走近御洪“尖板眼”——長江防洪預報調度系統(tǒng)

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來源：互聯(lián)網
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2019-06-29
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2019年5月，水利部組織開展長江流域防洪調度演練。本次演練以1998年長江洪水為背景，充分發(fā)揮以三峽水庫為核心的長江上中游水庫群聯(lián)合防洪作用，采取洪水預報與水庫調度運用相結合的手段，實現了全流域預報調度一體化、調度方案實時計算、快速比選、專家討論、上下溝通、會商決策同步開展。

在此次防洪調度演練中，長江委水文局研發(fā)的長江防洪預報調度系統(tǒng)因其強大的技術支撐作用而受到廣泛關注。輕點鼠標，重要水文節(jié)點各種實時、歷史信息躍然于屏幕之上；幾秒之內完成河系自動演算，提出多種預報調度方案。這套先進的預報調度系統(tǒng)，已然成為洪水防御決策的重要“利器”。

當前的長江水文情報預報中心會商室

讓我們一起走近“長江防洪預報調度系統(tǒng)”這個防御洪的“尖板眼”。

從零開始的突破之旅

20世紀90年代中期，長江洪水預報系統(tǒng)建設跨出了從無到有的歷史性一步，將長江水文真正推入信息化的“懷抱”。

1994年開始，長江委水文局謀劃建設第一代洪水預報系統(tǒng)。在借鑒國外先進技術建立水文預報計算模型的同時，長江委水文局在系統(tǒng)設計上開創(chuàng)性地提出了“交互式預報”概念。將預報員的經驗進行量化、規(guī)范化、計算機化，通過兩年時間的建設，第一代長江洪水預報系統(tǒng)---“長江專家交互式預報系統(tǒng)”誕生。“第一代洪水預報系統(tǒng)的誕生，成果是立竿見影的。”長江委水文局原局長王俊介紹，由于繁重的計算任務由計算機分擔，預報員之前大量花費在計算上的時間，可以用在思考通過模型計算出的預報結果是否準確，還需要做哪些調整，這些思考往往能讓預報結果變得更加精確。

在與1998年那場大洪水的博弈中，也正是這套預報系統(tǒng)在抗洪最關鍵的時刻，幫助水文專家準確作出了“沙市水位不會超過45.30米；超過45米的持續(xù)時間只有22小時；超額洪量只有2億立方米左右”的預報。科學的分析、準確的報告為中央決策提供了科學依據，避免了荊江分洪區(qū)的分洪運用，最大限度地降低了洪災損失。

一往無前的探索之路

新的技術不斷匯入，長江洪水預報系統(tǒng)建設接連開啟從有到優(yōu)的新旅程，系統(tǒng)建設以實用為前提再上新臺階。

2003年6月，三峽工程首次蓄水，開始通航、發(fā)電，樞紐初步產生效益。在這“高峽出平湖”偉大構想取得重要階段性成果的喜人時刻，長江水文預報工作又迎來新的挑戰(zhàn)。

從2004年開始，長江委水文局在“長江專家交互式預報系統(tǒng)”的基礎上，開始研發(fā)基于B/S架構（瀏覽器/服務器架構）的通用型水文預報平臺。“開發(fā)過程，也是探索的過程和試錯的過程。”長江委水文局局長、時任水文氣象預報處處長的程海云說，“我們嘗試把當時最新的技術，運用到最合適的地方，期間我們走了不少的彎路，但我們一直沒有停下深入研發(fā)的腳步。”

“我們是專業(yè)的水文預報員，同時也是業(yè)余的系統(tǒng)開發(fā)員。”參與系統(tǒng)開發(fā)的長江水文預報員、現任長江水文情報預報中心（原水文氣象預報處）副主任鄒冰玉說，“為了做好系統(tǒng)開發(fā)，參與開發(fā)的人員都是在正常預報工作之余，通過自學或邀請專業(yè)老師授課來提高開發(fā)水平。”

憑借長江水文人特有的韌性和對實際工作需求的透徹理解，新系統(tǒng)的建設首次提出了建立模型庫、方法庫、平臺資源庫的新思路。

經過兩年的艱苦開發(fā)，2006年通用型水文預報平臺問世，這是第二代洪水預報系統(tǒng)，也是之后“長江防洪預報調度系統(tǒng)”的雛形。系統(tǒng)在通用化和平臺資源積累式發(fā)展上取得突破性進展，達到國際領先水平，并首先應用在三峽水庫防汛調度中，建立了“三峽水庫入庫站（寸灘、武隆）流量預報會商系統(tǒng)”，為實現三峽梯調中心與長江委信息交換和資源共享，建設宜昌、武漢、重慶三地四方預報會商等提供了技術平臺。

2004年開發(fā)的第二代洪水預報系統(tǒng)

