王 為
(水利部水旱災(zāi)害防御司,北京 100053)
2020 年我國(guó)發(fā)生了 1998 年以來(lái)最嚴(yán)重的汛情。長(zhǎng)江、黃河等六大江河共發(fā)生 21 次編號(hào)洪水,共有 836 條河流發(fā)生超警戒以上洪水,其中:269 條河流發(fā)生超保證洪水,78 條河流發(fā)生超歷史洪水。各級(jí)水利部門(mén)堅(jiān)決貫徹落實(shí)黨中央、國(guó)務(wù)院的決策部署,積極踐行“兩個(gè)堅(jiān)持、三個(gè)轉(zhuǎn)變”防災(zāi)減災(zāi)救災(zāi)理念,立足監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)預(yù)警、水工程調(diào)度、搶險(xiǎn)技術(shù)支撐“三項(xiàng)職責(zé)”,把超標(biāo)洪水、水庫(kù)失事、山洪災(zāi)害作為防汛領(lǐng)域的“三大風(fēng)險(xiǎn)”進(jìn)行重點(diǎn)防范,通過(guò)科學(xué)調(diào)度、主動(dòng)防控,有力應(yīng)對(duì)了罕見(jiàn)江河洪水和暴雨山洪等災(zāi)害,實(shí)現(xiàn)了“超標(biāo)洪水不打亂仗,標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)洪水不出意外,水庫(kù)不因工作不到位造成垮壩失事,山洪災(zāi)害不出現(xiàn)群死群傷”的“四不”目標(biāo),為經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和做好“六穩(wěn)”工作、落實(shí)“六保”任務(wù)提供了安全保障。
信息化對(duì)水旱災(zāi)害防御工作的支撐與服務(wù),主要體現(xiàn)在雨水情監(jiān)測(cè)、洪水預(yù)報(bào)預(yù)警及水工程調(diào)度決策支持等方面。在 2020 年的水旱災(zāi)害防御工作中,水利部成立雨水情監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)和水工程調(diào)度 2 個(gè)專班,密切監(jiān)視汛情,滾動(dòng)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào),及時(shí)發(fā)布洪水、山洪預(yù)警,科學(xué)精細(xì)地實(shí)施水工程防洪聯(lián)合調(diào)度,發(fā)揮了巨大的防災(zāi)減災(zāi)效益。
水文是水旱災(zāi)害防御的“尖兵”“耳目”和“參謀”,水旱災(zāi)害防御離不開(kāi)水文監(jiān)測(cè)分析。特別是近年來(lái),水文信息的監(jiān)測(cè)、傳輸能力有了很大的提高,為水旱災(zāi)害防御決策提供了強(qiáng)大的信息支持:
1)報(bào)汛信息方面。2020 年全國(guó)報(bào)汛站總量達(dá) 12 萬(wàn)余處,報(bào)汛信息總量達(dá)15.62 億條,分別較1998 年增加近 40 和 200 倍。
2)傳輸效率方面。水文數(shù)據(jù)基本實(shí)現(xiàn)逐小時(shí)采集,必要時(shí)可達(dá)分鐘級(jí)采集,測(cè)站信息收集整理后傳輸?shù)剿康臅r(shí)間由 1998 年的 2 個(gè)多 h 縮短至15 min 以內(nèi)。
3)新技術(shù)應(yīng)用方面。在 2020 年防洪中遙感、無(wú)人機(jī)、視頻等先進(jìn)技術(shù)和裝備得到廣泛應(yīng)用,其中:利用衛(wèi)星,連續(xù)開(kāi)展鄱陽(yáng)湖、洞庭湖、巢湖、蒙洼蓄洪區(qū)等區(qū)域的洪水遙感監(jiān)測(cè)共 52 次,總面積達(dá) 6.83萬(wàn) km2,并分析洪水動(dòng)態(tài)變化和受影響區(qū)域情況;依托水利一張圖,綜合展示和分析研判水利設(shè)施、防洪保護(hù)對(duì)象、地形地貌、經(jīng)濟(jì)社會(huì)等背景信息,以及實(shí)時(shí)水情、視頻監(jiān)控、遙感監(jiān)測(cè)等實(shí)況信息和重要斷面的預(yù)報(bào)信息。
