王超：為水利研究插上信息化翅膀

衛(wèi)婷婷

王超在黃河劉家峽電站考察

《水經(jīng)注》中曾記載：“水色清照十丈，分砂礫。蜀人見其澄清，因名清江。”清江，是許多湖北人心中的母親河，它發(fā)源自利川市齊悅山，穿山越峽逶迤東去，洋洋灑灑八百里，宛如一條藍(lán)色飄帶，橫貫湖北省西南部10多個縣市。

但清江之清，清江之美，唯有親眼見到才能深刻體會。對于中國水利水電科學(xué)研究院高級工程師王超來說，他早已不是20多年前那個長在清江邊的孩子，但他與水之間的緣分卻從未斷過。

如今，那個從小在河邊長大的孩子，已經(jīng)成為江河流域水資源管理領(lǐng)域的專家。多年來，王超長期深入工程一線，圍繞流域水資源管理方面的關(guān)鍵科學(xué)問題與技術(shù)難題，開展了多項(xiàng)理論研究與技術(shù)攻關(guān)，不斷探索水利水電的奧秘。

王超介紹，自進(jìn)入20世紀(jì)以來，中國的水利水電事業(yè)已從大規(guī)模建設(shè)階段逐步過渡到運(yùn)行管理階段，以水庫建設(shè)為例，近年來隨著越來越多的大型水利工程陸續(xù)建成投運(yùn)，水庫建設(shè)的重點(diǎn)已從此前的如何規(guī)劃、如何建設(shè)等問題，逐漸過渡到現(xiàn)在的如何更安全、高效的運(yùn)行管理問題?！暗搅宋覀冞@個專業(yè)真正發(fā)揮作用的時候了?！蓖醭锌?。

陰差陽錯的“水之緣”

雖然身在水利水電領(lǐng)域，但王超的研究方向卻更偏向信息化，這與他從小就對計(jì)算機(jī)感興趣有很大關(guān)系。盡管兒時家庭條件有限，但為了支持王超學(xué)習(xí)，父母在他高中時就為他配備了電腦。能夠親自操作計(jì)算機(jī)，這與以往僅在書本中接觸到相關(guān)知識的體驗(yàn)感大不相同，也讓王超有了眼前一亮的感覺。因此，高中畢業(yè)后他下定決心填報(bào)了華中科技大學(xué)的計(jì)算機(jī)專業(yè)，但天不遂人愿，王超被陰差陽錯調(diào)劑到了水利水電工程專業(yè)，就這樣他一腳邁進(jìn)了水電領(lǐng)域的大門。一時的失落，并沒有阻擋王超在科研道路上前進(jìn)的腳步，他踏下心來投入到水利水電工程的學(xué)習(xí)中，并漸漸發(fā)現(xiàn)了其中的樂趣。

眾所周知，水是人類賴以生存的基本要素，而電力又是社會發(fā)展的主要能源，顧名思義，水利水電工程學(xué)科就是在水的自然特性研究基礎(chǔ)上，以工程措施對水能資源進(jìn)行調(diào)控和利用的一門工程科學(xué)。

越對水利水電多一份了解，王超就越多了一份求知欲望，通過本科四年的深入學(xué)習(xí)，他對水利方面的知識有了更加清晰和全面的認(rèn)識。2011年畢業(yè)后，王超以優(yōu)異的成績被保送本校攻讀博士學(xué)位。

既然選擇了水電，就要一直做下去，也要做好。抱著這樣的心態(tài)，從本科開始王超就一直深耕在水電行業(yè)?！靶疫\(yùn)的是，我的研究方向與計(jì)算機(jī)有交集，更偏向于信息化，也讓我可以將計(jì)算機(jī)上的學(xué)習(xí)熱情延續(xù)到水電中?！蓖醭硎?。