新系統(tǒng)成功解決了三峽入庫洪水的預報難題，借助這套系統(tǒng)，2010年、2012年，長江委水文局提前五天，準確預報出三峽水庫最大入庫流量70000立方米每秒、71200立方米每秒，通過調度三峽水庫攔洪錯峰，確保了沙市水位不超過警戒水位，有效減輕了下游的防洪壓力，避免了千軍萬馬上堤巡查搶險。

量變到質變的歷史跨越

隨著流域內控制性水庫群的建成，預報與調度愈發(fā)不可分割，長江防洪預報調度系統(tǒng)應運而生，翻開了長江洪水預報的新篇章。

“調度離開了預報，就是無本之木，無法實施。而在水庫群體系中，沒有各水庫調度運行方案作為前置條件，洪水預報也將是茫然的。”長江委水文局副總工程師、曾任水文氣象預報處處長周新春解釋說，在長江委的統(tǒng)一部署下，長江委水文局革新理念，破除思維定式和工作慣性，積極下好預報調度一體化的“先手棋”。

從2014年開始，長江委水文局依托國家防汛抗旱指揮系統(tǒng)二期工程，集成以往優(yōu)勢資源，傾力打造長江洪水預報系統(tǒng)的升級版---“長江防洪預報調度系統(tǒng)”。“系統(tǒng)匯集了流域30000多個報汛站點信息、各類氣象信息和降水模式預報，以及31個干支流預報調度體系849個預報節(jié)點（包括447個河系節(jié)點和402個子流域）、近百個調度對象，實現信息綜合展示、預報演算、交互式調度分析和會商決策支持等功能于一體，真正做到了預報調度分析信息化、實時動態(tài)化，所見即所得。最關鍵的是，系統(tǒng)可以根據實際調度需求，動態(tài)構建預報調度體系。”周新春介紹。

新的系統(tǒng)剛剛建成，便接連迎來2016長江中下游型洪水、2017年長江中游型洪水和2018年長江上游型洪水。而實際預報結果，給出了令人滿意的答案。特別是在應對2017年7月長江中游罕見大洪水時，在“控制城陵磯水位不超過34.4米保證水位”的調度目標下，長江防總在34個小時內，先后發(fā)出5道調度令，一步步將三峽出庫流量從27300立方米每秒削減到8000立方米每秒，為下游“減負”。

2019年5月28日，“長江防洪預報調度系統(tǒng)”應用在長江1998年洪水防洪調度推演中

“能在主汛期的7月份將三峽下泄流量降到8000立方米每秒，這是史無前例的，稍有不慎就可能帶來嚴重的后果。”長江委水旱災害防御局巡視員陳桂亞說，“借助于長江防洪預報調度系統(tǒng)這個‘利器’，水文預報專家更‘神’了”。

走出長江的全新啟航

如今，長江防洪預報調度系統(tǒng)已走出長江流域，并在服務“一帶一路”、經濟社會發(fā)展中得到推廣運用。進入新時代，長江防洪預報調度系統(tǒng)必將展現新的活力和作為。

“我們的系統(tǒng)在設計之初就聚焦‘管用’，緊貼使用者最關心的問題，用個時髦的話，就是‘用戶至上’。”程海云說，經過不斷更新?lián)Q代的系統(tǒng)貼近最新技術，把不同功能細化成標準化的模塊，讓系統(tǒng)擁有了非常高的可塑性，可以實現個性化定制。

正因為長江防洪水預報調度系統(tǒng)的這些特性，如今系統(tǒng)早已走出長江流域，在廣東中小河流預報預警系統(tǒng)等建設中投入運用，并在老撾、巴基斯坦等水利工程建設中得到使用，服務經濟社會發(fā)展和“一帶一路”建設。同時，系統(tǒng)設計理念和相關技術也在向其他流域推廣。

“我們正在進入一個技術爆發(fā)的新時代，我們必須秉持開放合作態(tài)度，使系統(tǒng)不斷地得以進化。”長江水文情報預報中心主任閔要武說，隨著技術的不斷進步和硬件環(huán)境的不斷改善，系統(tǒng)運算會更加精確，幫助預報員的判斷更加趨于科學合理，讓預報員能夠實現集合預報、風險分析。”

“得益于二十余年接續(xù)滾動開發(fā)，長江防洪預報調度系統(tǒng)已經成為長江防洪實時調度不可或缺的工具。”長江委副主任金興平說道，“但圍繞長江流域100座水工程聯(lián)合調度這個大目標，我們仍有大量工作要做。首先是構建長江流域洪水模擬系統(tǒng)，其次是納入更多綜合信息，引入大數據挖掘和機器學習等人工智能新技術，構筑長江流域水工程綜合調度的預報調度一體化支撐平臺，為防洪調度、水量調度、泥沙調度、水生態(tài)調度及應急調度決策提供強有力的抓手。”