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【一線講述】

編者按

7月16日0時起，全國進(jìn)入“七下八上”防汛關(guān)鍵期。近日，習(xí)近平總書記在江蘇考察時強(qiáng)調(diào)：各地區(qū)各部門要立足于防大汛、抗大旱、救大災(zāi)，堅持人民至上、生命至上，守土有責(zé)、守土負(fù)責(zé)、守土盡責(zé)，切實把保障人民生命財產(chǎn)安全放到第一位，強(qiáng)化災(zāi)害隱患巡查排險，提前做好各種應(yīng)急準(zhǔn)備，努力將各類損失降到最低。

近年來，我國防災(zāi)減災(zāi)科技創(chuàng)新工作不斷取得新進(jìn)展，防災(zāi)減災(zāi)能力明顯增強(qiáng)。在全國防汛關(guān)鍵期，如何發(fā)揮好科技支撐作用？各地奮戰(zhàn)在防汛一線的科技工作者這樣說——

預(yù)報尖兵 構(gòu)筑監(jiān)測“三道防線”

講述人：水利部信息中心水文情報預(yù)報中心副主任 李巖

入汛以來，截至7月23日，全國發(fā)生20次強(qiáng)降雨過程，21個省份的279條河流發(fā)生超警以上洪水。

今年5月，我們秉持以“防”為主、“預(yù)”字當(dāng)先的理念，重新整理了可能發(fā)生洪水的七大流域1296個重要水文斷面的洪水預(yù)報方案，并將它們遷移至多源空間信息融合的洪水預(yù)報平臺。這個平臺剛剛投入運(yùn)行，是中國洪水預(yù)報系統(tǒng)的更新迭代產(chǎn)品。它基于國產(chǎn)化云平臺和微服務(wù)架構(gòu)，可以利用知識圖譜完成河系預(yù)報方案的快速構(gòu)建和高速并行計算。同時，它采用新型全局優(yōu)化算法，可以大大提高預(yù)報精度，延長預(yù)見期，縮短預(yù)報時間。相比20多年前，我們在洪水預(yù)報精準(zhǔn)度和時效性方面都有了質(zhì)的飛躍。

水文監(jiān)測預(yù)報是水旱災(zāi)害防御的“尖兵”“耳目”。近年來，水利部加快構(gòu)建由氣象衛(wèi)星和測雨雷達(dá)、雨量站、水文站組成的雨水情監(jiān)測“三道防線”，著力下好防災(zāi)“先手棋”。第一道防線以獲取大范圍的天氣信息、流域高分辨率面雨量監(jiān)測和短臨暴雨預(yù)警為目標(biāo)，提早對中小河流洪水、中小水庫安全度汛和山洪災(zāi)害防御進(jìn)行預(yù)警。第二道防線以精準(zhǔn)監(jiān)測流域暴雨時空分布和面平均降雨量為目標(biāo)，提高洪水預(yù)報精準(zhǔn)度和預(yù)警有效性。第三道防線以洪水告警、工程調(diào)度等為目標(biāo)，對可能發(fā)生的洪水進(jìn)行精準(zhǔn)預(yù)報，迭代預(yù)演水庫、河道及堤防、蓄滯洪區(qū)的調(diào)度運(yùn)用，為防御洪水提供精準(zhǔn)支撐。

近年來，水利部加快構(gòu)建以數(shù)字孿生流域為核心的智慧水利體系，加快建設(shè)數(shù)字孿生流域、數(shù)字孿生水網(wǎng)、數(shù)字孿生工程。利用遙感、物聯(lián)網(wǎng)、5G等技術(shù)，在“水利一張圖”上匯集98處蓄滯洪區(qū)、5萬多條河流、9.8萬座水庫、9萬多座水閘、11.3萬處報汛站等水利對象，構(gòu)建全國三級數(shù)據(jù)底板，全面融合雨情、水情、工情、險情等相關(guān)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的監(jiān)測、視頻、預(yù)報、調(diào)度以及管理等多源信息，預(yù)演風(fēng)險形勢和影響，科學(xué)制定調(diào)度方案。

