强科技支撑迎汛期大考

　　7月16日0时起，全国进入“七下八上”防汛关键期。近日，习近平总书记在江苏考察时强调：各地区各部门要立足于防大汛、抗大旱、救大灾，坚持人民至上、生命至上，守土有责、守土负责、守土尽责，切实把保障人民生命财产安全放到第一位，强化灾害隐患巡查排险，提前做好各种应急准备，努力将各类损失降到最低。

　　近年来，我国防灾减灾科技创新工作不断取得新进展，防灾减灾能力明显增强。在全国防汛关键期，如何发挥好科技支撑作用？各地奋战在防汛一线的科技工作者这样说——

　　入汛以来，截至7月23日，全国发生20次强降雨过程，21个省份的279条河流发生超警以上洪水。

　　今年5月，我们秉持以“防”为主、“预”字当先的理念，重新整理了可能发生洪水的七大流域1296个重要水文断面的洪水预报方案，并将它们迁移至多源空间信息融合的洪水预报平台。这个平台刚刚投入运行，是中国洪水预报系统的更新迭代产品。它基于国产化云平台和微服务架构，可以利用知识图谱完成河系预报方案的快速构建和高速并行计算。同时，它采用新型全局优化算法，可以大大提高预报精度，延长预见期，缩短预报时间。相比20多年前，我们在洪水预报精准度和时效性方面都有了质的飞跃。

　　水文监测预报是水旱灾害防御的“尖兵”“耳目”。近年来，水利部加快构建由气象卫星和测雨雷达、雨量站、水文站组成的雨水情监测“三道防线”，着力下好防灾“先手棋”。第一道防线以获取大范围的天气信息、流域高分辨率面雨量监测和短临暴雨预警为目标，提早对中小河流洪水、中小水库安全度汛和山洪灾害防御进行预警。第二道防线以精准监测流域暴雨时空分布和面平均降雨量为目标，提高洪水预报精准度和预警有效性。第三道防线以洪水告警、工程调度等为目标，对可能发生的洪水进行精准预报，迭代预演水库、河道及堤防、蓄滞洪区的调度运用，为防御洪水提供精准支撑。

　　近年来，水利部加快构建以数字孪生流域为核心的智慧水利体系，加快建设数字孪生流域、数字孪生水网、数字孪生工程。利用遥感、物联网、5G等技术，在“水利一张图”上汇集98处蓄滞洪区、5万多条河流、9.8万座水库、9万多座水闸、11.3万处报汛站等水利对象，构建全国三级数据底板，全面融合雨情、水情、工情、险情等相关业务系统的监测、视频、预报、调度以及管理等多源信息，预演风险形势和影响，科学制定调度方案。

　　今年6月中下旬，珠江流域遭遇一场时间长、强度大的降雨过程，我们利用防洪“四预”会商平台自动生成几十套水库调度方案，为水利决策管理提供了有效支持。

　　每年汛期防汛，对我们来说都是一次大考。以往，我们主要结合天气预报，根据落地雨监测进行预警叫应，不但费时费力，还存在通知不及时、安排避灾转移时间短等问题。

　　今年以来，按照数字孪生水利建设要求，湖南全省加快建设、全面启用水旱灾害防御系统，依托24小时云计算分析，实现超前感知和智能推送洪旱灾害风险信息、值班员靶向叫应防御责任人、精准精益调度洪水等多重目标效果。

　　6月30日，保靖县、古丈县等地发生超历史强降雨。系统凌晨自动监控到降雨异常，发出了急促语音预警，值班员迅速按预警提示叫应相关县防御值班室，并利用系统对降雨加报站点半径10公里范围内病险水库进行定位，叫应巡查责任人40余次，发现5座水库溢洪，提示保靖县石家和古丈县芷潮两座水库可能有漫坝风险。最后，石家水库应急处险，洪水安然过境。

　　拦洪错峰是汛期水工程调度的重头戏。6月24日3时，省四水洪水预报调度模块通过云计算推送最新预报结果，预计湘江上游双牌水库26日0时将出现5000立方米每秒入库洪峰，坝前水位将超校核洪水位，形势危急。省水利厅根据预报分析，拟定调度方案并提请会商决策，4次精准精细调度双牌水库拦洪、削峰、错峰，6月26日5时，双牌水库出现洪峰流量4720立方米每秒入库洪水，坝前最高水位达到169.96米，低于正常蓄水位0.04米，洪水最终平稳过境。

　　以前，水工程调度人员就像会计，每次“算水账”都要对各种数据和表格进行人工计算分析，费时又费力；现在，得益于信息化手段，我们对汛情态势的超前感知和风险分析评估能力更强了。有了这个特殊的“值班员”24小时在线值守，我们有了更大的底气迎接大考。

　　每年汛期，江西发生山洪、泥石流、滑坡等次生灾害风险较大，防汛形势复杂严峻。2009年参加工作以来，我和团队就一直在探索，如何运用科技手段，让百姓少受洪水之苦。在一次次防汛实战中，我们的科研攻关成果得到了检验与提升。

