棉花滩水库开闸泄洪。（福建省水利厅供图）
东南网7月18日报道（福建日报记者 陈旻 张颖 通讯员 谢玉丽 岳辉英 文／图）
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6月底，福建棉花滩水电开发有限公司收到了一封来自珠江防汛抗旱总指挥部的感谢信。信中说，6月16日至18日，韩江流域发生1964年以来最大洪水，关键时刻，棉花滩水库充分发挥防洪关键作用，成功避免汀江和梅江洪峰遭遇，最大限度减轻了韩江流域防洪压力，为下游低洼地区人员转移争取时间，最大限度减轻了下游防洪压力。
棉花滩水库如何腾库，如何拦洪、削峰、错峰，其背后有防汛调度专家队伍昼夜不休的演算研判，还有一个“数字大脑”在默默支撑。
与棉花滩水库一样，随着科技发展，现代的防汛工作已在数字技术的加持下成为一场科学有序的战斗。近年来，我省持续深化信息技术在防汛业务的应用，为防汛工作提供了前瞻性、科学性、精准性、安全性支撑。近日，记者走访多个部门，一探数字孪生、算法模型等“数字利器”如何为防汛安上“智慧大脑”。
“数字利器”助力“千库联调”
位于龙岩市永定区的棉花滩水库，总库容超20亿立方米，大坝位于汀江干流，下游1公里即闽粤省界。
今年6月，福建出现了入汛以来范围最大、持续时间最长的强降雨。6月16日上午，根据气象预报，汀江将有一轮强暴雨过程。
省水利厅经过研判，指挥棉花滩水库立即预泄腾库，将水位控制在167米上下，为后续的拦洪削峰调度，多预留出约8950万立方米的调洪库容。
6月16日14时，棉花滩水库入库流量开始起涨，入库洪水在短短10个小时翻了3番。
16日17时，根据上游雨情、水情、汛情发展动态，省水利厅预测汀江洪峰流量将超过20年一遇，第一时间向水利部珠江水利委员会汇报相关情况，并向广东省通报。
16日21时后，珠江防汛抗旱指挥总部接手棉花滩水库调度，至18日8时先后下达8份调度令，逐级加大泄洪，全力拦蓄洪水，减轻下游防洪压力。
在这惊心动魄的两天里，棉花滩水库遭遇超百年一遇洪水，出库流量降为5年一遇，削峰率50．2％，有力保障了大坝和下游群众的安全。
不仅棉花滩水库，水口、池潭、安砂、东溪等水库……在这一轮暴雨洪水防御中，防汛调度专家通过试运行的福建数字孪生防汛平台，为多座大型水库的精准调度、安全度汛提供了重要决策支持。
该防汛平台是如何运转的？近日，记者来到福建孪生防汛平台的设计建设单位——福建省水利水电勘测设计院有限公司（以下简称“省水电设计院”）的数字水利设计研究所一探究竟。
打开数字孪生防汛系统，全省所有河流水系，3565个水库，1万多个水文、山洪、雨水情监测站的实时数据都汇集在屏幕中的地图上。点击每个水库节点，当地实时雨情、水情、历史洪水与调度方案等讯息一目了然。
水库大坝是流域防洪工程体系重要组成部分，是保障水安全的“重器”。科学调度水库，一直是防汛中的重大考验。
“水库调度不仅需要考虑单个水库的运行和管理，更要深入考虑梯级间的水流调度、相互影响以及联合防洪、发电等协同管理。”省水电设计院规划处主任工程师陈敏介绍说，汛情来临前要预泄腾出库容；在防汛关键时刻要为下游拦住洪峰，综合考虑整个流域梯级水库、沿岸城镇的安全等多种因素；还要考虑为汛后的用水留住必要水源。“水库何时开闸放水、开几孔闸门、放多少水量，是门大学问。”
随着近年来“数字孪生水利”建设的开启，我省开始通过数字孪生技术提升防汛智慧化水平，建设“两全三算四预八联动”的数字孪生防汛（千库联调）系统，在传统调度与专家经验基础上，水库调度数字化程度得到拓展提升。
跨层级、跨区域、跨系统、跨部门、跨业务，这是一个基于海量数据、高度复杂集成的大系统。
“这个系统以福建省防汛指挥决策支持系统、数据底板与水利一张图、江河洪水预报系统、河道水面线推算系统、大型水库洪水预报系统、福建省大型水库报汛系统、中小水库洪水防御数据备案系统等为支撑。”省水电设计院数字技术研究院软件开发室副主任申友汀介绍说，这套系统整合数据服务、算法模型、知识研判等，并补充完善洪水预报、水资源配置、水库调度等模型。