今年6月中下旬，珠江流域遭遇一場時間長、強(qiáng)度大的降雨過程，我們利用防洪“四預(yù)”會商平臺自動生成幾十套水庫調(diào)度方案，為水利決策管理提供了有效支持。

汛情就是命令，我們會繼續(xù)發(fā)揮預(yù)報尖兵作用，筑起堅固的防御屏障。

迎戰(zhàn)汛情 特殊“值班員”顯身手

講述人：湖南省水旱災(zāi)害防御中心負(fù)責(zé)人 常世名

每年汛期防汛，對我們來說都是一次大考。以往，我們主要結(jié)合天氣預(yù)報，根據(jù)落地雨監(jiān)測進(jìn)行預(yù)警叫應(yīng)，不但費(fèi)時費(fèi)力，還存在通知不及時、安排避災(zāi)轉(zhuǎn)移時間短等問題。

今年以來，按照數(shù)字孿生水利建設(shè)要求，湖南全省加快建設(shè)、全面啟用水旱災(zāi)害防御系統(tǒng)，依托24小時云計算分析，實現(xiàn)超前感知和智能推送洪旱災(zāi)害風(fēng)險信息、值班員靶向叫應(yīng)防御責(zé)任人、精準(zhǔn)精益調(diào)度洪水等多重目標(biāo)效果。

6月30日，保靖縣、古丈縣等地發(fā)生超歷史強(qiáng)降雨。系統(tǒng)凌晨自動監(jiān)控到降雨異常，發(fā)出了急促語音預(yù)警，值班員迅速按預(yù)警提示叫應(yīng)相關(guān)縣防御值班室，并利用系統(tǒng)對降雨加報站點(diǎn)半徑10公里范圍內(nèi)病險水庫進(jìn)行定位，叫應(yīng)巡查責(zé)任人40余次，發(fā)現(xiàn)5座水庫溢洪，提示保靖縣石家和古丈縣芷潮兩座水庫可能有漫壩風(fēng)險。最后，石家水庫應(yīng)急處險，洪水安然過境。

攔洪錯峰是汛期水工程調(diào)度的重頭戲。6月24日3時，省四水洪水預(yù)報調(diào)度模塊通過云計算推送最新預(yù)報結(jié)果，預(yù)計湘江上游雙牌水庫26日0時將出現(xiàn)5000立方米每秒入庫洪峰，壩前水位將超校核洪水位，形勢危急。省水利廳根據(jù)預(yù)報分析，擬定調(diào)度方案并提請會商決策，4次精準(zhǔn)精細(xì)調(diào)度雙牌水庫攔洪、削峰、錯峰，6月26日5時，雙牌水庫出現(xiàn)洪峰流量4720立方米每秒入庫洪水，壩前最高水位達(dá)到169.96米，低于正常蓄水位0.04米，洪水最終平穩(wěn)過境。

以前，水工程調(diào)度人員就像會計，每次“算水賬”都要對各種數(shù)據(jù)和表格進(jìn)行人工計算分析，費(fèi)時又費(fèi)力；現(xiàn)在，得益于信息化手段，我們對汛情態(tài)勢的超前感知和風(fēng)險分析評估能力更強(qiáng)了。有了這個特殊的“值班員”24小時在線值守，我們有了更大的底氣迎接大考。

應(yīng)對山洪 防御體系護(hù)周全

講述人：江西省水利科學(xué)院智慧水利研究所所長 許小華

每年汛期，江西發(fā)生山洪、泥石流、滑坡等次生災(zāi)害風(fēng)險較大，防汛形勢復(fù)雜嚴(yán)峻。2009年參加工作以來，我和團(tuán)隊就一直在探索，如何運(yùn)用科技手段，讓百姓少受洪水之苦。在一次次防汛實戰(zhàn)中，我們的科研攻關(guān)成果得到了檢驗與提升。

