走近御洪“尖板眼”——长江防洪预报调度系统-社会-醉红颜心水论坛

走近御洪“尖板眼”——长江防洪预报调度系统

文章正文
2019-06-30 15:19

2019年5月,水利部组织开展长江流域防洪调度演练。本次演练以1998年长江洪水为背景,充分发挥以三峡水库为核心的长江上中游水库群联合防洪作用,采取洪水预报与水库调度运用相结合的手段,实现了全流域预报调度一体化、调度方案实时计算、快速比选、专家讨论、上下沟通、会商决策同步开展。

在此次防洪调度演练中,长江委水文局研发的长江防洪预报调度系统因其强大的技术支撑作用而受到广泛关注。轻点鼠标,重要水文节点各种实时、历史信息跃然于屏幕之上;几秒之内完成河系自动演算,提出多种预报调度方案。这套先进的预报调度系统,已然成为洪水防御决策的重要“利器”。

当前的长江水文情报预报中心会商室

让我们一起走近“长江防洪预报调度系统”这个防御洪的“尖板眼”。

从零开始的突破之旅

20世纪90年代中期,长江洪水预报系统建设跨出了从无到有的历史性一步,将长江水文真正推入信息化的“怀抱”。

1994年开始,长江委水文局谋划建设第一代洪水预报系统。在借鉴国外先进技术建立水文预报计算模型的同时,长江委水文局在系统设计上开创性地提出了“交互式预报”概念。将预报员的经验进行量化、规范化、计算机化,通过两年时间的建设,第一代长江洪水预报系统---“长江专家交互式预报系统”诞生。“第一代洪水预报系统的诞生,成果是立竿见影的。”长江委水文局原局长王俊介绍,由于繁重的计算任务由计算机分担,预报员之前大量花费在计算上的时间,可以用在思考通过模型计算出的预报结果是否准确,还需要做哪些调整,这些思考往往能让预报结果变得更加精确。

在与1998年那场大洪水的博弈中,也正是这套预报系统在抗洪最关键的时刻,帮助水文专家准确作出了“沙市水位不会超过45.30米;超过45米的持续时间只有22小时;超额洪量只有2亿立方米左右”的预报。科学的分析、准确的报告为中央决策提供了科学依据,避免了荆江分洪区的分洪运用,最大限度地降低了洪灾损失。

一往无前的探索之路

新的技术不断汇入,长江洪水预报系统建设接连开启从有到优的新旅程,系统建设以实用为前提再上新台阶。

2003年6月,三峡工程首次蓄水,开始通航、发电,枢纽初步产生效益。在这“高峡出平湖”伟大构想取得重要阶段性成果的喜人时刻,长江水文预报工作又迎来新的挑战。

从2004年开始,长江委水文局在“长江专家交互式预报系统”的基础上,开始研发基于B/S架构(浏览器/服务器架构)的通用型水文预报平台。“开发过程,也是探索的过程和试错的过程。”长江委水文局局长、时任水文气象预报处处长的程海云说,“我们尝试把当时最新的技术,运用到最合适的地方,期间我们走了不少的弯路,但我们一直没有停下深入研发的脚步。”

“我们是专业的水文预报员,同时也是业余的系统开发员。”参与系统开发的长江水文预报员、现任长江水文情报预报中心(原水文气象预报处)副主任邹冰玉说,“为了做好系统开发,参与开发的人员都是在正常预报工作之余,通过自学或邀请专业老师授课来提高开发水平。”

凭借长江水文人特有的韧性和对实际工作需求的透彻理解,新系统的建设首次提出了建立模型库、方法库、平台资源库的新思路。

经过两年的艰苦开发,2006年通用型水文预报平台问世,这是第二代洪水预报系统,也是之后“长江防洪预报调度系统”的雏形。系统在通用化和平台资源积累式发展上取得突破性进展,达到国际领先水平,并首先应用在三峡水库防汛调度中,建立了“三峡水库入库站(寸滩、武隆)流量预报会商系统”,为实现三峡梯调中心与长江委信息交换和资源共享,建设宜昌、武汉、重庆三地四方预报会商等提供了技术平台。

2004年开发的第二代洪水预报系统

新系统成功解决了三峡入库洪水的预报难题,借助这套系统,2010年、2012年,长江委水文局提前五天,准确预报出三峡水库最大入库流量70000立方米每秒、71200立方米每秒,通过调度三峡水库拦洪错峰,确保了沙市水位不超过警戒水位,有效减轻了下游的防洪压力,避免了千军万马上堤巡查抢险。

