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今年我国强降雨过程多、历时长，江河洪水发生早、发展快，防汛形势严峻复杂。防汛备汛，“预”字当先，汛情监测预报预警至关重要。
“数字河流”上线、“空中哨兵”上岗、测雨雷达投用……今年汛期，各地加强“技防”力量，加快建设“智慧防汛”体系，为打赢现代防汛战提供有力技术支撑。
数字孪生预演洪水过程
在广西壮族自治区桂平市，大藤峡水利枢纽工程横卧于大藤峡峡谷出口弩滩处，它是珠江流域防洪控制性枢纽工程。
6月下旬至7月上旬，受连续强降雨影响，珠江流域西江上中游出现明显洪水过程，西江相继发生4轮编号洪水，大藤峡水利枢纽工程面临防洪压力与挑战。
在大藤峡调度中心，大藤峡公司水调工程师李颖紧盯着监控大屏。面对来势汹汹的洪水，一项新技术让她更有底气：“在今年防汛过程中，数字孪生水利发挥了重要作用。”
数字孪生水利是指通过大数据、云计算、人工智能等信息技术与水利业务深度融合，将江河湖泊、水利工程实时映射到数字世界，从而推演洪水演进趋势，有效支撑精准化决策。数字孪生大藤峡搭载了自主研发的“降雨—产流—汇流—演进”全链条预报调度模型。
大屏幕上显示着大藤峡工程流域及水文站信息，李颖仔细查看着实时卫星云图以及上下游水位、流量等情况。突然，降雨实况图中，柳江一带出现一抹紫红色，表明该区域出现了400毫米以上的特大暴雨，这意味着该流域即将出现新一轮涨水过程。
李颖根据最新气象水文数据，开始利用数字孪生模型推演涨水趋势。不到半分钟，模型便推算出，未来48小时洪水流量将涨至30000立方米每秒以上，防汛形势严峻。
调度中心立刻通知相关部门进行会商。会商过程中，李颖利用数字孪生模型对不同拦洪削峰调度方案进行了动态预演。预演结果显示，不同调度方案对相关区域和人员的影响差异较大。
参会人员就不同调度方案产生的安全风险及调度成效展开讨论，优选出最佳调度方案并及时与水利部珠江水利委员会沟通。在珠江防总统一指挥下，龙滩等上游水库提前拦洪，削减大藤峡入库洪峰；大藤峡水利枢纽精准控泄拦洪，有效减轻了西江中下游防洪压力。
“数字孪生水利有效推动了预报、预警、预演、预案‘四预’功能的实现。今年汛期应对西江干流4次编号洪水时，我们基本做到了对洪水提前10天预判、提前48小时准确判断涨水过程。”李颖说。
近年来，数字孪生水利建设持续推进，长江、黄河、淮河等七大江河加快构建数字孪生平台，有力支撑了流域防洪调度管理。
6月28日，长江2024年第1号洪水形成并持续发展演进，水利部长江水利委员会运用数字孪生行蓄洪空间平台研判后，对长江城陵矶河段嘉鱼县归粮洲（单退垸）进行“叫应”提醒。当地及时转移洲内人员，因早发现、早预警，有效降低了洪灾损失。
7月18日，渭河形成2024年第1号洪水。小浪底水利枢纽利用数字孪生系统，对水库水位、出入库流量变化情况，水库出沙时间、含沙量变化过程进行了推演，计算生成最优枢纽调度方案，为小浪底水利枢纽泄洪排沙做了充分准备。
无人机开启“全知”视角
7月3日上午10点，江西空中未来科技创新集团（简称“空中未来”）的办公室里响起急促的电话铃声。应急管理部门来电，请空中未来派出无人机飞行小组，前往江西省湖口县对长江堤防进行应急巡检。
6月底、7月初，长江江西九江段水位持续超过警戒线，威胁着堤防安全。接到任务后，空中未来无人机飞行小组立即赶往湖口县。
“前方没有路了！”飞行小组成员李抒锐坐在车上，望着面前被淹没的道路，眉头紧锁。此时距离目标圩堤还有4公里左右的路程。“我们过不去，但无人机可以。”李抒锐边说边下车，与同事一起将无人机放置在一处开阔地。
飞行小组操控无人机腾空而起，朝堤坝上空飞去。无人机按照预设航线飞行，到达堤坝上空后，开始多视角拍摄堤坝的照片和视频。
