筑梦世纪丰碑 镌刻水文华章

风雨沧桑三十载,春华秋实跨世纪。2024年12月14日,世纪工程三峡工程迎来开工建设三十周年。

30年来,三峡工程在防洪、发电、水资源利用、水生态保护等多方面源源不断发挥综合效益。长江委水文局筑梦三峡,为三峡工程规划、建设、运行等提供了科学的水文基础;与大国重器共进共荣,锻造了一支以维护安澜长江为荣的水文铁军哨兵,促进了水文新理论、新技术、新方法的发展和推广应用,为我国工程水文的研究和发展作出了重要贡献。

初心如磐

当好工程建设的“耳目”和“参谋”

上世纪50年代开始,长江水文人就开始有针对性地系统收集水位、雨量、流量、泥沙、水质等各类水文要素,并以科学严谨的技术手段,对收集到的水文资料进行整编,为三峡工程的建设和运行提供了最重要的数据“底板”。

截至1990年底,长江流域共有水文测站7003个(包括水质站),其中水文站823个,水位站456个,雨量站5106个,基本上控制了长江干支流水文变化情况,能够满足三峡工程规划设计的需要。长江委水文局在长江干流和主要支流共布设84个水文站、165个水位站、22个雨量站,水文站网基本满足了三峡工程规划设计科研的需要。

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长江委水文局工作人员开展导流明渠水文泥沙监测

为了弥补实测资料系列短、代表性不足的缺憾,增强稀遇频率的历史洪水对设计洪水的控制作用,长江委水文局开展了大量的历史洪枯水调查,搜集、调查、整理、考证及修正水文资料,考证了1870年洪水为1153年以来的首位,大大增加了洪水系列的样本容量。提出的洪水设计成果经多次延长复核基本稳定,保证了三峡工程的设计和安全运行,为三峡工程的防洪设计贡献了水文力量。在分区产汇流计算研究过程中,研究提出的“长办汇流曲线法”,成为广泛应用的产汇流计算及河道洪水演算的常规方法,并被写入高校教科书中及有关“规范”中。

泥沙问题是三峡工程可行性论证中的14个问题之一,贯穿于工程论证、设计、建设等各个阶段。长江水文人立足长远,自上世纪50年代起,就开始了对三峡工程泥沙问题的观测、分析和研究工作,广泛调查、重点突破,掌握了三峡入库泥沙来源、变化特征及主要影响因素,提出了三峡工程泥沙问题研究的基准水沙系列,为三峡工程泥沙问题研究及相关数值模拟、物理实验提供了合理可靠的水沙边界条件。

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开展三峡水库近坝区洪峰沙峰异步输移监测

中国工程院院士文伏波早年在接受媒体采访时表示:“长江三峡截流是一项系统工程,其设计、科研、试验均需依赖可靠的水文泥沙和河道观测资料……现代化的水文、泥沙监测系统是实时检验科研设计、提供现场指挥决策的重要依据,其意义重大,影响深远。”

三峡工程大江截流和导流明渠截流,长江委水文局在总结1981年葛洲坝工程大江截流水文监测技术、方法、经验等基础上,进行了大量的水文水力学分析研究工作,开展对截流期龙口水文水力要素、提前截流的水文及施工风险研究等,开创国内大型工程的截流风险研究先河,对指导截流按计划和设计进程进行具有重要意义。

1997年,在惊心动魄的三峡工程大江截流期间,200多名水文测报人员全力以赴,连续奋战60多个日日夜夜。率先引进声学多普勒流速剖面仪(ADCP),创建“截流水文监测系统”,并研制无人双舟、牵引操控平台、多芯通讯供电电缆、大功率卷扬机等设备,开拓性地实现了多项目、多断面、多要素全天候立体、连续水文监测,成功监测了截流龙口流速变化全过程资料,为确定最佳的截流时机和截流方案、科学地组织抛投、确保截流期长江大动脉的畅通立下不可磨灭的功劳。

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1997年11月戗堤强进占前夕,三峡大江截流龙口进行无人测船定位

2002年,三峡工程导流明渠截流在上下围堰强进占中,分流与截流水流流态极为复杂,龙口戗堤及上下游强烈的动边界条件,需要在落差大、泡漩多、水急浪高及戗头塌方的情况下,进行多次高精度的分流比测验,以掌握准确的分流比变化情况,风险高、难度大。据参与截流的长江委水文局工作人员回忆,“龙口处水文测量船上的工作人员连站立都很困难”。长江委水文局不辱使命,圆满完成水文测验、河道测量、水质监测以及资料整理等项目,为优选截流时机、优化截流设计、进行模型试验、监理及管理决策等方面,及时提供了大量准确可靠的水文信息,保障了截流的成功进行。