根據(jù)各江河洪水特性和邊界條件,水利部汛前下達(dá)了預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)任務(wù),督促指導(dǎo)各級(jí)水文部門(mén)做好防范“三大風(fēng)險(xiǎn)”的技術(shù)支撐準(zhǔn)備,組織開(kāi)展水文測(cè)報(bào)演練。汛期,完善“專班預(yù)報(bào)、聯(lián)合會(huì)商、滾動(dòng)訂正”的洪水預(yù)報(bào)工作機(jī)制,創(chuàng)新建立預(yù)報(bào) 3 d(第 1~3 d)、預(yù)測(cè) 3 d(第 4~6 d)、展望 3 d(第 7~9 d)的漸進(jìn)式模式。同時(shí),加密與中國(guó)氣象局及水利部流域管理機(jī)構(gòu)、相關(guān)?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市)水文部門(mén)的聯(lián)合會(huì)商,滾動(dòng)修正預(yù)報(bào)成果,提高洪水預(yù)報(bào)精度,延長(zhǎng)預(yù)見(jiàn)期。根據(jù)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)成果,科學(xué)研判汛情態(tài)勢(shì)和發(fā)展趨勢(shì),提前做出有針對(duì)性地防御部署和水工程調(diào)度安排,提前向預(yù)報(bào)可能發(fā)生暴雨洪水的地區(qū)派出工作組、督查組,指導(dǎo)督促相關(guān)地區(qū)做好防范應(yīng)對(duì)。滾動(dòng)會(huì)商研判為提前做好“防”的工作奠定了基礎(chǔ)。
準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)是做好洪水防范應(yīng)對(duì)的前提,特別是水工程的防洪調(diào)度,更與洪水預(yù)報(bào)密不可分。經(jīng)過(guò)多年努力,截至 2020 年底,水利部承擔(dān)的預(yù)報(bào)斷面增加到 255 處,基本覆蓋國(guó)家防洪調(diào)度所需的大江大河和主要支流及重點(diǎn)水庫(kù)等;全國(guó)水文部門(mén)預(yù)報(bào)斷面增加到 1 610 處,作業(yè)預(yù)報(bào)范圍涉及1 000 多條河流。
汛期,水利部針對(duì)汛情形勢(shì)組建了長(zhǎng)江、淮河、太湖等流域的洪水預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)專班,與水工程調(diào)度專班共同做好水工程防洪調(diào)度。在防御淮河流域洪水過(guò)程中,針對(duì)降雨強(qiáng)度大、河道水位快速上漲的嚴(yán)峻形勢(shì),增加王家壩等重要斷面的監(jiān)測(cè)頻次,每 6 min 報(bào)告 1 次水位和流量,準(zhǔn)確預(yù)報(bào)其最高水位將突破保證水位并繼續(xù)上漲,可能超過(guò)分洪閘堰頂高程;根據(jù)預(yù)報(bào)結(jié)果,提前做好蒙洼蓄洪區(qū)運(yùn)用準(zhǔn)備,科學(xué)及時(shí)做出啟用決策,有序應(yīng)對(duì),保障了防洪安全[1]。
水工程調(diào)度是水旱災(zāi)害防御的重要手段和有效措施,直接影響到防御工作全局,在水利信息化的支撐下,水工程調(diào)度技術(shù)不斷進(jìn)步,水平不斷提高,發(fā)揮的效益日益顯著。
