欲窮“千里目”——三峽水情遙測系統(tǒng)護(hù)航長江安瀾
本網(wǎng)訊（向珊 周士軍）2020年8月20日8時(shí)，“長江2020年第5號洪水”洪峰抵達(dá)三峽工程，洪峰峰值高達(dá)75000立方米每秒，創(chuàng)下了三峽工程自2003年建庫以來的最大洪峰紀(jì)錄。
為迎戰(zhàn)此次洪峰，三峽集團(tuán)的技術(shù)專家們與水利部長江水利委員會上游水文局、地方氣象局等部門密切會商，繪圖、計(jì)算、分析、校核，提前做出洪峰流量的準(zhǔn)確預(yù)報(bào)，并嚴(yán)格執(zhí)行上級調(diào)度指令，降低三峽水庫水位超10米，預(yù)留出近178億立方米的防洪庫容，充分發(fā)揮了三峽樞紐工程的攔洪、削峰、錯(cuò)峰作用，有效減輕了長江中下游防洪壓力，保障了人民生命財(cái)產(chǎn)安全。
精準(zhǔn)預(yù)報(bào)的背后，離不開三峽水情遙測系統(tǒng)的強(qiáng)大支撐。目前，三峽集團(tuán)已經(jīng)建成國內(nèi)水電行業(yè)規(guī)模大、功能全面、技術(shù)先進(jìn)的水情遙測系統(tǒng)。系統(tǒng)遍布長江中上游流域，仿佛一雙雙敏銳的“千里眼”，能夠?qū)崟r(shí)觀測并采集流域內(nèi)的水雨情數(shù)據(jù)。
近日，三峽集團(tuán)所屬長江電力三峽梯調(diào)組織多批次專業(yè)人員對覆蓋長江上游數(shù)百個(gè)水情遙測站點(diǎn)進(jìn)行每年例行的汛前巡檢。記者隨他們深入一線，見證了這些站點(diǎn)在保障水情信息實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確傳遞方面所發(fā)揮的重要作用。
水情雨情盡收眼底
五月的重慶，天空湛藍(lán)如洗，陽光灑落在寸灘江段，波光粼粼的水面閃爍著初夏的溫暖與生機(jī)。
在江流之下，無數(shù)精密的傳感器正在默默工作，它們時(shí)刻感知著江水的細(xì)微變化。水位的高低、流速的快慢、水流量以及泥沙含量的多少等關(guān)鍵信息，都被傳感器一一捕捉并實(shí)時(shí)傳送到數(shù)據(jù)中心。
▲ 重慶寸灘水文站 攝影：陳磊
為精確掌握長江流域水情信息，提升預(yù)報(bào)精度，三峽集團(tuán)在長江上游布設(shè)了600多個(gè)遙測站點(diǎn)。遙測站包括水文站和雨量站，坐落于此的寸灘水文站就是其中之一。這些站點(diǎn)覆蓋了長江上游近80%的流域面積，可在10分鐘內(nèi)完成主要控制站和控制性水庫的信息收集。
“我們主要收集與處理水位、流量以及降雨量這三類關(guān)鍵信息。”三峽梯調(diào)自動化部張玉松介紹。談及水位監(jiān)測，他提到三峽自建的站點(diǎn)主要采用氣泡式水位計(jì)、雷達(dá)水位計(jì)和浮子水位計(jì)來完成水位的測量。
“至于降雨量的監(jiān)測，我們采用的是翻斗式雨量計(jì)。”張玉松領(lǐng)著記者登上站房屋頂，打開柱狀集雨桶，出現(xiàn)一個(gè)微型“閣樓”模樣的兩層裝置。
▲ 翻斗式雨量計(jì) 攝影：陳磊
“上層漏斗用于收集雨水，中間層是緩沖翻斗，而底層則是計(jì)數(shù)翻斗。翻斗的容量通常設(shè)定為0.1-0.5毫米。一旦雨水將翻斗裝滿，翻斗會因失衡而翻倒，這一動作會觸發(fā)脈沖信號并進(jìn)行計(jì)數(shù)，隨后被數(shù)據(jù)采集器接收，經(jīng)過處理便能轉(zhuǎn)化為準(zhǔn)確的降雨量數(shù)據(jù)。”