量变到质变的历史跨越

随着流域内控制性水库群的建成,预报与调度愈发不可分割,长江防洪预报调度系统应运而生,翻开了长江洪水预报的新篇章。

“调度离开了预报,就是无本之木,无法实施。而在水库群体系中,没有各水库调度运行方案作为前置条件,洪水预报也将是茫然的。”长江委水文局副总工程师、曾任水文气象预报处处长周新春解释说,在长江委的统一部署下,长江委水文局革新理念,破除思维定式和工作惯性,积极下好预报调度一体化的“先手棋”。

从2014年开始,长江委水文局依托国家防汛抗旱指挥系统二期工程,集成以往优势资源,倾力打造长江洪水预报系统的升级版---“长江防洪预报调度系统”。“系统汇集了流域30000多个报汛站点信息、各类气象信息和降水模式预报,以及31个干支流预报调度体系849个预报节点(包括447个河系节点和402个子流域)、近百个调度对象,实现信息综合展示、预报演算、交互式调度分析和会商决策支持等功能于一体,真正做到了预报调度分析信息化、实时动态化,所见即所得。最关键的是,系统可以根据实际调度需求,动态构建预报调度体系。”周新春介绍。

新的系统刚刚建成,便接连迎来2016长江中下游型洪水、2017年长江中游型洪水和2018年长江上游型洪水。而实际预报结果,给出了令人满意的答案。特别是在应对2017年7月长江中游罕见大洪水时,在“控制城陵矶水位不超过34.4米保证水位”的调度目标下,长江防总在34个小时内,先后发出5道调度令,一步步将三峡出库流量从27300立方米每秒削减到8000立方米每秒,为下游“减负”。

2019年5月28日,“长江防洪预报调度系统”应用在长江1998年洪水防洪调度推演中

“能在主汛期的7月份将三峡下泄流量降到8000立方米每秒,这是史无前例的,稍有不慎就可能带来严重的后果。”长江委水旱灾害防御局巡视员陈桂亚说,“借助于长江防洪预报调度系统这个‘利器’,水文预报专家更‘神’了”。

走出长江的全新启航

如今,长江防洪预报调度系统已走出长江流域,并在服务“一带一路”、经济社会发展中得到推广运用。进入新时代,长江防洪预报调度系统必将展现新的活力和作为。

“我们的系统在设计之初就聚焦‘管用’,紧贴使用者最关心的问题,用个时髦的话,就是‘用户至上’。”程海云说,经过不断更新换代的系统贴近最新技术,把不同功能细化成标准化的模块,让系统拥有了非常高的可塑性,可以实现个性化定制。

正因为长江防洪水预报调度系统的这些特性,如今系统早已走出长江流域,在广东中小河流预报预警系统等建设中投入运用,并在老挝、巴基斯坦等水利工程建设中得到使用,服务经济社会发展和“一带一路”建设。同时,系统设计理念和相关技术也在向其他流域推广。

“我们正在进入一个技术爆发的新时代,我们必须秉持开放合作态度,使系统不断地得以进化。”长江水文情报预报中心主任闵要武说,随着技术的不断进步和硬件环境的不断改善,系统运算会更加精确,帮助预报员的判断更加趋于科学合理,让预报员能够实现集合预报、风险分析。”

“得益于二十余年接续滚动开发,长江防洪预报调度系统已经成为长江防洪实时调度不可或缺的工具。”长江委副主任金兴平说道,“但围绕长江流域100座水工程联合调度这个大目标,我们仍有大量工作要做。首先是构建长江流域洪水模拟系统,其次是纳入更多综合信息,引入大数据挖掘和机器学习等人工智能新技术,构筑长江流域水工程综合调度的预报调度一体化支撑平台,为防洪调度、水量调度、泥沙调度、水生态调度及应急调度决策提供强有力的抓手。”

长江委防汛会商现场

在水文预报的战场,永远没有最准确,只有更准确。不管时代如何变化,技术手段如何革新,水文人“团结、求实、奉献、进取”的精神传承不断,对精确预报孜孜以求的初心不改,为防洪决策提供更有力的支撑、为长江两岸百姓的福祉贡献更多的力量的使命和担当始终不变。(朱俊君 贾茜 周明 杨杰)

(责编:管福华(实习生)、申亚欣)

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