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2002年11月6日,长江委水文局现场监测人员庆祝三峡工程导流明渠截流成功



笃行不怠

支撑三峡工程发挥大国重器伟力

2020年流域性大洪水期间,长江委水文局提前预测长江5次编号洪水,为长江委精细调度长江上中游水工程联合运用赢得了先机。

长江安澜与大坝安全离不开水文气象预报。近年来,长江委水文局针对长江流域短中期水文气象预报、长期预测、智能预报方法等方面开展了研究,取得了显著成果——

长江流域水文气象预测预报作业体系不断完善。短中期水文气象预报精度提升,短期预报精度由80%提高到90%,预见期由1-3天延长到3-7天;长期水文气象预测能力长足进步,2019-2023年预测精度较2013-2018年进一步提升。

参与长江流域控制性水利工程综合调度关键技术与平台的开发,通过综合调度系统的建设,实现水工程群联合调度运行,保障全流域防洪安全充分发挥梯级水库群综合效益。

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在巴东建设的三峡水库水面漂浮蒸发实验站

与此同时,以准确预报、精准演算为前提,科学实施三峡水库汛期运行水位动态控制,谋求泄蓄之间的平衡,是赢得汛期防洪和汛后蓄水“双胜利”的制胜法宝。

长江委水文局在深入分析长江上游暴雨洪水特性以及干支流洪水遭遇规律的基础上,通过成因分析与数理统计相结合的方法,确定三峡水库前汛期、主汛期以及后汛期的分界点,为三峡水库汛期运行水位动态控制、特别是提前蓄水提供技术支撑。

2024年三峡水库水位消落期间,长江委于4月25日至29日和5月7日至17日分别实施了库尾减淤调度。长江委会同三峡集团公司组织长江委水文局及时开展减淤调度期间三峡库尾河段地形观测,实测资料表明,减淤调度有效恢复了水库防洪库容。自2010年开展三峡水库库尾减淤调度研究以来,长江委已于2012年、2013年、2015年、2019年、2022年、2024年成功组织开展了6次减淤调度实践。

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开展三峡电站过机泥沙监测

据介绍,三峡工程水文泥沙观测内容主要包括基础性观测和专题观测两大部分。前者以保证梯级水库正常运行与调度需要为目的,后者是为了解决水库运行调度中水文泥沙问题或回答社会关注的焦点问题。

面对660千米长的大范围库区河道和水库多目标功能需求的调度,长江委水文局解析机理、预测预报,完善了水库洪峰沙峰异步传播理论,首次实现了大型水库库区的泥沙准实时在线监测与含沙量预报;基于泥沙实时监测和预报技术,长江委水文局深入研究,构建了水库消落期库尾减淤、汛期沙峰排沙调度指标体系,丰富了水库“蓄清排浑”调度的内涵。

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开展三峡下引航道口门区水面流速流向观测

随着三峡工程进入管理运行期,长江水文原型观测与研究工作以水库运行调度及坝下游河段国民经济社会发展的需要为重点——增加了三峡水库上游干支流主要控制站泥沙实时监测段沙峰输移过程、过机泥沙等水库运行调度专题观测;开展变动回水区水流泥沙观测及相应研究;开展不平衡输沙观测和三峡水库泥沙冲淤观测关键技术与控制指标研究等。   

2011年起,长江委水文局连续13年开展三峡水库生态调度试验监测,在生态调度期间开展针对四大家鱼自然繁殖的生态调度水文要素监测及成果分析工作,分析得到了“四大家鱼”产卵的适宜性水文要素条件,并初步提出生态调度水文控制指标,为三峡水库精准开展促进四大家鱼自然繁殖的生态调度提供了科学依据。

航运方面,长江委水文局积极开展三峡升船机引航道往复流水位监测,寻找往复流产生原因,以此建立预测模型实现预警目标,保障航运安全。

自三峡工程2003年蓄水运行起,长江委水文局持续20余年定期开展水库和坝下游长程河道“体检”。不仅保障了水库安全高效运行,也为治江相关学科的发展和流域综合治理规划等奠定了重要基础。