水利信息化和智慧化是未來水利學(xué)科的重要發(fā)展方向之一，華中科技大學(xué)在計(jì)算機(jī)方向上研究基礎(chǔ)雄厚，他所在的水電與數(shù)字化工程學(xué)院從本科開始就極為重視將水利行業(yè)與信息化緊密結(jié)合。近年來，王超在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，從水資源調(diào)度的基礎(chǔ)理論入手，一直從事流域水資源管理方面的研究工作，并且在水資源調(diào)度與信息化方面取得了多項(xiàng)理論與技術(shù)創(chuàng)新成果，形成了自己的研究特色。他所涉及的研究內(nèi)容不僅從基礎(chǔ)理論延伸到水資源調(diào)度技術(shù)方法，還將成果落地到水資源調(diào)度信息系統(tǒng)上，以支撐于工程實(shí)際，解決了許多流域水資源管理方面的實(shí)際工程問題。

“這是一門極為實(shí)用性的學(xué)科，能解決很多水利方面的棘手問題。”正如王超所言，一個個項(xiàng)目，一項(xiàng)項(xiàng)實(shí)用性成果，都是他多年來科研道路上最好的見證。

用行動踐行水利初心

水利科學(xué)，是一門涉及自然科學(xué)、技術(shù)科學(xué)和社會科學(xué)的綜合學(xué)科，水利科學(xué)的建立與發(fā)展，也始終遵循著實(shí)踐—認(rèn)識—再實(shí)踐的基本法則。自從接觸到水利科學(xué)研究，王超經(jīng)常需要到現(xiàn)場做調(diào)查研究、觀測實(shí)驗(yàn)，還要通過大量的模型試驗(yàn)，進(jìn)行理論分析與計(jì)算?！斑@是一個實(shí)踐性非常強(qiáng)的學(xué)科，想要真正解決實(shí)際問題就得深入基層，了解實(shí)際工程中的各種問題，再用科學(xué)的思維和方法做出解答。”從實(shí)踐中來再到實(shí)踐中去，多年來王超不斷扎根水利工程基層，用堅(jiān)守詮釋著擔(dān)當(dāng)，譜寫了一曲曲動人的水利勞動者之歌。

據(jù)王超介紹，從2012年開始，為了全面提升水資源管理水平，水利部決定開展“國家水資源監(jiān)控能力建設(shè)項(xiàng)目”，計(jì)劃從量、質(zhì)等多方面對水資源進(jìn)行監(jiān)測和管理，健全監(jiān)控體系與國家水資源管理系統(tǒng)，提高我國水資源監(jiān)控能力。

其中，在涉及如何分配河流水的問題上，王超與團(tuán)隊(duì)多次展開探討，分別從水資源調(diào)度研究的發(fā)展現(xiàn)狀和我國水資源調(diào)度研究存在的問題入手，對水資源調(diào)度技術(shù)和一些關(guān)鍵流程進(jìn)行了分析。綜合討論后，團(tuán)隊(duì)決定研發(fā)一套全國通用的水資源調(diào)度軟件平臺，希望實(shí)現(xiàn)水資源調(diào)度執(zhí)行成果在水利部本級、流域、省三級平臺之間的業(yè)務(wù)協(xié)同和信息共享，從而提升河流水資源調(diào)度決策能力?！凹纫鲇型ㄓ眯缘脑O(shè)計(jì)，又要滿足各地的差異化需求，這對我們來說挑戰(zhàn)極大?！蓖醭硎尽?/p>

有挑戰(zhàn)才有動力，王超與團(tuán)隊(duì)先后走訪了黃河流域、長江流域、黑河流域、珠江流域、松遼流域、淮河流域等，對當(dāng)?shù)氐乃こ踢M(jìn)行了深入而細(xì)致的調(diào)研，初步了解了用戶的實(shí)際需求。隨后，經(jīng)過三個月的“閉關(guān)”，團(tuán)隊(duì)從監(jiān)測數(shù)據(jù)、支撐模型、業(yè)務(wù)應(yīng)用等方面綜合考慮，提出了一套數(shù)據(jù)—模型—業(yè)務(wù)全貫通的水資源調(diào)度軟件設(shè)計(jì)方案，率先實(shí)現(xiàn)了實(shí)時水雨情數(shù)據(jù)庫、水資源五大庫與水文、水動力、調(diào)度模型以及常規(guī)調(diào)度、應(yīng)急調(diào)度業(yè)務(wù)的全鏈條貫通，并形成了完整的《水資源調(diào)度通用軟件詳細(xì)設(shè)計(jì)方案》。