2020年，鄱陽湖流域發(fā)生超歷史大洪水，創(chuàng)有水文記錄以來新高。我?guī)ьI(lǐng)團(tuán)隊受命前往一線，通過高頻次迅捷無人航空器區(qū)域組網(wǎng)遙感觀測技術(shù)，啟用20余架無人機(jī)開展組網(wǎng)觀測，在10小時內(nèi)完成鄱陽湖康山蓄滯洪區(qū)全域400多平方公里0.2米超高分辨率影像拍攝，快速獲取了現(xiàn)場第一手資料。隨后，我們又緊急轉(zhuǎn)戰(zhàn)永修縣三角聯(lián)圩潰堤現(xiàn)場，利用無人機(jī)搭載小型合成孔徑雷達(dá)技術(shù)，對圩堤保護(hù)區(qū)內(nèi)受淹范圍進(jìn)行洪水態(tài)勢監(jiān)測，動態(tài)展現(xiàn)了潰決淹沒范圍的陸面及水域情況，為洪澇災(zāi)情研判、險情處置等提供數(shù)據(jù)支持、提高決策效度。

山洪災(zāi)害是影響江西防洪安全的主要災(zāi)種之一。為摸清山洪災(zāi)害危險區(qū)分布底數(shù)，從2010年開始，我們團(tuán)隊跑遍全省1萬余個行政村、3萬余個自然村，在此基礎(chǔ)上外延至21個重點(diǎn)城鎮(zhèn)和168個重點(diǎn)集鎮(zhèn)，全面掌握了全省9820個山洪災(zāi)害危險區(qū)人口和社會經(jīng)濟(jì)詳細(xì)分布數(shù)據(jù)，構(gòu)建了全省山洪災(zāi)害精細(xì)化數(shù)據(jù)庫。在此基礎(chǔ)上，我們緊盯山洪災(zāi)害防御關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，探明了山洪災(zāi)害誘發(fā)機(jī)制，提出了比較精準(zhǔn)的防治對策，實現(xiàn)了山洪災(zāi)害防御體系從無到有、從有到好的重大變化。讓我們倍感欣慰的是，山洪災(zāi)害防治成效顯著，全省因山洪災(zāi)害致死人數(shù)大幅減少。

我們還開展洪水風(fēng)險圖和超標(biāo)準(zhǔn)洪水防御預(yù)案編制，研發(fā)了江西省首套洪水風(fēng)險動態(tài)模擬實時分析系統(tǒng)，推動防洪理念由“控制洪水”向“洪水管理”轉(zhuǎn)變。

隨著技術(shù)進(jìn)步、觀念更新，一批又一批科技利器被投入“戰(zhàn)場”，不斷提升防汛監(jiān)測預(yù)警的精準(zhǔn)度、搶險救災(zāi)的時效性，也讓我們更有底氣和信心守護(hù)百姓平安。

光學(xué)衛(wèi)星 助力農(nóng)業(yè)防洪抗洪

講述人：吉林長光衛(wèi)星技術(shù)股份有限公司遙感應(yīng)用工程師 袁雪琪

今年雨季到來后，我們每天都在緊盯天氣變化，根據(jù)實測站點(diǎn)的降雨量和氣象衛(wèi)星的動態(tài)監(jiān)測進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，綜合研判洪澇災(zāi)害發(fā)生的概率，提前72小時進(jìn)行預(yù)警。

2017年，經(jīng)過長期技術(shù)積累，我們的衛(wèi)星遙感技術(shù)逐漸成熟，開始應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。一開始，我們主要關(guān)注洪水對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響，忽視了不同生長周期作物對天氣的適應(yīng)能力。后來，我們做防洪監(jiān)測的時候，把作物生長情況也考慮進(jìn)去，結(jié)合作物特征進(jìn)行預(yù)警，努力把農(nóng)業(yè)損失降到最低。

洪澇災(zāi)害損失評估也是我們工作的重要內(nèi)容。洪澇發(fā)生后，依托“吉林一號”衛(wèi)星，我們可以第一時間根據(jù)遙感監(jiān)測信息對受淹范圍、受災(zāi)作物以及受災(zāi)程度進(jìn)行分析評價。通過衛(wèi)星遙感傳回的圖像，我們可以直觀看到洪澇發(fā)生情況。健康作物植株和受到災(zāi)害影響的作物植株在影像色調(diào)、紋理特征上有明顯差異。例如，健康作物在影像中一般呈深綠色；受危害較小的作物植株呈淺綠色；而如果危害較大，造成作物植株死亡，則呈深黃色。數(shù)據(jù)結(jié)果為政府部門及時救災(zāi)提供支撐，也為保險公司理賠提供科學(xué)的、客觀的依據(jù)。