在防汛和電力生產(chǎn)等工作中，精確的水情預(yù)測預(yù)報(bào)無疑是一項(xiàng)至關(guān)重要的技術(shù)保障。三峽工程是長江防洪體系中的骨干工程，也是世界最大的水利樞紐工程。
張玉松介紹，水情遙測站不僅扮演著防洪的“哨兵”角色，還是水電生產(chǎn)的前沿陣地。
長江上游有多少降雨量，形成了多少徑流，河道斷面水位是多少，水庫入庫流量是多少……這筆“水賬”全靠水情遙測系統(tǒng)提供的情報(bào)來計(jì)算；三峽工程需要騰多少庫容，能開幾臺機(jī)組、發(fā)多少電，也要依靠精確的“水賬”提供支撐。
讓“千里眼”看得更遠(yuǎn)
由于遙測站分布較廣，部分站點(diǎn)偏遠(yuǎn)，為保障系統(tǒng)建成后的穩(wěn)定運(yùn)行、保證水文資料的可靠性、一致性和代表性，本著節(jié)約、共享的原則，三峽水情遙測系統(tǒng)建設(shè)管理采取與地方水文部門“共建共管、優(yōu)勢互補(bǔ)、資源共享、和諧發(fā)展”模式。
在本次巡檢中，記者隨同三峽梯調(diào)與地方水文部門共同組成的巡檢小組，前往貴州省畢節(jié)市威寧縣海拉鎮(zhèn)，探訪三峽水情遙測站最偏遠(yuǎn)站點(diǎn)——海拉雨量站。當(dāng)日，車輛從貴陽出發(fā)，先駛上高速公路，隨后轉(zhuǎn)入蜿蜒的國道，再過渡到崎嶇的省道，最終踏上盤山而上的鄉(xiāng)村公路。歷經(jīng)長達(dá)8小時(shí)的行駛，一行人終于抵達(dá)了距三峽工程遠(yuǎn)達(dá)1100多千米、海拔約2500米的海拉鎮(zhèn)。
▲ 三峽梯調(diào)水情遙測巡檢組正在校驗(yàn)雨量計(jì) 攝影：陳磊
為何三峽水情遙測站點(diǎn)要布設(shè)在如此遙遠(yuǎn)的云貴高原呢？
貴州省水文局水情預(yù)報(bào)處處長成小松告訴記者，三峽水庫的來水由長江上游所有干支流匯集而成，而干支流的水主要因區(qū)域降雨形成，要想掌握河流匯流量，就必須追溯源頭，了解每一片區(qū)域的產(chǎn)流量（即因降雨形成徑流的水量）情況。
三峽水情遙測系統(tǒng)站網(wǎng)圖上，代表站點(diǎn)的小紅點(diǎn)如星云般密布，每一個(gè)水位站、雨量站都宛如江河水位的“神經(jīng)元”，敏銳地捕捉著每一個(gè)細(xì)微的變化，并將這些實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)精準(zhǔn)地傳輸至三峽梯調(diào)。
長江委上游水文局水情預(yù)報(bào)室副主任熊金和指著那些星羅棋布的站點(diǎn)，如數(shù)家珍地介紹——
三堆子水文站，距下游烏東德水電站約192千米，是金沙江下游烏東德、白鶴灘、溪洛渡、向家壩梯級水電站的入庫總控制站，是世界最大清潔能源走廊的第一只“眼睛”；
寸灘水文站，位于重慶市區(qū)，防汛測報(bào)地位十分突出，是金沙江、岷江、沱江、嘉陵江與長江匯合后的水情控制站，其水文數(shù)據(jù)直接反映了長江上游水情變化，也是三峽工程入庫水沙控制站，為三峽工程提供實(shí)時(shí)的入庫流量數(shù)據(jù)；
武隆水文站，位于烏江下游，距長江、烏江匯合口約69千米，是三峽工程烏江流域水沙入庫控制站，其測驗(yàn)江段屬三峽工程庫區(qū)175米蓄水末端……
▲ 貴州茅臺水文站 攝影：陳磊
“這些遙測站所監(jiān)測到的水文數(shù)據(jù)，對于我們?nèi)龒{水庫的調(diào)度決策而言，具有重要參考價(jià)值。因此，我們稱遙測站為‘千里眼’。”張玉松說道：“近年來，我們不斷擴(kuò)大遙測站的覆蓋范圍，持續(xù)加大運(yùn)維力度，就是為了延長水情預(yù)報(bào)的預(yù)見期，同時(shí)提高預(yù)報(bào)的精準(zhǔn)度，讓‘千里眼’看得更遠(yuǎn)，看得更準(zhǔn)。”
