是什么筑起了江河安澜的“铜墙铁壁”?记者调查→
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2024-10-10 09:40:09
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  水利部近日发布最新数据显示,今年以来,全国大江大河已发生26次编号洪水,列1998年有资料统计以来第1位,珠江流域罕见地发生了13次编号洪水,有6个台风登陆我国大陆。在水旱灾害防御形势如此严峻复杂的背景下,如何守护江河安澜?

  为了找到答案,我们首先利用大模型和数字技术,还原了今年以来最为复杂的一次洪涝灾害。一起来跟随记者,揭开江河安澜背后的秘密。

  大模型和数字技术还原洪水来临前夜

  总台央视记者 王世玉:利用虚拟技术,我们首先将长江搬到了我身边。

  这里是江汉-洞庭盆地,这里是鄱阳湖盆地,而长江中游的这两大盆地,正是饱受洪水之苦最主要的地区。在它们的上游,这里,就是我们熟悉的三峡大坝。那么当洪水来临,这里会面临什么?通过整理今年以来,长江全部的水利信息,我们找到了一个关键节点——7月6日。

  现在,让我们穿越到7月6日,这一天,水利部长江委发出预警,“长江2024年第2号洪水”即将来临,这将是今年长江最大洪峰。

  而此时的三峡水库,上游已经出现了局地的暴雨,来势汹汹;而下游水位也相继出现峰值,超出警戒,甚至洞庭湖团洲垸一线仍然在进行着决口封堵作业。

  “前有追兵,后有猛虎”,左右为难之间,三峡水库的水位从145米左右快速上涨。到了7月10日8点,已经来到了近160米,比多年平均水位高了15米左右,是三峡水库正常运行以来的同期最高水位。如果不及时加大下泄流量,即将到来的2号洪水,将很快填满剩余的库容。

  在三峡梯级调度中心,调度电话不断响起,一封封调度令纷沓而至。

  三峡集团长江电力三峡梯调副总工程师 李鹏:从6月8日到7月中旬,我们已经接收到了22份调度令,平均下来差不多两天一份,最多的一天来了三份,这个是非常频繁的。

  7月11日,三峡的入库流量暴涨至55000立方米每秒。什么概念?相当于40分钟左右就会增加一个武汉东湖的水量。

  在调度中心,屏幕上亮起了多项预警信息,提示着长江中下游有大到暴雨,金沙江流域有局部中雨,各支流相继出现洪峰或明显涨水,中下游仍有46站超过警戒水位,涉及河流27条。预计未来十天内,长江流域仍然面临着连续性的降雨。

  三峡水库:库容能装下2700多个西湖

  这样严峻的考验,对于长江来说,再寻常不过。而每一次的化险为夷,都得益于镇守在河道上的50多座大型水库,其中就包括库容能装下2700多个西湖的三峡水库。

  总台央视记者 王世玉:我们将眼前的险情,在AI数据库中进行比对,系统匹配出了几个时间,2012年7月24日、2020年8月20日,这两次洪峰都超过了1998年的最大峰值。而当我们将检索时间无限拉长,在三峡建成之前,这里发生过有记载的水灾和旱灾多达2000多次。

  三峡集团长江电力三峡梯调副总工程师 李鹏:这一片区域,江汉平原、洞庭湖区和鄱阳湖区是洪涝灾害高发区。地势低洼,暴雨集中、河道曲折,每到汛期上游传来的洪水、本地降下的暴雨、下游顶托的水流,三者合力迅速推高干流与支流的水位。

  要是能有一个巨大的水库,把洪水都存蓄起来就好了,三峡水库由此而来。这座中国最大的水库,库容393亿立方米,足以装得下2700多个西湖。

  不过这仍然不够。当我们放眼整个长江,还会在干流上游看到向家坝、溪洛渡、白鹤滩、乌东德组成的四大梯级水库,以及亭子口、构皮滩、二滩、锦屏等各大支流水库,这些镇守在河道上的50多座大型水库,总共能拦截的水量相当于建起了三座三峡。

  每年汛期来临之前,三峡水库都会提前腾出一部分库容严阵以待,再计算出合适的时间和流量大小,将这些被拦截的洪水分批次泄到下游,从而达到削峰错峰的目的,保证下游河道的安全。

  水库面临的“泳池注水难题”该怎么解?