他现场作了演示，假设金溪上游发生暴雨，洪水从上游大型的池潭水库，一路汇集支流水量，到达将乐县。输入模拟雨量后，根据雨情和气象降雨预报网格，系统快速生成暴雨影响区范围，一键筛选出影响区范围内的库堤闸站、在建水利工程、水利风景区、“头顶一盆水”的小水电站等水利工程风险清单，自动统计分析生成数据文字汇报，送往防汛抗旱指挥部，预警提醒各县市水行政主管部门加强洪水防御措施，通过专家分析研判快速生成防洪联合调度方案。
针对生成的不同调度方案，系统预演了在各方案下各水库的涨落情况、下游的受影响程度；并预演、制定出水库前期的预泄措施、中期拦蓄洪峰等调度策略；生成了沿岸县城的淹没情况模拟图。
“比如在此模拟调度方案中，将乐水文站水位到达153米，洪水流量为每秒6930立方米，可能影响到的建筑有160处，这些建筑的群众需要转移或采取防洪措施。”申友汀亮出了调度方案生成的三维立体的仿真模拟图，沿岸每个村庄、楼房、道路和岸段防洪标准一目了然。
“最终，根据各方案的模拟结果，系统通过精准演算、比对分析、动态调优，选择出兼顾上下游安全的优化调度案，为水库调度决策和防汛减灾工作提供了有力支持。”陈敏说。
还在建设中的数字孪生防汛系统已收到较好成效。预计明年，该系统将更加优化，最终实现我省洪水防御“库堤闸站联动，上下游干支流联动，城内（防涝）城外过洪联动”，水资源调配“补水过洪联动，放蓄水联动，防汛抗旱联动，发电供水联动”，水工程管理“已建在建联动”。
“千里眼”实时监测雨水情
“数字大脑”的思考，需要海量数据所建成的数据底座。打通雨水情、水利工程数据链条，实时掌握流域内的水库、堤、闸、站的工情水情，加上不断加密的气象信息，这些都为防汛精准计算提供支撑。
而在“八山一水一分田”的福建，众多中小型水库位于山高路远的偏僻之处。汛情来临时，相关的数据收集和安全监测是如何实施的？
近日，记者来到6月强降雨中全省最大雨量所在地——南平建阳区。
建阳区水利局副局长邱彪应还清楚记得那时的紧张。6月15日18：05，正在区防汛抗旱指挥部值守的他，收到了数字孪生防汛系统生成的城镇洪水淹没风险预演模拟图片。图片显示，在建阳区的麻阳、崇阳两溪交汇口，有一片标红的区域可能上水。
“预测上水区域涉及潭城、宝山、童游等3个街道，我第一时间将图片发给区防汛抗旱指挥长，并在指挥长授权下，点对点联系街道转移群众。”邱彪应说，24小时内，涉及区域群众转移完毕。6月18日，被标红的区域全部上水，但群众提前安全转移了。
精准预测、安全度汛，与全覆盖的雨水情监测数据密不可分。
来到崇泰街道赤岸村的林后水库，记者看到，这个小（一）型水库的土质大坝上，设有翻斗式雨量计、压力式水位传感器、大坝渗压计、高清摄像机等，实时发送着监测数据。
建阳区水利局局长翁建义介绍，全区共有62座水库，去年总投资700多万元，在今年汛期来临前，实现了雨水情及大坝安全监测设施全覆盖，并采用“前端数据采集监测站＋县（市）级监测平台数据中心＋省级监测平台数据中心”的架构，将雨水情测报数据、视频图像信息、大坝安全监测等数据接入不同的省级平台。
在建阳区水利局水旱灾害防御值班室，4台电脑屏幕上信息实时滚动。其中，在建阳区山洪灾害预警平台上，可以看到接入的建阳区所有小型水库雨水情测报数据；在建阳区视频监视系统平台上，则可以看到建阳区所有水库的视频监控实时图像。
监测预警、调度支持、安全保障、信息化管理……汛期来临，这些数字“千里眼”发挥了多重作用。
未建成监测系统前，水库靠的是人工巡查。“59座小型水库分布在建阳区的15个街道乡镇中，大多数的水库位置处于深山当中，除了巡查人员定期巡查外，日常时间人迹罕至，汛期时道路还常被冲塌，巡查人员难以抵达。”建阳区水利局水利工程运行管理股室负责人吴文琦告诉记者，通过雨水情测报系统，可以实时监测每座水库的降雨量、降雨强度、降雨时段等详细信息，以及水库的水位等水文要素；监测若发现有洪水超警，就自动警示，通知相关单位；可实时传送水库蓄水情况、水量变化趋势，为水库的合理调度和有效管理提供了翔实的数据基础；通过系统中的变形监测、渗流监测等多个模块，可及时了解大坝的工作性态和可能的事故隐患。
