硬核技術(shù) 備戰(zhàn)防汛保安瀾

趙何晶

水域面積在擴大！受淹范圍在擴大！受災人口在增長！——在6月16日下午召開的2020年黃河超標洪水防御調(diào)度演練中，會商系統(tǒng)大屏幕上正在演示的，是黃河水利科學研究院（以下簡稱黃科院）利用自主研發(fā)的黃河下游洪水風險圖信息管理系統(tǒng)反映1761年特大洪水（花園口流量32000立方米每秒）方案下，下游灘區(qū)的風險要素和災情預估信息。

根據(jù)黃河水利委員會統(tǒng)一安排，黃科院承擔本次2020年黃河超標洪水防御調(diào)度演練中的兩項任務(wù)。一是根據(jù)黃河下游洪災評估系統(tǒng)及洪水風險圖成果，預估黃河下游灘區(qū)淹沒及損失情況;二是根據(jù)黃河下游二維泥沙沖淤數(shù)學模型，計算分析下游河道泥沙沖淤變化。

先進手段讓防汛調(diào)度裝上“智慧大腦”

“與往年不同，今年的調(diào)度預案在常規(guī)方案基礎(chǔ)上又提出了優(yōu)化方案，我們對兩套方案開展了模擬計算。根據(jù)系統(tǒng)預估結(jié)果，優(yōu)化方案較之常規(guī)方案，能夠顯著減少洪水淹沒損失?！痹趨R報洪災評估部分內(nèi)容時，科研人員利用洪水風險圖一邊介紹，一邊實時演示洪水上灘時間、上灘歷時、淹沒范圍、淹沒水深、洪水流速等內(nèi)容，并分行政區(qū)統(tǒng)計淹沒損失。同時，科研人員還展示了系統(tǒng)對漫灘至大堤堤根洪水流速的實時計算結(jié)果，以及順堤行洪流速較大時的預警預報功能。

黃河流域洪水風險圖是黃科院花費十多年心血打造的一個防汛“利器”。2005年，在國家防總辦公室和黃河防總辦公室的部署下，黃科院作為項目技術(shù)總負責單位著手啟動這項工作。目前，已經(jīng)完成了“試點”“一期”“二期”及黃河流域洪水風險圖建設(shè)與管理等工作，先后對黃河下游灘區(qū)、東平湖滯洪區(qū)、黃河下游堤防濟南段、濟南市、小北干流灘區(qū)、沁河丹河口至沁河口左岸及下游防洪保護區(qū)等進行了風險圖及避洪轉(zhuǎn)移圖編制工作。

“我們利用自主研發(fā)的黃河下游二維泥沙數(shù)學模型，開展了黃河下游泥沙演進及分河段、分灘槽沖淤計算，評估了黃河下游各河段過流能力變化?！贬槍Φ诙椚蝿?wù)，黃科院同樣拿出了兩套調(diào)度方案的效果對比，“優(yōu)化方案比起常規(guī)方案，可有效減少下游灘地淤積面積?！?/p>

2009年以來，這套在水利行業(yè)數(shù)學模型比武中脫穎而出的模型一直在為防汛調(diào)度服務(wù)，經(jīng)過時間和實踐的考驗，其計算結(jié)果能為決策提供直接數(shù)據(jù)支撐。在以后的研究中，黃科院將對模型進行進一步的率定和驗證，使其在最新地形條件下，更加適合黃河目前的水沙條件，實現(xiàn)預報預測精度的進一步提升。

專業(yè)團隊為防汛調(diào)度提供“智囊寶典”

在本次防汛調(diào)度演練中，代表黃科院進行匯報的科研人員來自泥沙研究所，同時他還有一個全新的身份——黃科院防洪調(diào)度科技支撐工作組成員。

和有著70年歷史的泥沙研究所不同，防洪調(diào)度科技支撐工作組是一個成立于2020年4月的新團隊，成員由來自黃科院多個業(yè)務(wù)所的22位科研骨干組成，其中既有跟蹤服務(wù)防洪調(diào)度30多年的大專家，也有加入治黃隊伍不久的年輕博士。

“做好黃河防洪減淤、水庫群聯(lián)合調(diào)度的科技支撐，是黃科院義不容辭的責任和義務(wù)。這項工作有突出的持續(xù)性、實時性，同時每年我們承擔的防洪調(diào)度工作任務(wù)重、時間跨度長、緊急加班多、質(zhì)量要求高。”黃科院院長王道席介紹說，“因此，要培養(yǎng)一支既有穩(wěn)定性，又充滿活力的科研團隊，為防洪調(diào)度提供高效、有力的科技支撐?！?/p>

工作組組長由黃科院副院長、泥沙專家江恩慧擔任，她介紹了工作組的主要職責：“一是開展黃河防洪減淤基礎(chǔ)研究、數(shù)學模型計算分析、汛期常規(guī)及各類應急防汛工作跟蹤，為防御大洪水調(diào)度演練、三門峽水庫與下游河道實時跟蹤分析等提供支撐。二是為汛前水沙調(diào)控、汛期常規(guī)調(diào)度及各類應急防洪調(diào)度預案等工作編制方案，實時跟蹤汛期水庫調(diào)度情況，為水庫群調(diào)度提出建議等?！?/p>