有了方案，軟件研發(fā)近在咫尺。當(dāng)時，王超與團(tuán)隊(duì)成員基本沒有休息日，他們將所有時間都用來進(jìn)行軟件的開發(fā)設(shè)計(jì)，同時王超沒有忘記要將水利研究與信息化技術(shù)相結(jié)合。他提到，在水資源調(diào)度決策支撐上經(jīng)常面臨著數(shù)據(jù)共享與業(yè)務(wù)集成等共性難題，為了使其得到解決，王超和其所在的技術(shù)團(tuán)隊(duì)不僅在數(shù)據(jù)層面上提出了水資源調(diào)度數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)與標(biāo)識符規(guī)范，還從業(yè)務(wù)層面上提出了水量常規(guī)與應(yīng)急調(diào)度的五大標(biāo)準(zhǔn)化業(yè)務(wù)流程，進(jìn)而在標(biāo)準(zhǔn)化功能模塊的基礎(chǔ)上構(gòu)建了水量調(diào)度應(yīng)用系統(tǒng)。在多達(dá)40多次的封閉式研發(fā)后，王超終于松了一口氣，他們成功研發(fā)出了水資源調(diào)度通用軟件，并通過國家水資源監(jiān)控能力建設(shè)項(xiàng)目辦下發(fā)到7大流域和32個省級行政單位，實(shí)現(xiàn)了向全行業(yè)的推廣應(yīng)用。

接下來，團(tuán)隊(duì)以漢江流域作為該平臺的重點(diǎn)示范區(qū)域，成功支撐了南水北調(diào)中線的水源地丹江口水庫的年、月水量調(diào)度業(yè)務(wù)，從2017年以來一直持續(xù)為水利部水資源司編制丹江口水庫及南水北調(diào)中線的年、月水量調(diào)度方案建議，真正做到了從監(jiān)測數(shù)據(jù)、模型方法到管理業(yè)務(wù)的全貫通。

而在近幾年，王超同樣也沒有停下腳步。2019年3月，孩子剛剛出生兩個月，他便離開家?guī)ш?duì)駐扎到福州市城區(qū)水系調(diào)度指揮中心，組織福州市城區(qū)水系科學(xué)調(diào)度系統(tǒng)的需求調(diào)研和軟件研發(fā)工作，一待就是近一年的時間。

夏季的福州多降雨，而且暴雨頻繁，王超經(jīng)常在半夜收到防暴雨預(yù)案啟動短信后，便馬不停蹄地趕赴指揮大廳，希望能及時掌握第一手資料。分析資料后，他通常連夜就將設(shè)計(jì)方案趕出來，再傳送給軟件研發(fā)團(tuán)隊(duì)，以便爭取在下一場暴雨來臨之前更新軟件的相關(guān)功能。就這樣，王超一次次追著暴雨跑，也收獲了可喜的成果?！爸挥羞@樣，開發(fā)出的軟件系統(tǒng)才不會飄在天上，能夠?qū)嶋H落地?！?/p>

在王超的帶領(lǐng)下，團(tuán)隊(duì)按照“眼、腦、手”的思路進(jìn)行設(shè)計(jì)與研發(fā)，分別從基于“眼”的現(xiàn)狀情勢監(jiān)測預(yù)警，到基于“腦”的未來情勢預(yù)測預(yù)報(bào)以及實(shí)時的調(diào)度決策，再到基于“手”的人員、車輛和工程的實(shí)時指揮控制，打造出一套城區(qū)水系科學(xué)調(diào)度指揮平臺，初步實(shí)現(xiàn)了城區(qū)水系調(diào)度的智能化。目前，系統(tǒng)已實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)化運(yùn)行，累計(jì)支撐了70余次四級以上防暴雨預(yù)案的科學(xué)調(diào)度，90余次全國各地技術(shù)調(diào)研，以及2次福州市防汛大演練。

每年汛期，王超都忙得不可開交，2020年尤為艱難。突如其來的一場新冠肺炎疫情打亂了全國人民的生活和工作節(jié)奏，可是洪水不等人，為了保障福州科學(xué)調(diào)度系統(tǒng)的防汛準(zhǔn)備，1月份剛剛離開福州回到家的王超，又于3月份北京境外輸入疫情情況最緊張的時候，臨危受命趕到福州做防汛準(zhǔn)備工作，一直到4月底才返回北京，并圓滿完成了系統(tǒng)的備汛工作。