  在河道及堤防的基础上,建起水库,成了我们抵御洪水的一道“王牌”。 但是问题也出现了,水库的容量是有限的,填满了就需要放水。所以每年,三峡水库都会面临一道熟悉的数学题:一个泳池一边注水、一边放水,什么时候装满?这道数学题,听起来简单,但事实却远非如此。未来上游的降水多少?汇集的水量是多少?全流域各站点水位如何变化?每一个决策都会出现连锁反应。

  求解数学题的第一步,是要知道到底有多少洪水会来。

  记者来到长江边的水情遥测站点,这里其实是防洪决策的第一线,被工程师亲切地称为观测水雨情的“千里眼”。

  三峡集团长江电力三峡梯调副总工程师 李鹏:这个屏幕上显示的是水位数据和雨量数据,5分钟一采集,通过北斗和4G传送到我们梯调的数据中心。

  而在整个长江流域,有数以万计的水雨情监测站点,无数传感器在江河之下默默工作,它们时刻感知着江水的细微变化,水位的高低、水流的速度以及泥沙含量,都被实时传送到水库的调度中心,加上气象卫星等等,共同来为调度人员提供准确的降雨和洪水数据。

  三峡集团长江电力三峡梯调副总工程师 李鹏:我们目前基本上可以做到提前10天看洪水的趋势变化,提前5天把握洪水的量级,提前2天能对洪水的过程曲线把握住,作为会商决策的参考。

  而这一整套庞大的大数据系统,也仅仅是解出了这道数学题的第一个关键:“注水量”是多少。

  接下来的重点就是,这些水究竟要怎么放、何时放?而面对如今越来越复杂的水情、越来越庞大的计算量,仅靠人力已经无法满足准确计算。一条带着大模型计算能力的数字版长江势在必行。

  总台央视记者 王世玉:在这个数据库里,储存了过去历史上发生过的所有洪水信息,并且通过大模型不断学习其中的演变规律。当我们将整个长江现在的实时数据输入大模型中,系统开始自动推演洪水接下来的过程。

  水利部长江水利委员会副总工程师 陈桂亚:数字孪生的推演指导我们推演出来有个边界条件,行洪的速度,淹没的水深、范围,长江干堤会不会出风险,还有很多洲滩民垸在长江河道当中,会不会有风险,通过这样数字孪生的推演就更准确了。

  在数字孪生系统上,还可以看到不同时间泄洪放水的不同结果。

  如果7月10日14时,三峡水库开启一个泄洪孔,维持每秒27000立方米的出库流量,上游重庆水位将超过警戒水位;如果将出库流量增加到每秒31000立方米,下游又将有多个站点重新超过警戒水位。通过几千种推演后,终于计算出了开闸泄洪的最优解。

  最终,7月10日下午两点、下午六点,三峡水库各开启了1个泄洪孔,出库流量由27000立方米每秒逐步增加至31000立方米每秒,成功在保证上游不受影响的情况下,安全拦截了洪峰。这也是三峡水库今年首次开闸泄洪。

  数据显示,三峡水库在应对今年长江1号、2号洪水时,拦洪126.8亿立方米,分别有效降低中下游干流水位0.4—1.7米、0.7—3.1米,减少灾害损失643亿元,减淹耕地314万亩。

  多系统配合 筑起江河安澜的“铜墙铁壁”

  通过我们的还原,可以看到在这短短的五天里,为了应对长江2号洪水,长江沿线的各个系统,包括看得见的堤防、水库,和看不见的数字技术,共同配合,进行了无数次的推演和缜密计算,才最大程度地减少了灾害损失。这正是守护大江安澜背后的一道道“铜墙铁壁”。

  筑起堤防,是拦截洪水的第一道防线。目前,我国5级以上江河堤防已达32.5万公里;

  建设水库,是堤防后的第二道防线。截至2023年底,全国各类水库从新中国成立之初的1200多座增至9.5万座,总库容从200多亿立方米增至近1万亿立方米;

  而最后一道防线,是蓄滞洪区。一旦发生了超过水库群能力的超量洪水,这里的人们就会提前撤离,让这片土地作为临时水库,暂时存蓄洪水。在长江沿线,就有46处国家蓄滞洪区,存续洪水的能力相当于2.6个三峡。

  与此同时,人工智能、云计算、大数据等新技术大量用于水利工程建设。在全国七大流域,以及南水北调东线和中线的重点工程,都已开展起数字孪生水网的先行先试建设,让更多的守护出现在灾害发生之前,提高预警和防治能力。

  初步统计,截至9月20日,今年各地防汛期间已累计减淹城镇2178个(次)、减淹耕地面积1629.33万亩、避免人员转移1077.42万人(次)。最大程度地减少了灾害损失。

  如今,不断完善升级的水利基础设施,在数字技术和科技赋能的助力下,感知风险、兴利避害,守护起大江安澜,造福亿万百姓。

  (总台央视记者 王琰 朱江 王世玉 卢忠灿 湖北台)

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