這是黃科院繼黃河泥沙和水土保持兩個基礎(chǔ)研究團隊之后，成立的第三個由院保障人員經(jīng)費的研究團隊，為的是解除科研人員的后顧之憂，讓他們潛心研究，全力支撐治黃中心工作。

前期工作為防御洪水備好“攻略秘籍”

針對今年的防汛，黃科院超前謀劃，主動作為，目前已經(jīng)開展了大量前期工作，確保洪水來之能戰(zhàn)，戰(zhàn)之有備。

——配合做好監(jiān)測預報預警。進一步完善了洪水風險圖，為調(diào)整優(yōu)化模型參數(shù)、修訂重點區(qū)域預報方案提供支撐。更新了下游灘區(qū)遷安預警平臺系統(tǒng)。

——全方位支撐防洪調(diào)度。開展了防御歷史大洪水研究，為防御黃河流域超標準大洪水提供了方案集。分析2019年三門峽、小浪底水庫的排沙規(guī)律，根據(jù)最新地形條件，提出2020年小浪底水庫調(diào)度建議。針對三個量級洪水，開展黃河下游河段過流能力計算。根據(jù)小浪底入庫流量、伊洛河來水和小花間來水情況，開展水庫聯(lián)合調(diào)度，并計算下游保灘的桃花峪水庫需要攔蓄洪水量。

——助力防汛隱患排查監(jiān)管。配合水利部完成了30個省（自治區(qū)、直轄市）、302個地級市和黃委等3家流域管理機構(gòu)的1009家堤防工程管理單位的汛前巡堤查險工作電話抽查。專項督查新疆維吾爾自治區(qū)及新疆建設(shè)兵團所管轄水利工程，對其中12座水庫的防洪調(diào)度和汛限水位執(zhí)行工作情況督查、31段堤防工程險工險段和170座水閘工程的安全運行專項檢查正在有序推進。

物理模型試驗讓洪水演進“直觀可見”

在6月25日開展的黃河防御大洪水實戰(zhàn)演練中，黃科院在“模型黃河”基地1號試驗大廳開展“2020年黃河下游小浪底至陶城鋪河段洪水預演實體模型試驗”，預測下游河勢變化及可能發(fā)生的險情。

今年的試驗分為兩個部分，一部分為模擬小浪底水庫最大下泄流量從2070立方米每秒逐步加大至5280立方米每秒時，下游洪水演進及淤積情況;另一部分則為“加強版”，模擬1761年特大洪水經(jīng)小浪底水庫調(diào)控后進入下游河道，洪峰流量達到16000立方米每秒量級的洪水預報試驗。

黃委總工程師李文學現(xiàn)場觀摩模型試驗，隨著“洪水”演進，他仔細觀察各灘區(qū)畸形河勢發(fā)生發(fā)展情況，不時駐足向黃科院院長王道席、副院長江恩慧詳細了解花園口、夾河灘、高村、孫口等重點斷面的各項數(shù)據(jù)特征。

在陳樓至陶城鋪50公里河段，李文學重點詢問了斷面形態(tài)、生產(chǎn)堤現(xiàn)狀和可能出現(xiàn)的各種狀況。他強調(diào)，洪水實戰(zhàn)演練過程中，要根據(jù)模型試驗結(jié)果，加強對卡口河段的實時測報數(shù)據(jù)收集，切實做到險情早發(fā)現(xiàn)、早預警、早搶護，避免對黃河下游灘區(qū)、防洪工程造成重大影響。

近年來，為提高“模型黃河”智慧化管理運行及測量水平，黃科院升級改造、購置新增相關(guān)試驗設(shè)備，不斷進行“系統(tǒng)升級”。現(xiàn)在，通過沿程水流演進自動監(jiān)控拍攝系統(tǒng)，可實現(xiàn)流場監(jiān)測和模型各部位實時全監(jiān)控，自動采集與存儲水位、河勢、險情等參數(shù)，大大提高了試驗效率和試驗數(shù)據(jù)準確性，為黃河防汛調(diào)度提供直觀可靠的科學依據(jù)。

現(xiàn)場跟蹤觀測為深入研究提供“一手資料”

6月26日，黃科院派出5個專家組分赴黃河下游卡口河段現(xiàn)場駐守，跟蹤分析過洪能力。

在河南濮陽梁集灘、清河灘，山東梁山蔡樓灘、平陰東平灘等黃河下游重點灘區(qū)及河段，專家采用無人機、RTK定位儀等設(shè)備，對生產(chǎn)堤、灘地出水高度等情況進行現(xiàn)場觀測，并實時反饋相關(guān)數(shù)據(jù)，以原型黃河實際情況檢驗數(shù)學模型、物理模型。

測量收集400余組次數(shù)據(jù)，無人機等監(jiān)測設(shè)備拍攝現(xiàn)場照片800余張，錄制視頻100余段，對典型灘地和斷面卡口河段過流能力變化、嫩灘上水情況及生產(chǎn)堤偎水情況全面記錄——大量寶貴的一手資料，為下一步的深入研究提供了有力支撐。

智匯黃河，科技報國。幸福河畔的這支科技尖兵，牢記初心和使命，用智慧和汗水守護大河安瀾。