福州防汛現(xiàn)場服務(wù)

追尋不滅的科研光點(diǎn)

心在哪里安放，人生之樹就會在哪里生根。王超第一次走進(jìn)華中科技大學(xué)校門，第一次接觸水利水電專業(yè)時，不會想到自己此后的人生都會與水為伴。而他之所以能在水利水電的科研世界里寫下人生的華章，是因?yàn)樗麑茖W(xué)、對水利愛得深沉。

抱著這份對科研的熱愛，王超不斷追尋水利研究中的光點(diǎn)。在科研項(xiàng)目的支撐下，他結(jié)合水利工程實(shí)際，相繼將多個理論研究成果“落地”。其中，在流域水資源調(diào)度問題的數(shù)學(xué)原理解析上，王超看重方法的運(yùn)用，為了對其更好地進(jìn)行分析與理解，他采用變量法與逐步逼近的方法分析推導(dǎo)了影響不同時間尺度調(diào)度模型準(zhǔn)確度的關(guān)鍵因子，從而成功解析出關(guān)鍵因子擾動下模型時間尺度對調(diào)度模型準(zhǔn)確度的影響機(jī)理；還利用構(gòu)建的分析水資源調(diào)度問題數(shù)學(xué)特性的兩階段優(yōu)化模型，推求出兩階段優(yōu)化問題的單調(diào)原理與其存在的條件，從而解析出梯級各水庫間水頭效益的耦合關(guān)系。

而在對如何處理流域水資源綜合調(diào)度問題上，王超極為看重技術(shù)的運(yùn)用。他提到，在水資源調(diào)度上，常規(guī)調(diào)度與應(yīng)急調(diào)度是其中的兩大重點(diǎn)任務(wù)，而這兩大任務(wù)在建模過程中均存在亟待解決的網(wǎng)絡(luò)概化、支撐模型、驅(qū)動數(shù)據(jù)不匹配等問題。因此王超對癥下藥，提出了滿足多時空尺度建模需求水系統(tǒng)模擬模型構(gòu)建的技術(shù)；提出了滿足多時空尺度建模需求的水系模擬模型構(gòu)建技術(shù)與水資源多目標(biāo)調(diào)度技術(shù)。如今，他和團(tuán)隊(duì)取得的多項(xiàng)技術(shù)性成果都已經(jīng)在西江流域多個水庫調(diào)度中得到了實(shí)際應(yīng)用。

從一開始接觸水利，到將水利研究看作人生重要的一部分，王超一路走來都做了萬全準(zhǔn)備。“這離不開導(dǎo)師對我的影響?！蓖醭岬降膬晌粚?dǎo)師分別是中國著名的水文學(xué)及水資源學(xué)家王浩院士以及他的博士生導(dǎo)師周建中教授?！巴鹾圃菏康拇蠹绎L(fēng)范、深邃的思維和卓越的成就深深的影響和鼓舞著我，也鞭策著我在科學(xué)研究道路上砥礪前行。在他的指導(dǎo)下，我們團(tuán)隊(duì)每個成員都能準(zhǔn)確把握好研究方向，并促成科研成果的落地?！蓖醭f。而他的博士生導(dǎo)師周建中教授，則帶領(lǐng)他叩開了科學(xué)研究的大門?！拔迥瓴┦可模芾蠋煄ьI(lǐng)我們參與了多項(xiàng)國家級項(xiàng)目攻關(guān)、重大工程應(yīng)用項(xiàng)目研究，在他廢寢忘食、夜以繼日地傾心指導(dǎo)下，讓我成功從一名本科畢業(yè)生成長為一名具有獨(dú)立從事科學(xué)研究能力的青年科技工作者。”如今談及此，王超的內(nèi)心仍充滿著深深的感激。

盡管去年一年中有100多天，王超都在當(dāng)“空中飛人”，到各地進(jìn)行實(shí)地考察調(diào)研，但繁重的科研工作并沒有讓他感到絲毫疲憊，收獲更多的是滿足和充實(shí)。在他看來，能夠探索水利奧秘，利用信息化為其插上翅膀，是他做的最有意義的事。