极目新闻记者 庞正
摄影记者 宋枕涛
通讯员 王凡 段一琛 李佰龙
6月18日，长江中下游地区自南向北进入梅雨期。入梅以来，长江中下游干流附近及其南部发生持续性强降水过程，6月26日的最新预报显示，预计未来十天，长江沿江及以南地区、洞庭湖水系西部及长江中下游干流附近将先后有大到暴雨、局地大暴雨的强降雨过程，致灾风险高。
面对严峻的梅雨形势，当前长江流域是如何防汛的？与以前的防汛手段相比，如今运用了哪些新技术、新方法？
近日，极目新闻记者采访了水利部长江水利委员会（以下简称长江委）水旱灾害防御局、长江委水文局预报中心、长江科学院、长江设计集团等，揭秘长江防汛硬件背后的高科技、尖板眼。
3万余个站点连成“千里眼”
健全完善的雨水情监测预报“三道防线”体系是防洪的基础和关键一环，是防洪调度科学决策的重要依据。
今年3月，长江委便作出今年流域旱涝趋势长期预测，预计今年长江流域气候年景总体偏差，涝重于旱。那么，水文气象预报是如何做到在每年3月预报当年汛期（4-10月）尤其是主汛期（6-8月）旱涝趋势的？梅雨季节，短期水情预报又是如何做到精确到厘米的？
长江委水文局预报中心信息室主任秦昊告诉记者，该中心现在可以实时接收长江流域3万余个站点日常报汛信息，包括雨量站、水文水位站、水库站等，这就给精确预报提供了大量数据基础和交互验证的可能。目前，长江流域正在逐步建立起雨水情监测预报“三道防线”，第一道防线是测雨雷达、气象卫星，第二道防线的基本构成是雨量站，第三道防线的基本构成是水文站。
6月25日上午10时30分许，在长江水文情报预报中心，记者在长江流域雷达拼图上看到，有的区域呈绿色，有的区域是黄色、红色，还有的区域是白色。
“雷达回波就可以反映当前的降水情况，回波比较强的地方一般有比较强的降水。”长江委水文局预报中心气象室主任邱辉向记者介绍，“在这个地图上，越红的地方降雨就越强，黄色也表示有雨，绿色的基本上就是毛毛雨，白色就表示没有雨。比如武汉，在这个地图上是白色，那我们现在天气确实是阴天，没有下雨。”
在这个地图的右上角，还有一个“一键发布”的按钮，点击之后，系统会自动识别地图上的强雷达回波区域，生成一份关于当前长江流域雨水情的预报预警材料，由工作人员人工修订以后，发布给防御部门，快捷高效。
至于雨水情趋势预报为何能提前近半年完成，记者在长江流域长期水文气象预报业务框架图上看到，通过前期气候因子监视、智能预报计算及气候数值模式产品分析，再经过专家综合会商研判，最终形成长江流域长期水文气象预报，服务于水旱灾害防御、水资源综合管理和高效利用、水工程施工与运行服务等。
“最强大脑”实现水位厘米级调度
“一个流量、一方库容、一厘米水位”的精细调度，这是水利部对防洪工程科学调度的具体要求。
长江委水旱灾害防御局调度处王学敏向记者介绍，从2012年起，长江流域水工程联合调度的基础研究、能力提升、信息化建设、体制机制、调度实践等方面持续深化完善。至2024年，纳入联合调度的水工程已拓展到127座，其中控制性水库53座，基本形成了以三峡水库为核心、金沙江下游梯级水库为骨干，金沙江中游群、雅砻江群、岷江群、嘉陵江群、乌江群、清江群、汉江群、洞庭湖“四水”群和鄱阳湖“五河”群等9个水库群组，总调节库容1169亿立方米，总防洪库容706亿立方米。
