6日凌晨,水利、应急等部门专家结合现场交通条件,研究提出‘机械化双向立堵+船舶水上抛投’战法,按照‘抢筑裹头、双向立堵、水上抛投、突击合龙、加高加固、防渗闭气’的封堵方案封堵溃口。”
珠江流域韩江发生第4号洪水之际,珠江委水文局组建的工作组深夜奔赴福建龙岩、广东梅州、潮州等地指导暴雨洪水防御工作,凌晨5点半到达韩江三河坝地区,迅速投入指导流域防洪工程调度工作。在迎战台风“格美”期间,水文人员抢在台风影响登陆前及时到达福建,协助当地做好中小河流监测站点的防台防洪工作,安排运维人员全面巡查各站点的水位、流量、雨量监测设备,及时排查故障,确保设备运行正常,保证数据传输通畅。
8月1日,辽宁省昌图县境内的东辽河水位持续上涨,出现1510立方米每秒的洪峰,超出保证流量120立方米每秒,为有记录以来最大洪水。昌图县所在的铁岭市将防汛应急响应提升至Ⅱ级,市县主要领导靠前指挥,市县乡村组织力量全天上堤查险。在防御本次东辽河洪水过程中,铁岭市水利局副局长孙怀军已经在昌图县防汛一线日下午,他在三江口镇大王村段堤防现场检查易渗漏堤坝背面的反滤处理说,东辽河堤防多为砂基砂堤,极易发生散渗、初期管涌等险情,巡堤查险一点都不能放松。
在“七下八上”防汛关键期,松辽委的水文人坚持24小时值班值守,加密会商研判,及时发布预报预警,当好防汛抗洪的“耳目”和“尖兵”。7月28日,松辽流域鸭绿江、松花江吉林段、东辽河、浑太河、辽河干流、牡丹江、洮儿河等水位全线上涨,水文情报预报工作面临着前所未有的巨大压力。当天晚上,松辽委水文局副局长马雪梅连续参加会商,指导开展丰满水库等关键站点预报,了解各省区信息,为防御决策提供技术支撑。自7月27日开始,马雪梅连续9天奋战在水情值班室。
水利部防汛关键期连续滚动会商41场次,每日“一省一单”靶向提醒有关地区做好短时强降雨防范应对、山洪灾害防御、水库安全度汛等工作,先后派出56个工作组赴一线协助指导做好防御工作。
前方是风雨无阻的前行,后方是通宵达旦的坚守,水利部滚动更新洪水预报13.63万次,向防汛责任人和社会公众发布江河洪水干旱水情预警1018次。会同中国气象局发布山洪灾害气象预警26期,利用山洪灾害监测预警平台向相关防汛责任人发送预警短信898.9万条,启动预警广播174.3万次,通过“三大运营商”向社会公众发布预警短信7.9亿条,转移89.6万人次,为抗洪抢险和避险转移赢得先机。
与每一场洪水的较量,离不开“最强大脑”的“硬核”支持,水利部信息中心加快构建具有“四预”功能的数字孪生水利体系,用足“天空地水工”一体化监测感知手段,孜孜追求延长预见期与提高预报精准度的有机统一,切实发挥在打赢水旱灾害防御硬仗中的关键性作用。信息中心专家团队应用自主研发的区域降雨预报模式,结合全球数值预报产品,提前2天提出21日前后将有台风生成并北上靠近我国、提前1周研判台风将登陆我国、提前1天发布强降雨过程预报,预计受“格美”影响的强降雨将涉及全部七大流域等关键信息,为水旱灾害防御工作超前应对提供了有力支撑。
水利部减灾中心(防御中心)以科技赋能、数字赋能推动水旱灾害防御科技支撑做得更快更细更准更实为目标,迅速组建重大水旱灾害事件技术支撑工作专班,发挥水利专业方面技术优势。通过动态推演洪水演进,快速准确分析预判出险区域洪水风险,结合现场实际提出建议方案并直达水利部及相关省区调度指挥现场,为防御措施跑赢洪水演进速度提供技术支撑。精准预测团洲垸、涓水、北洛河等堤防决口内外水位平衡时间,提出涓水新塘村自然退水的建议方案;依托国家山洪灾害监测预报预警平台,紧盯山洪灾害易发区和强降雨重叠区,利用多源降雨融合、小流域山洪模拟、动态预警指标分析等技术,加密开展全国范围山洪灾害气象风险预警和临近预报预警。全方面分析陕西省柞水县高速桥梁垮塌、湖南资兴市洪涝灾害、四川康定市山洪泥石流灾害等7场灾害发生地所在小流域基本情况、雨水情和灾害发生和发展过程,并根据降雨预报数据,采用山洪灾害风险预警模型分析计算灾害点未来3天洪水风险情况,为地方组织人员搜救等提供信息支持。
水利人在防汛中始终践行着“万众一心、众志成城,不怕困难、顽强拼搏,坚韧不拔、敢于胜利”的抗洪精神,坚决打赢防汛攻坚战。(韩莹 吴怡蓉)