水利部組織修訂完善重要江河湖泊、重點(diǎn)水庫(kù)等的防御洪水和洪水調(diào)度方案,探索開(kāi)展流域水工程防災(zāi)聯(lián)合調(diào)度,努力提高水工程調(diào)度的科學(xué)性和精細(xì)化水平。特別是長(zhǎng)江流域開(kāi)展了以三峽水庫(kù)為核心的長(zhǎng)江干支流水庫(kù)群聯(lián)合調(diào)度研究與實(shí)踐,在水旱災(zāi)害防御中發(fā)揮了重要作用:
1)長(zhǎng)江流域納入聯(lián)合調(diào)度的水工程數(shù)量已經(jīng)達(dá)到 101 座,包括骨干水庫(kù)、蓄滯洪區(qū)、重要排澇泵站和引調(diào)水工程等,覆蓋全流域,統(tǒng)籌考慮防洪、供水、生態(tài)、發(fā)電、航運(yùn)等各方面需求,初步建立了流域水庫(kù)群聯(lián)合調(diào)度機(jī)制。
2)長(zhǎng)江防洪預(yù)報(bào)調(diào)度系統(tǒng)匯集 3 萬(wàn)多個(gè)報(bào)汛站點(diǎn)信息,協(xié)同 31 個(gè)干支流預(yù)報(bào)調(diào)度體系 849 個(gè)預(yù)報(bào)節(jié)點(diǎn)、近 100 個(gè)調(diào)度對(duì)象,基于大數(shù)據(jù)和智能計(jì)算等先進(jìn)科學(xué)技術(shù),每 3~5 min 就能生成 1 套調(diào)度分析方案。
在應(yīng)對(duì)長(zhǎng)江流域洪水過(guò)程中,水利部長(zhǎng)江水利委員會(huì)利用長(zhǎng)江防洪預(yù)報(bào)調(diào)度系統(tǒng),科學(xué)調(diào)度上中游水庫(kù)群,合計(jì)攔蓄洪水超過(guò) 490 億 m3,其中三峽水庫(kù)攔蓄 254 億 m3,將洪水平穩(wěn)有序地釋放到水庫(kù)下游,實(shí)現(xiàn)了對(duì)蓮花塘站水位的厘米級(jí)控制,避免了城陵磯附近蓄滯洪區(qū)和荊江分洪區(qū)的運(yùn)用。
據(jù)統(tǒng)計(jì),2020 年全國(guó)共有 4 042 座次大中型水庫(kù)參與防洪調(diào)度,共攔蓄洪水 1 780 億 m3,減淹城鎮(zhèn) 1 334 個(gè)次、耕地 227.7 萬(wàn) hm2,避免轉(zhuǎn)移人員2 213 萬(wàn)人次[2–4]。
在密切監(jiān)測(cè)、滾動(dòng)預(yù)報(bào)的基礎(chǔ)上,及時(shí)向防汛相關(guān)責(zé)任人和受威脅區(qū)域人員發(fā)布預(yù)警,提醒做好防范工作和轉(zhuǎn)移避險(xiǎn)準(zhǔn)備,能夠有效避免和減少洪澇災(zāi)害造成的人員傷亡。主要措施如下:
1)汛期,水利部向相關(guān)部門(mén)和各級(jí)人民政府提供多種水文預(yù)報(bào)預(yù)警服務(wù)產(chǎn)品,基于水情預(yù)警匯集平臺(tái),通過(guò)電視、廣播等傳統(tǒng)媒體和微信等新媒體及時(shí)向社會(huì)發(fā)布洪水預(yù)警信息。據(jù)統(tǒng)計(jì),2020 年共發(fā)布1 184 條河流 1 933 個(gè)斷面作業(yè)預(yù)報(bào) 35.07 萬(wàn)站次,向社會(huì)發(fā)布水情預(yù)警 1 956 次。
2)提前 24 h 在水利行業(yè)內(nèi)發(fā)布強(qiáng)降雨過(guò)程預(yù)報(bào)預(yù)警,開(kāi)展暴雨雷達(dá)短臨預(yù)警,及時(shí)發(fā)布未來(lái) 1~3 h 地市級(jí)強(qiáng)降雨預(yù)警信息;水旱災(zāi)害防御部門(mén)根據(jù)短臨預(yù)警,點(diǎn)對(duì)點(diǎn)提醒相關(guān)單位做好防范應(yīng)對(duì)。