在长江水利委员会，借助长江流域控制性水利工程综合调度系统这一“最强大脑”，就能实现厘米级水位精细调度。系统包括大数据信息平台和业务应用系统两部分，集合流域情势分析、流域水模拟和调度业务分析等主要功能，支持防洪、水量、泥沙、水生态等9大调度业务。该系统的运用，进一步提高了长江流域调度决策智能化水平，进一步强化流域水工程统一联合调度。
秦昊向记者介绍，综合调度系统首先汇集了大量信息，包括流域、干流、支流各处的水位、流量，流域内堤防、水库、蓄滞洪区、洲滩民垸等防洪工程信息，甚至含沙量、盐度、蒸发过程等等，并进行了信息数据的融合，集成了径流洪水模拟、水工程调度、调度推演，洪水调度、水资源调度、生态调度、泥沙调度等功能模块，可以对流域各方面状况进行智能化模拟，生成各种调度方案，分析其利弊，以供会商决策。
例如，一个水库在什么时间应该设定多大的出库流量，必须满足流域水工程联合调度运用计划、工程调度规程等要求，又要考虑适时动态变化的水雨情，既要考虑防洪的需求，还要考虑供水、发电、生态、航运等方方面面的需求，实现近中远期的协调、多目标的综合调度。
6月25日，三峡水库的出库流量达到24000立方米每秒，就是因为根据预报，未来十天有连续强降雨过程，为控制防洪风险，协调上下游关系，通过模型模拟分析后得出的科学结论。
2023年10月12日19时，丹江口水库水位蓄至170米正常蓄水位，是丹江口水库大坝加高后继2021年以来第二次蓄满。在长江流域控制性水利工程综合调度系统的精准支撑下，有序控制丹江口水库出库流量和梯级水库蓄水进程，通过精细制定闸门启闭方案，关键蓄水期做到了厘米级精准调度控制，蓄满后丹江口水库水位维持在169.95米至170.00米之间安全运行24天。
依托综合调度系统自研的长江流域水模拟引擎，通过将预报降雨过程和当前的流域水文情势输入系统，结合各水库调度规程，即汛期需要达到的调度目标，即可实现“降雨-产流-汇流-演进”全链条模拟。同时，专家在这个过程中的每个环节都可以进行人工修订，生成不同的水库调度方案，一旦水库过程发生改变，下游各模块的水情也会实时自动调整，达到将真实的物理流域在计算机中进行实时虚拟仿真的目的。另一方面，也可根据调度目标，反推水库的调度方案。人工输入设定结果和限定条件之后，系统也能自动生成多个调度方案以供决策，将调度决策的过程推向智能化。
“长江流域近年来成功应对2021、2023年汉江流域秋汛和2022年流域性严重枯水，正是依赖于综合调度系统的智慧支撑。”王学敏说。
数字孪生预演无数种可能
如果说综合调度系统主要服务于专业的预报人员和调度会商专家，那么数字孪生则可以将各种调度方案以“实景展示”的三维形式直观表现出来。
6月18日，长江科学院、长江设计集团的专家向记者演示了数字孪生江垭皂市平台、数字孪生汉江流域的运行情况。
当一场洪水来临，如果水库不提前拦蓄，只靠堤防防御，洪水会呈现怎样的发展态势，水位上涨是否会带来溃堤漫溢险情，会给下游带来什么样的影响，包括受灾人口，淹没多少农田、房屋，会带来多大的GDP损失，在数字孪生三维可视化场景中一目了然，为科学决策提供技术支撑。
如果启用水工程进行防洪调度，将水库水位控制在多高、是否运用蓄滞洪区，各种调度手段排列组合综合运用之后，相应的会带来多大的堤防运行风险、库区淹没风险，以及分蓄洪运用损失，都能在几秒钟之内算出结果，并通过三维主题场景模拟预演各种可能性。而以往如果靠人工计算或二维水动力模型计算，可能需要几十分钟甚至更长的时间。