據(jù)了解，目前三峽梯調(diào)預(yù)報(bào)斷面逐步覆蓋上游干支流主要站點(diǎn)及水庫，預(yù)報(bào)預(yù)見期已由過去2天延長到10天，三峽水庫更是實(shí)現(xiàn)30天的逐日過程預(yù)報(bào)，這意味著可以更準(zhǔn)確預(yù)測長江中上游流域未來30天內(nèi)每一天的降雨情況。
從信息流到效益流
在三峽梯調(diào)水資源部預(yù)報(bào)員的電腦上，記者再次見到了“千里眼”，那些千里之外的堅(jiān)守匯聚成無數(shù)個(gè)情報(bào)信號在屏幕中閃爍，為梯級電站群防洪、供水、生態(tài)、航運(yùn)、發(fā)電等提供重要參考。
▲ 三峽梯調(diào)中心宜昌調(diào)度大廳? 長江電力供圖
長江流域180萬平方千米內(nèi)，三峽集團(tuán)主要觀測范圍集中在中上游流域。除了覆蓋長江上游流域的水文預(yù)報(bào)系統(tǒng)，三峽集團(tuán)與國家氣象部門合作，構(gòu)建了具有省級氣象臺規(guī)模的氣象業(yè)務(wù)系統(tǒng)，由此便可以觀天測云、捕風(fēng)捉雨，再由雨知水，將雨情信息轉(zhuǎn)化為水流信息。
海量信息拿到手了，要怎么利用它進(jìn)行梯級調(diào)度呢？
“水庫梯級調(diào)度很復(fù)雜，它涉及防洪、航運(yùn)、生態(tài)、供水、發(fā)電等不同調(diào)度目標(biāo)間的平衡，還涉及不同管理主體之間的協(xié)調(diào)，既要考慮氣象、水文、上游電站的影響因素，還要考慮時(shí)間、空間尺度，因此，需要科學(xué)高效的水資源綜合利用決策支持系統(tǒng)來進(jìn)行調(diào)度優(yōu)化。”三峽梯調(diào)副主任鮑正風(fēng)說。
2022年起，三峽集團(tuán)自主研發(fā)流域梯級水資源管理決策支持系統(tǒng)，應(yīng)用大數(shù)據(jù)、機(jī)器學(xué)習(xí)等前沿科技，實(shí)現(xiàn)流域全信息集成、跨區(qū)域調(diào)度、多模型對比，通過不斷優(yōu)化梯級電站調(diào)度方案，持續(xù)提升流域梯級統(tǒng)一聯(lián)合調(diào)度核心能力，保障梯級樞紐綜合效益充分發(fā)揮。
▲ 三峽梯調(diào)水資源高效利用研究所正在進(jìn)行會商討論 長江電力供圖
“假如長江上游來了一場洪水，系統(tǒng)將通過對各站點(diǎn)上報(bào)的雨量、水位、流量數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總測算，據(jù)此進(jìn)行上游水庫群調(diào)度運(yùn)行模擬、洪水傳播模擬，分析下游關(guān)鍵斷面防洪需求、梯級水庫可使用的防洪庫容、并綜合考慮保障庫區(qū)移民生產(chǎn)生活不受影響等因素，針對性提出水庫調(diào)度建議方案，再利用預(yù)報(bào)調(diào)度評估體系進(jìn)行方案比選，最終確定該場次洪水的調(diào)度方案。”三峽梯調(diào)水資源高效利用研究所徐楊說。
江水浩渺，時(shí)而平靜如鏡，時(shí)而洶涌澎湃。山河之間，在現(xiàn)代科技力量的加持下，無數(shù)只“千里眼”全天候注視著長江的每一次起伏，守護(hù)它歲歲安瀾，永葆生機(jī)活力。
編輯：高錦濤 任賢 秦陽