3)各級(jí)水利部門(mén)充分發(fā)揮山洪災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警平臺(tái)和群測(cè)群防體系作用,向相關(guān)責(zé)任人和轄區(qū)內(nèi)社會(huì)公眾發(fā)送預(yù)警信息。2020 年全國(guó)共發(fā)布 16.9 萬(wàn)次縣級(jí)山洪災(zāi)害預(yù)警,向 661.8 萬(wàn)名防汛責(zé)任人發(fā)送預(yù)警信息 4 173.4 萬(wàn)條,啟動(dòng)預(yù)警廣播 47.1 萬(wàn)次,并通過(guò)三大電信運(yùn)營(yíng)商向受山洪威脅區(qū)域內(nèi)的所有人員累計(jì)發(fā)送預(yù)警短信 4.67 億條,為基層人民政府及時(shí)組織危險(xiǎn)區(qū)群眾按照“方向?qū)?、跑得快”的要領(lǐng)轉(zhuǎn)移避險(xiǎn)提供了先機(jī),山洪災(zāi)害死亡人數(shù)較近20 a 的平均值大幅降低。
當(dāng)前,水旱災(zāi)害防御信息化還存在以下短板:
1)監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)能力尚需提高。盡管我國(guó)水文監(jiān)測(cè)站點(diǎn)有 12 萬(wàn)余處,但與發(fā)達(dá)國(guó)家相比,數(shù)量仍然不足,特別是部分中小河流、小型水庫(kù)還存在空白,部分站網(wǎng)布局不合理,相當(dāng)一部分水文站自動(dòng)化程度低,設(shè)施老化。南方江河洪水預(yù)報(bào)水平總體不錯(cuò),但北方河流多年未發(fā)生大洪水,流域邊界條件和下墊面等均發(fā)生了很大變化,已有預(yù)報(bào)模型已難以真實(shí)反映流域洪水特性。此外,局地突發(fā)強(qiáng)降雨引發(fā)的中小河流洪水和山洪災(zāi)害的監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)能力還不能滿足防御工作要求。
2)水工程調(diào)度仍存在薄弱環(huán)節(jié)。有的江河還沒(méi)有完整的防洪調(diào)度方案,或現(xiàn)有方案的可操作性較差;絕大多數(shù)水庫(kù)調(diào)度方案或汛期調(diào)度運(yùn)用計(jì)劃沒(méi)有隨著防洪調(diào)度目標(biāo)的變化而進(jìn)行修訂。除長(zhǎng)江流域外,其它江河缺乏完整的水工程聯(lián)合調(diào)度方案,流域水工程聯(lián)合調(diào)度的理念和技術(shù)還有待深入研究及推廣應(yīng)用。水工程調(diào)度的信息化、智能化程度不高,部分江河還停留在由人主導(dǎo)的經(jīng)驗(yàn)調(diào)度水平上。兼顧供水、發(fā)電、航運(yùn)、生態(tài)等多目標(biāo)的調(diào)度方案比較缺乏,多目標(biāo)綜合調(diào)度手段和模式仍待探索。尚未實(shí)現(xiàn)各類水工程預(yù)報(bào)調(diào)度一體化,先進(jìn)信息技術(shù)對(duì)調(diào)度決策的支持不夠。
3)預(yù)警發(fā)布機(jī)制有待完善。預(yù)警發(fā)布機(jī)制仍需進(jìn)一步優(yōu)化,預(yù)警時(shí)效性有待增強(qiáng),發(fā)布渠道仍以廣播、電視等傳統(tǒng)媒體為主,新媒體運(yùn)用不足,覆蓋范圍還有盲區(qū)。山洪災(zāi)害預(yù)警指標(biāo)設(shè)定不夠精準(zhǔn),預(yù)警信息的發(fā)送對(duì)象主要以相關(guān)防汛責(zé)任人為主,通過(guò)三大電信運(yùn)營(yíng)商向社會(huì)公眾發(fā)送預(yù)警短信的機(jī)制還有一些省份沒(méi)有落實(shí)到位。社會(huì)公眾對(duì)洪水預(yù)警的認(rèn)知程度還不足。
