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空天加持 数字赋能
加快构建雨水情监测预报“三道防线”
 
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2023-07-21
 
  □本报记者 周妍 魏晓雯

  进入“七下八上”防汛关键期前夕,水利部党组书记、部长李国英主持召开专题会议,研究加快雨水情监测预报“三道防线”建设。 

  “前瞻、及时、精准的雨水情监测预报信息,是打赢现代防汛战的首要环节和重要条件。如果预测预报不准,好比打仗没有‘情报’支撑,就不可能打胜仗!” 

  近年来,我国突破历史记录、颠覆传统认知的水旱灾害频繁发生,依靠传统监测预报手段已难以满足当前洪水防御工作的需求。践行“两个坚持、三个转变”的防灾减灾救灾理念,为保障人民群众生命财产安全赢得时机,就必须进一步强化应对洪水的决策支撑。借助高科技力量实现水文预报工作延长预见期、提高精准度至关重要;加快构建气象卫星和测雨雷达、雨量站、水文站组成的雨水情监测预报“三道防线”势在必行。 

  当前,一场关口前移、防线外推的“三道防线”建设正在以更大力度、更快进度推进。“十四五”期间,我国现代化水文监测预报体系建设的雏形正在逐步显现。 

  打赢现代防汛关键战,首要是获取“情报”—— 

  延长预见期、提高精准度,加快构建“天空地”监测体系 

  随着气候变化和人类活动影响加剧,我国水资源情势动态演变,极端天气事件频繁发生,暴雨洪涝干旱等灾害的突发性、极端性、反常性越来越明显。 

  坚持人民至上、生命至上,有效应对洪涝灾害,是水利部门的天职,是必须牢牢守住的安全底线。水利部为此确定了“人员不伤亡、水库不垮坝、重要堤防不决口、重要基础设施不受冲击”的防汛工作目标,强调做好“预报、预警、预演、预案”工作。 

  “四预”工作中,预报是首要环节,国家水文站网是重要基础支撑。 

  目前,我国水文监测手段仍以地面定点观测为主,缺乏大尺度“天空”采集手段和遥感等现代技术应用。截至2022年年底,全国已建成5.3万处雨量站、18 761处水位站、8 063处水文站,有效控制主要江河水文情势,但仍存在站网密度不足、布设不平衡等问题,洪水预报预见期和预报精准度还有待进一步提高。 

  坚持问题导向,才能实现关键突破。水利部以加快补齐水旱灾害防御短板、加快推进水文现代化建设为目标,进一步完善国家水文站网,推进“天空地”一体化监测,以流域为单元构建气象卫星和测雨雷达、雨量站、水文站组成的雨水情监测预报“三道防线”,进一步延长雨水情预见期、提高精准度。 

  不久前,湖南长沙水文人经历了一场猛烈“端午水”的考验。作为“第一道防线”的重要组成,水利相控阵测雨雷达已在湖南捞刀河、浏阳河流域进行试点应用,实现了对试点区降雨监测、临近暴雨预警和耦合洪水预报应用。 

  “雷达测雨监测预报系统预测情况不仅与实测洪水趋势高度一致,还为我们迎战主汛期暴雨洪水、提前发布预警赢得了更多时间。”长沙水文中心水情科科长宋荷花说。 

  第一道防线,气象卫星和测雨雷达系统,构成“天基”和“空基”监测预报防线。依其对天气系统进行监测,在降雨前对可能发生的洪水作出预报。 

  第二道防线,雨量站网,构成“落地雨”监测预报防线。通过地面雨量监测站网,对落地降雨进行实时监测,依其对落地雨乃至产汇流进行分析推演,在洪水发生前对可能发生的洪水作出预报。 

  第三道防线,水文站网,构成“洪水演进”监测预报防线。通过布设在流域河流干支流上的水文站网,实时监测江河、湖泊、水库的水位、流量等水文要素变化,依据落地降雨、实时水文站数据和信息制作洪水预报,进而实现河系预报。 

  “通过‘天空地’立体监测手段构建的雨水情监测预报‘三道防线’,是水文现代化建设的首要目标和主要内容。‘三道防线’将实现对云中雨、落地雨、河道径流的雨水情实时监测和预报预警,实现延长预见期、提高精准度双重目标,为打好现代防汛关键战提供有力有效的情报信息支撑。”水利部水文司司长林祚顶说。 