专家介绍，准确、详实、全面的数据资源所构成的数据底板，是数字孪生流域建设的重要基础，可为水利业务提供“算据”支撑。例如，为实现澧水流域及江垭、皂市两个大型水利工程全要素数字化映射，长江科学院数字孪生团队利用无人机采集江垭、皂市大坝及上下游河段的倾斜摄影、数字正射影像、数字高程模型，利用无人船及多波束测量澧水干流、溇水、渫水等重点河段水下地形，升级改造江垭皂市雨水情监测系统、大坝安全监测自动化系统与视频监控系统，构建江垭、皂市大坝枢纽工程高精度BIM模型，夯实数据基础，创新实现了“天-空-地-水”多维立体感知体系。并综合利用多项技术，构建了水库库区、坝区及大坝下游河道的三维数字化可视化场景。
同时，水利专业模型也是数字孪生的关键技术之一，可为水利业务应用提供“算法”服务，平台融合机理模型和智能优化算法，构建了一系列多尺度的水文、水动力、工程调度、风险效益评估模型。比如，长江设计集团研发的丹江口水库调度反算模型，应用在数字孪生汉江建设当中，针对汉江中下游皇庄站水位超警、超保等场景，以皇庄站水位为控制目标，实现对丹江口水库出库流量过程的快速计算，支撑控制性水库对防洪保护对象水位的精准化调度决策，双向提升防洪库容使用的有效性和控制站点防洪的安全性。
防汛硬件技术不断创新
除了软件的迭代升级，防汛抢险的硬件也在不断创新发展。
在长江科学院展厅，长江科学院土工所副所长崔皓东向记者展示了长江科学院科技创新成果——新型防淤堵减压井成套技术。
管涌是长江堤防最常见也是危害最大的险情之一，至今仍是堤防安全的重要威胁。崔皓东介绍，长江中下游堤防堤基多为二元结构地层，上层为弱透水覆盖层，下层为深厚的强透水砂层或砂砾石层，汛期高水位在堤内地层形成承压水，地表薄弱处受承压水顶托，易发生管涌险情。
长江科学院自20世纪60年代就开始了减压井防治管涌的研究，80年代起开展持续攻关，在1998年洪水后堤防除险加固工程中，首次提出了过滤器可拆换式减压井技术并获得专利。近年来经过不断改进，逐步形成了完整的新型防淤堵减压井成套技术，实现了减压井防淤堵、根治管涌、便于维护、智能监测、智慧预警和长效服役。
“传统减压井运行两三年之后就可能发生淤堵，甚至完全丧失排水减压功能。”崔皓东介绍，针对传统减压井的弊端，长江科学院自主研发的过滤器可拆换式新型减压井，采用双滤层结构，让淤堵发生在可拆换过滤器滤层，大幅延缓减压井淤堵进程。减压井功能衰减时，可通过清洗或更换过滤器，立即恢复功效。该项技术经鉴定达到国际领先水平，先后荣获湖北省科技进步奖二等奖、国家科技进步奖二等奖，并被列入2023年水利部实用先进技术重点推广目录。
崔皓东告诉记者，目前该技术产品已更新至第四代，可实现汛期减压井性态智能化监测及预警功能。截至目前，新型防淤堵减压井成套技术已成功应用于荆南长江干堤、阳新长江干堤、安庆长江堤、九江长江干堤、汉江遥堤等险工险段，其中，荆南长江干堤新型减压井已成功运行20年，经受住多次长江洪水考验，社会效益显著。
除了该项技术，长江科学院近年来还研发了网模卵石排护底、宽缝加筋生态砼护坡、背包便携式充水围井技术等新型生态护岸材料和支撑水旱灾害防御的一系列新技术。
当前，长江防洪减灾面临的形势任务更加复杂，防洪技术创新的脚步不能停滞。为了发挥流域防洪工程体系的能力和潜力，长江水利委员会的专家们正在以水旱灾害科技创新为重点，大力发展水利新质生产力，努力推进卫星遥感、无人机、人工智能、云计算、大数据、5G等先进信息技术与水旱灾害防御业务适配融合，以前沿技术创新带动各项能力提升，推动长江防汛抗旱工作进入现代化、智慧化发展新阶段。
（来源：极目新闻）