　　2020年，鄱阳湖流域发生超历史大洪水，创有水文记录以来新高。我带领团队受命前往一线，通过高频次迅捷无人航空器区域组网遥感观测技术，启用20余架无人机开展组网观测，在10小时内完成鄱阳湖康山蓄滞洪区全域400多平方公里0.2米超高分辨率影像拍摄，快速获取了现场第一手资料。随后，我们又紧急转战永修县三角联圩溃堤现场，利用无人机搭载小型合成孔径雷达技术，对圩堤保护区内受淹范围进行洪水态势监测，动态展现了溃决淹没范围的陆面及水域情况，为洪涝灾情研判、险情处置等提供数据支持、提高决策效度。

　　山洪灾害是影响江西防洪安全的主要灾种之一。为摸清山洪灾害危险区分布底数，从2010年开始，我们团队跑遍全省1万余个行政村、3万余个自然村，在此基础上外延至21个重点城镇和168个重点集镇，全面掌握了全省9820个山洪灾害危险区人口和社会经济详细分布数据，构建了全省山洪灾害精细化数据库。在此基础上，我们紧盯山洪灾害防御关键技术瓶颈，探明了山洪灾害诱发机制，提出了比较精准的防治对策，实现了山洪灾害防御体系从无到有、从有到好的重大变化。让我们倍感欣慰的是，山洪灾害防治成效显着，全省因山洪灾害致死人数大幅减少。

　　我们还开展洪水风险图和超标准洪水防御预案编制，研发了江西省首套洪水风险动态模拟实时分析系统，推动防洪理念由“控制洪水”向“洪水管理”转变。

　　随着技术进步、观念更新，一批又一批科技利器被投入“战场”，不断提升防汛监测预警的精准度、抢险救灾的时效性，也让我们更有底气和信心守护百姓平安。

　　今年雨季到来后，我们每天都在紧盯天气变化，根据实测站点的降雨量和气象卫星的动态监测进行大数据分析，综合研判洪涝灾害发生的概率，提前72小时进行预警。

　　2017年，经过长期技术积累，我们的卫星遥感技术逐渐成熟，开始应用于农业生产领域。一开始，我们主要关注洪水对农业生产的影响，忽视了不同生长周期作物对天气的适应能力。后来，我们做防洪监测的时候，把作物生长情况也考虑进去，结合作物特征进行预警，努力把农业损失降到最低。

　　洪涝灾害损失评估也是我们工作的重要内容。洪涝发生后，依托“吉林一号”卫星，我们可以第一时间根据遥感监测信息对受淹范围、受灾作物以及受灾程度进行分析评价。通过卫星遥感传回的图像，我们可以直观看到洪涝发生情况。健康作物植株和受到灾害影响的作物植株在影像色调、纹理特征上有明显差异。例如，健康作物在影像中一般呈深绿色；受危害较小的作物植株呈浅绿色；而如果危害较大，造成作物植株死亡，则呈深黄色。数据结果为政府部门及时救灾提供支撑，也为保险公司理赔提供科学的、客观的依据。

　　刚开始投入使用时，光学卫星容易受到云雨和大雾的影响，看不清地表状况。我们把无人机和微波遥感卫星数据作为补充，提高了数据的稳定性。接下来，在抗洪评估的过程中，我们会进一步完善计算方法，对洪涝灾害的等级进行细致量化，从而更有针对性地救灾减灾，为守护农业贡献力量。

　　长期以来，由于缺乏先进的探测仪器，我们对局部山地与城镇等地形作用下，中小尺度气流能量蓄积、不稳定位势变化下暴雨形成机理的认识还不清楚。为此，我带领团队研发了局地气象高分辨率微波探测仪，建立了微波大数据驱动的降雨密集监测技术，探索出降雨精细化监测新途径，可有效提高防洪减灾与应急管理的现代化水平。

　　我们发现，电磁波在大气传输过程中，除了自由空间损耗外，还会受降雨、水汽、空气、降雪等介质的影响产生衰减效应，其中降雨的衰减效应尤为显着。我们利用大气中的衰减信号与降雨强度之间的关系，反向推演出微波链路网络覆盖范围内的降水强度分布。利用这个原理，团队开展微波信号雨衰特征反演和可变尺度的空间离散插值方法研究，成功获取了高分辨率实时二维降雨场。

　　结果表明，微波链路能够非常灵敏地感知到重大降雨事件，并成功捕捉各场次降雨的暴雨中心及降雨空间分布不均匀特征。以雷达监测降雨获得的二维雨量场为参照，微波反演得到的雨量场与雷达的相关性系数均高于0.9，有效提升了传统雨量场的时空分辨精度。

　　通过一系列科技手段我们团队成功搭建了基于空间网格化管理的无线微波降雨监测信息管理平台，并在我国南昌市、南京市、温州市以及国外瑞典、意大利、以色列和捷克等地进行了示范应用，效果良好。

　　下一步，我们计划扩大示范应用范围，深入研究不同天气影响下无线微波的时空衰减机理，探索野外天然和室内人工相结合的无线微波衰减观测实验方法，以最低经济社会成本实现水文气象环境要素密集获取与精准分析，并将创新成果拓展至能源、交通、农业、环境、市政等行业。

　　项目团队：光明日报记者 张胜、陈晨、禹爱华、龙军、胡晓军、李玉兰、王洋、任爽、姚亚奇、王斯敏 光明日报通讯员 薛斌、芦猛