4)新技術(shù)應(yīng)用程度不夠。當(dāng)前現(xiàn)代信息技術(shù)發(fā)展迅速,但監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)預(yù)警和水工程調(diào)度的現(xiàn)代化程度總體不高。一些站點(diǎn)的水文監(jiān)測(cè)仍以人工監(jiān)測(cè)為主,自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)運(yùn)用不夠,針對(duì)漂浮物多、流速大、含沙量高等特殊水情的監(jiān)測(cè)能力仍顯不足[5]??仗斓匾惑w化多要素全覆蓋的水文測(cè)報(bào)體系還需要完善,衛(wèi)星、雷達(dá)等遙感和視頻監(jiān)控技術(shù)的應(yīng)用還有待研究推廣,利用無(wú)人機(jī)等技術(shù)進(jìn)行巡堤查險(xiǎn)還處在探索階段,大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能等先進(jìn)技術(shù)在水工程調(diào)度決策過(guò)程中的應(yīng)用還不足。
監(jiān)測(cè)站點(diǎn)是水情信息采集傳輸?shù)幕A(chǔ),須從以下方面加強(qiáng)監(jiān)測(cè)站網(wǎng)建設(shè):
1)進(jìn)一步完善水文站網(wǎng)規(guī)劃,優(yōu)化站網(wǎng)布局,加強(qiáng)水文監(jiān)測(cè)設(shè)施建設(shè),提高江河湖庫(kù)水文站網(wǎng)的覆蓋率,補(bǔ)齊中小河流、小型水庫(kù)監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)預(yù)警設(shè)施的空白。
2)加強(qiáng)水文測(cè)報(bào)新技術(shù)、新設(shè)備的應(yīng)用,廣泛采用新一代通信技術(shù)、智能終端,充分利用大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、遙感遙測(cè)、視頻監(jiān)測(cè)等新科技,推動(dòng)水文信息測(cè)報(bào)的智能化發(fā)展,提升水情信息采集、傳輸、處理等方面的能力。
3)繼續(xù)加強(qiáng)山洪災(zāi)害防治工作,不斷完善監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)和群測(cè)群防體系,提升山洪災(zāi)害防御能力。
預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)預(yù)警能力的提升有賴于先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)布機(jī)制的完善,須從以下方面提高預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)預(yù)警能力:
1)進(jìn)一步加強(qiáng)與氣象部門(mén)的合作,提高暴雨等災(zāi)害性天氣的監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)預(yù)警水平。
2)積極開(kāi)展洪水預(yù)報(bào)理論研究和系統(tǒng)研發(fā),推進(jìn)預(yù)報(bào)關(guān)鍵技術(shù)研究,特別是在北方河流洪水預(yù)報(bào)、中小河流洪水早期預(yù)警等問(wèn)題上有所突破。
3)研究提出極端降水、超標(biāo)洪水、山洪轉(zhuǎn)移等方面的預(yù)警指標(biāo),完善江河洪水、暴雨山洪等的預(yù)警發(fā)布機(jī)制,強(qiáng)化新媒體的應(yīng)用,拓展發(fā)布渠道,力求預(yù)警信息廣泛傳播,充分覆蓋。
4)加大預(yù)警知識(shí)的宣傳力度,促進(jìn)預(yù)警信息更好地服務(wù)于社會(huì)公眾。