“通过这些照片和视频，我们发现部分堤坝水位过高，还发现了山体滑坡灾情。”李抒锐说，飞行小组将发现的情况报告给了应急管理部门。
无人机捕获的图像和视频实时上传至空中未来后方工作团队，他们将这些数据快速生成三维模型，经过去噪、坐标校准等一系列操作后，将最终的高精度三维模型传至应急管理部门。
“三维模型可以进行比例尺放大缩小、角度切换等操作，以便清晰查看堤坝的详细情况。”李抒锐说，模型还能将无人机上传的实时数据与历史数据对比，从而预判潜在风险，发现隐蔽险情，为汛情评估与应对策略的制定提供技术支撑。
多次参加无人机防汛任务后，李抒锐表示，无人机已成为监测汛情的“空中哨兵”，相较传统巡堤方式，无人机在机动性、安全性方面具有显著优势。
在防汛抢险一线，无人机以其高效、灵活、精准的特点，日益成为重要科技力量。
6月下旬，浙江省杭州市青山水库大流量泄洪期间，智能巡航无人机进行闸前盲区巡查、水库岸线比对、监控画面AI自动分析，让水库管理人员在中控室内“一屏掌控”库区情况。“无人机为我们开启了‘全知’视角，帮助我们收集到水库岸线淹没范围、泄洪闸门运行工况等第一手资料。”青山水库负责人说。
7月18日，在四川省合江县九支镇锁口水库上空，一架无人机匀速飞行，采集锁口水库三维倾斜摄影数据。无人机航拍采集的高清影像，将用于制作防汛减灾风险点VR全景图和三维实景建模。
7月28日，湖南省湘潭市易俗河镇四新堤发生决口险情。在抢险救援现场，工作人员操作测绘无人机，从上空对决口现场以及周边进行战术绘图，开展360度全景影像采集，为随后的封堵决口作业提供数据支撑。
测雨雷达监测“云中雨”
在位于北京市丰台区的永定河卢沟桥分洪枢纽附近，矗立着一座45米高的铁塔。铁塔顶端，一台水利测雨雷达匀速转动，每40秒扫描一圈，不间断地输出实况降雨数据。
今年汛期前，北京市水务局在北京永定河官厅山峡区间的白草畔、东大坨、卢沟桥建设了3部测雨雷达并组网应用，实现了永定河官厅山峡段监测“云中雨”全覆盖。
水利部水文首席预报员王琳介绍，传统的洪水预报系统主要基于对“落地雨”的观测进行洪水预报，预见期相对有限；而测雨雷达能监测“云中雨”，延长洪水预见期。
水利测雨雷达与传统的气象天气雷达也有明显不同。王琳介绍，测雨雷达观测的是地面以上至2公里高度范围内的近地面层大气中的液态水，而气象天气雷达观测的是地面以上至对流层顶、20—30公里高度范围内大气中的全部气象要素。测雨雷达在降雨监测的时间效率、空间分辨率、组网监测准确性和稳定性方面有着较为明显的优势，能为洪水预报提供更为全面可靠的数据支撑。
7月12日，北京市发生强降雨过程，3部测雨雷达组网监测效果初显。测雨雷达外推1小时和2小时降雨预报与实况降雨量相比，命中率分别达到82%和79%。
去年以来，各地加快在重要流域暴雨洪水集中来源区、重大水利工程、山洪灾害易发区先行建设一批测雨雷达，精准监测和预报雨情水情。
在四川省芦山县龙门镇一处高山上，一个球形设施引人注意。这是四川省首部建成投用的测雨雷达。降雨云体的三维结构、降雨强度等信息被测雨雷达探测到后，实时传输至芦山县水利局防汛值班室的电脑屏幕上。2023年8月，芦山县利用水利测雨雷达精准预测山洪，提前预警转移危险区群众100余人。
今年入汛以来，湖南省根据水利测雨雷达雨量监测和预报情况，有效发布致洪致灾风险短信预警，成功预警金井河、圭塘河等中小河流水位变化情况，为水利部门决策抢占先机。
王琳表示，下一步，水利部将重点推进测雨雷达在中小河流、暴雨洪水易发区的应用建设，充分发挥测雨雷达“云中雨”监测能力，进一步延长洪水预报预见期、提高预报精准度。（潘旭涛 张尤佳）
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