  “三道防线”相互补充,缺一不可—— 

  绷紧“四个链条”,为防洪“四预”提供支撑保障 

  暴雨洪水的形成和变化可以用“降雨—产流—汇流—演进”链条来描述。精准管控洪水防御的全过程,是建立在对链条中各环节的信息掌握之上。 

  第一道防线是实现关口前移、防线外推的重要举措。借助气象卫星、测雨雷达,获取大范围的天气信息、流域高分辨率面雨量监测和短临暴雨预警,延长短临降雨预见期,提前对洪水和山洪灾害进行风险预警,让防御措施跑赢洪水灾害。 

  第二道防线是提高预报精准度、预警有效性的重要环节。地面雨量监测站网以精准监测流域暴雨时空分布和面平均降雨量为主要目标,通过“降雨—产流—汇流”计算,滚动流域洪水预报,动态调整预警阈值,对“第一道防线”的预报进行精进调整。 

  第三道防线是兜底措施,具有“底线防守”的功能。通过准确的水文站水位、流量等洪水实时监测数据,进行洪水告警、灾害警示、“演进”预报,为洪水防御提供最为精准的数据支撑。 

  同题共答,同向发力,才能实现同频共振。 

  据气象部门预测,今年夏季,雨量和暴雨天数将可能偏多。“我们完成5类17项气象数据接入工作,新增多波段雷达、睿思短临降水产品。同时,整合水务、气象、排水集团等部门雨量站、水文站等,统一纳入智慧水务数据基础底座。”北京市水务局水务应急中心副主任朱金良表示,通过进一步完善雨水情监测预报“三道防线”,北京市域内洪水、山洪、积水内涝预报实现全覆盖。 

  “三道防线”是“天空地”一体化水文监测预报体系,各道“防线”之间通过联合使用,形成互相补充、相互支持的关系。“三道防线”本身是一套数据采集系统,“第二道防线”“第三道防线”以更为详细的地面观测数据,对“第一道防线”的监测结果进行实时验证和补充。 

  “‘三道防线’协同配合,提高了雨水情‘天空地’监测精度和可靠性,实现了延长洪水预报预见期和提高预报精准度的有效统一,进而更好地为‘四预’提供支撑保障。”水利部水文司副司长刘志雨点明了构建“三道防线”的重要价值。 

  不止步于获取数据,持续修正率定预报模型—— 

  需求牵引,应用至上,实现数字孪生水利建设的系统集成 

  党的二十大提出加快建设网络强国、数字中国。水利行业作为传统行业,亟须全面推进算据、算法、算力建设,构建数字孪生水利体系,实现新一代信息技术赋能推动水利治理管理效能提升。 

  雨水情监测预报“三道防线”作为数字技术和传统水文监测预报技术深度融合的产物,是防洪“四预”业务数字化转型的重要支撑,也是数字孪生水利体系的重要组成。 

  “三道防线”在实现流域重要水信息采集的同时,也在不断积累海量的算据资源,为未来水文模型算法的开发和优化提供重要支撑。 

  在今年7月11日水利部召开的专题办公会上,李国英部长进一步明确了“三道防线”的功能拓展方向:第一道防线实现云中雨监测预报并延伸产汇流及洪水演进预报,第二道防线实现落地雨监测并延伸产汇流及洪水演进预报,第三道防线实现本站洪水测报并延伸洪水演进传导预报。 

  “我们将进一步把握‘降雨—产流—汇流—演进’规律,针对第一道防线开发从降雨预报到洪水预测的数学模型,针对第二道防线开发从监测雨量到产汇流及洪水过程和趋势分析的数学模型,针对第三道防线加强流域水文站点间的洪水演进预报模型开发,并在应用过程中持续修正和率定各模型参数。”水利部水文司技术管理处处长彭辉说。 

  目前,水利部有关单位正在加紧编制实施方案,“十四五”时期,将按照“突出重点、急用先行”原则,加快在重要流域暴雨洪水主要来源区、山洪灾害易发区、重要水利枢纽防洪影响区等加快构建雨水情监测预报“三道防线”,并实现“三道防线”在数字孪生水利体系中的系统集成,为防洪决策提供前瞻性、科学性、精准性、安全性支撑,实现从被动应对向主动防控转变,为洪水防御赢得更多先机。

  来源:中国水利报 2023年7月21日
周妍 魏晓雯
责任编辑:王瑜
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