剛開始投入使用時，光學(xué)衛(wèi)星容易受到云雨和大霧的影響，看不清地表狀況。我們把無人機(jī)和微波遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)作為補(bǔ)充，提高了數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性。接下來，在抗洪評估的過程中，我們會進(jìn)一步完善計算方法，對洪澇災(zāi)害的等級進(jìn)行細(xì)致量化，從而更有針對性地救災(zāi)減災(zāi)，為守護(hù)農(nóng)業(yè)貢獻(xiàn)力量。

監(jiān)測預(yù)警 精細(xì)化程度穩(wěn)提升

講述人：河海大學(xué)水科學(xué)研究院常務(wù)副院長、水文水資源學(xué)院原院長 楊濤

長期以來，由于缺乏先進(jìn)的探測儀器，我們對局部山地與城鎮(zhèn)等地形作用下，中小尺度氣流能量蓄積、不穩(wěn)定位勢變化下暴雨形成機(jī)理的認(rèn)識還不清楚。為此，我?guī)ьI(lǐng)團(tuán)隊研發(fā)了局地氣象高分辨率微波探測儀，建立了微波大數(shù)據(jù)驅(qū)動的降雨密集監(jiān)測技術(shù)，探索出降雨精細(xì)化監(jiān)測新途徑，可有效提高防洪減災(zāi)與應(yīng)急管理的現(xiàn)代化水平。

我們發(fā)現(xiàn)，電磁波在大氣傳輸過程中，除了自由空間損耗外，還會受降雨、水汽、空氣、降雪等介質(zhì)的影響產(chǎn)生衰減效應(yīng)，其中降雨的衰減效應(yīng)尤為顯著。我們利用大氣中的衰減信號與降雨強(qiáng)度之間的關(guān)系，反向推演出微波鏈路網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)的降水強(qiáng)度分布。利用這個原理，團(tuán)隊開展微波信號雨衰特征反演和可變尺度的空間離散插值方法研究，成功獲取了高分辨率實時二維降雨場。

結(jié)果表明，微波鏈路能夠非常靈敏地感知到重大降雨事件，并成功捕捉各場次降雨的暴雨中心及降雨空間分布不均勻特征。以雷達(dá)監(jiān)測降雨獲得的二維雨量場為參照，微波反演得到的雨量場與雷達(dá)的相關(guān)性系數(shù)均高于0.9，有效提升了傳統(tǒng)雨量場的時空分辨精度。

通過一系列科技手段我們團(tuán)隊成功搭建了基于空間網(wǎng)格化管理的無線微波降雨監(jiān)測信息管理平臺，并在我國南昌市、南京市、溫州市以及國外瑞典、意大利、以色列和捷克等地進(jìn)行了示范應(yīng)用，效果良好。

下一步，我們計劃擴(kuò)大示范應(yīng)用范圍，深入研究不同天氣影響下無線微波的時空衰減機(jī)理，探索野外天然和室內(nèi)人工相結(jié)合的無線微波衰減觀測實驗方法，以最低經(jīng)濟(jì)社會成本實現(xiàn)水文氣象環(huán)境要素密集獲取與精準(zhǔn)分析，并將創(chuàng)新成果拓展至能源、交通、農(nóng)業(yè)、環(huán)境、市政等行業(yè)。

國家戰(zhàn)略需求就是我們研究的指引，我們會進(jìn)一步深化研究，為保障國家水安全作出新貢獻(xiàn)。

項目團(tuán)隊：本報記者 張勝、陳晨、禹愛華、龍軍、胡曉軍、李玉蘭、王洋、任爽、姚亞奇、王斯敏 本報通訊員 薛斌、蘆猛