三峡工程管理运行期间,长江委水文局开展系统全面、科学可靠的水文工作,为三峡工程的安全、高效运行提供了坚实有力的水文支撑。

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开展三峡水库生态调度试验水文水质水生态监测


数字赋能

助力三峡工程迈向智慧未来

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2024年12月6日,长江水文智算中心挂牌暨九派大模型发布

智慧化是提高三峡工程运行管理精准化、信息化、现代化水平的关键途径。长江委水文局党组书记、局长程海云说:“经过70多年的发展和创新,特别是‘十三五’以来,长江委水文局将智慧水文等理念逐步推广,并在部分区域开展实践,有效支持了水库库容智慧化管理。”

有效库容是水库最核心的生命指标,长期保持水库有效库容是支撑三峡工程永续利用的关键。长江委水文局深入调研、精打细算,打磨大型水库库容精算技术,明确了三峡水库库容变化及其主要影响因素,为水库库容长期保持提供了战略性的技术储备。

通过建设长江智慧水文监测系统、水文资料在线整编系统,强化测验、整编、展示全流程数字化升级;对原型业务全流程、管理全过程、服务全链条进行数智化升级,不断提高原型全要素生产率,开发了具有自主知识产权的梯级水库水文泥沙信息分析系统,开启了三峡水库智慧化管理的新篇章。

河道勘测方面,长江委水文局开展水库大水深测量技术研究,将水深测深精度提高了近10倍;开展库岸测量技术研究,很好地解决了山区型水库陡岸坡地的测量难题;开展三峡及上游大型水库泥沙冲淤观测控制性技术指标研究,保障了三峡库容量算的精准度。

精算“水账”,分毫必争。长江委水文局集多年努力迭代优化预报调度一体化业务体系,持续丰富发展“全流域、长河系”的预报方案和技术,构建了长江流域全河系1000多套方案,实现长江流域1000余个水文、水量、水质断面,111座水工程的多维、多尺度调控全覆盖;突破了高速运算的技术瓶颈,实现覆盖全河系主要控制站和水工程调度方案的“秒级”运算,极大提升预报调度一体化的时效性;采用预报体系组件式搭建技术,结合流域自适应参数、智能优化方法,快速构建流域水模拟体系,实现全流域分布式产汇流演进模拟,打造了“长江洪水模拟预报引擎”。

长预见期、高精度的水文水资源全链条的预报预警体系,夯实了“预”字当先的水雨情预报基石;“基于预报调度一体化的‘正逆向’高效互馈智能预演体系”“按需定制”调度方案,让水工程调控更加智慧;“预报预泄”“库容互用”“动态释放”——汛期运行水位动态控制成套技术助力实现水库群汛期水位“动态控制”;“综调系统”的多种新功能完成建设并投入试运行,磨砺了长江流域“御洪保蓄”利器。

每一项创新性成果、每一轮开拓性实践都大幅提升了长江水文“四预”能力,为长江流域综合科学调度指挥决策提供了强有力的信息化支撑。“面对流域水旱灾害多发重发频发突发新态势,肩负旱涝同防同治新要求,我们打出立体感知‘组合拳’,锻造预报调度‘杀手锏’,实现上中游、干支流预报区域全覆盖,汛前、汛中、汛末水文技术保障‘全周期’,洪、旱、涝、潮、沙、盐测报‘全要素’,7天×24小时水情监控服务‘全天候’,有力支撑了流域调度决策和防灾减灾救灾能力提升,成功应对了2020年流域性大洪水、2021年汉江秋汛、2022年流域性极端干旱和严重咸潮入侵,打赢了一场场水旱灾害防御水文攻坚战。”程海云说。

人工智能(AI)推流、走航和定点耦合、“正逆向”高效互馈智能预演等算法研究打通水文测报算“数据链”;汉口、沙市等数字孪生水文站陆续建成,丹江口库区“一张图”正式推出,数字孪生三峡库区与数字孪生长江平台实现集成……数字长江水文正为高质量发展赋能。从水文信息化、智慧水文到数字孪生水文,迈出了长江水文数字化转型的坚定步伐。

服务大国重器,建设安澜长江。长江委水文局将坚持以习近平总书记“节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力”治水思路和关于治水重要论述精神为引领,深入贯彻新发展理念,立足“四个水文”,协同推进“五大体系”建设,坚定不移推动高质量发展,更好服务治江事业和流域经济社会发展,为中国式现代化贡献坚实的水文力量。




来源:人民长江报