我國(guó)防洪工程體系不斷完善,對(duì)水工程調(diào)度的科學(xué)化和精細(xì)化要求越來(lái)越高,須從以下方面提升水工程防洪調(diào)度水平:
1)進(jìn)一步編制完善江河洪水、水工程防洪調(diào)度方案和超標(biāo)洪水防御預(yù)案,細(xì)化優(yōu)化調(diào)度措施,提高針對(duì)性和可操作性;重點(diǎn)研究水庫(kù)、水閘、分洪河道、蓄滯洪區(qū)、泵站等防洪工程的聯(lián)合運(yùn)用,形成“攔、分、蓄、滯、排”多種工程措施的強(qiáng)大合力。
2)在確保防洪安全的前提下,開(kāi)展兼顧供水、生態(tài)、發(fā)電、泥沙、航運(yùn)等多目標(biāo)的調(diào)度,充分發(fā)揮水工程的綜合效益。
3)推進(jìn)水工程防災(zāi)聯(lián)合調(diào)度系統(tǒng)建設(shè),建成覆蓋七大流域的水工程防災(zāi)聯(lián)合預(yù)報(bào)調(diào)度體系,實(shí)現(xiàn)預(yù)報(bào)調(diào)度一體化。
4)繼續(xù)完善水工程聯(lián)合調(diào)度監(jiān)督管理體制機(jī)制,安全規(guī)范科學(xué)調(diào)度水工程,有效發(fā)揮防洪減災(zāi)作用。
在推進(jìn)水工程防洪聯(lián)合和多目標(biāo)等調(diào)度的前提下,涉及的工程數(shù)量和考慮的效益需求越來(lái)越多,迫切需要現(xiàn)代信息技術(shù)的有力支撐。須從以下方面強(qiáng)化水工程防洪調(diào)度信息化支撐:
1)進(jìn)一步構(gòu)建水工程調(diào)度規(guī)則庫(kù)和雨情、水情、工情、災(zāi)情數(shù)據(jù)庫(kù),以及預(yù)警發(fā)布、工程調(diào)度、人員轉(zhuǎn)移、險(xiǎn)情搶護(hù)等決策信息數(shù)據(jù)庫(kù)。
2)充分研究人工智能、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈等先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用,全面提升水工程調(diào)度的業(yè)務(wù)信息分析與處理能力,達(dá)到全流域洪水預(yù)報(bào)和工程調(diào)度成果的自動(dòng)計(jì)算、生成、輸出、比選,推動(dòng)由人主導(dǎo)的經(jīng)驗(yàn)調(diào)度向計(jì)算機(jī)推送結(jié)合人機(jī)互動(dòng)的智慧調(diào)度轉(zhuǎn)變,不斷提高水工程聯(lián)合調(diào)度的現(xiàn)代化水平[6]。
當(dāng)前,我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展已邁入新時(shí)代,對(duì)做好水旱災(zāi)害防御工作、保障防洪和供水安全提出了新的更高的要求。隨著時(shí)代發(fā)展、科技進(jìn)步,水旱災(zāi)害防御離不開(kāi)現(xiàn)代化和信息化的支撐?!笆奈濉焙徒窈笠粋€(gè)時(shí)期,針對(duì)水旱災(zāi)害防御信息化的短板和薄弱環(huán)節(jié),需要進(jìn)一步健全與經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展相適應(yīng)的水旱災(zāi)害防御信息化技術(shù)體系,廣泛采用大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、5G、人工智能等前沿技術(shù),努力補(bǔ)齊信息化在監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)預(yù)警和水工程調(diào)度等方面的不足,不斷提升信息化對(duì)水旱災(zāi)害防御的支持和服務(wù)能力,全面提高水旱災(zāi)害防御現(xiàn)代化水平。