这些“千里眼”为建阳区的水库洪水预报、江河洪水预报及山洪预报的预见期提前提供了科学依据，预报精度也得以提高。据了解，全省小型水库雨水情测报和大坝安全监测设施建设，正在按“一县一方案”加快推进中。至目前，全省已完成小型水库雨水情测报设施建设3060座，大坝安全监测设施1486座，分别占全省小型水库总数的91．5％和44．5％，力争今年完成大坝安全监测设施建设430座，年底前实现雨水情测报设施全覆盖。
智能算法推动气象精准预报
防汛“一盘棋”，气象服务是“先手”。
在6月份与强降雨的较量中，气象预报在“准”与“效”上经受住考验，暴雨红色预警100％“命中”，平均提前86分钟，最大程度保障人民群众生命财产安全。
“根据气象信息，未来24小时明溪县累计降水量将超过50毫米，立即加强地质灾害隐患点和高陡边坡、易发泥石流沟口等地的巡查。”6月12日17时，三明市明溪县自然资源局、气象局联合发布地质灾害气象风险预警，雪峰镇城东村村民赖锦清一家三口被转移安置。当日18时30分，房后发生塌方，巨石滚进房屋。
一个半小时内，准确、及时转移危险地带群众，且无人员伤亡，“1262”（提前12小时、6小时、2小时发布精细到乡镇的强降水预报预警）气象防汛联动机制，在这场持续性强降水中成功发挥了避险的关键作用。
早在6月7日，省气象局就报送了决策服务材料，准确预测了未来10天的过程降雨量；6月9日11时，省气象局发布重要天气预警报告。从6月9日开始，省防汛抗旱指挥部每天组织会商研判强降雨形势和影响，连线调度重点地区，部署防范应对措施，统筹安排应急资源，科学调度水库。截至6月15日，省防汛办根据“1262”乡镇精细化预报，累计发出风险提示函12份。
这些数字的背后，是气象的精密监测与智能精准预报能力。
省气象局首席预报员吴启树介绍说，我省在全国率先建成智能网格预报系统，灾害性天气精准防御能力全面提升，目前已经实现全省平均8公里、重点灾害防治区域6公里、重点城市3公里的监测站网布局。“这些观测布局，让预报网格空间分辨率可精细至2．5公里，重点区域分辨率达1公里，短时强降水和雷雨大风预报准确率提升20％以上，暴雨预警信号提前量达60分钟。”
在立体特征明显、海陆差异显著的福建，仅依靠传统预报方法难以如此精准。
2013年，我省启动精细化气象格点预报业务建设，着手研发多尺度、多来源的主客观预报产品融合算法，落地使用温度、降水等客观预报产品，克服传统预报方法误差难题。
2015年，第一届全国青年运动会在福建举办，省气象局为青运会量身打造了气象业务保障机构——青运气象台。其中，逐小时多要素的多场馆精细化预报服务产品（FZ－ecmos）成为青运会预报制作的首要参考产品。“整个赛事期间，该产品得到很好运用，10月低温平均绝对误差低于0．8摄氏度，高温平均绝对误差低于0．9摄氏度，晴雨准确率高达90％以上。”吴启树回忆道。
客观预报准确度首次超过人工预报，省气象局由此组建智能网格预报相关研发团队，确立以国产模式“福建OTS算法”作为迭代开发的核心预报技术。
近10年来，吴启树带领团队，持续迭代研究最优训练期、最优分级订正等20多种方案，不仅可以实现模式、雷达等多元资料一分钟快速融合处理，而且推出的极速外推分钟级短临预报算法，实现了0至2小时短时临近预报的自动化。相关成果被20余个省、市气象部门学习、借鉴或引进。
检验表明，在这一算法的支撑下，近10年我省24小时晴雨、暴雨、低温、高温预报准确率分别增长7％、5％、6％、10％。
2023年，在第三届全国智能预报技术方法交流大赛中，我省包揽了团体和降水、气温、强对流三个单项第一。
同时，该团队以智能网格预报编辑平台为支撑，集约创建了省市县一体化无缝隙预报预警系统，实现了常规要素预报自动生成、灾害性天气预报员快速介入，以及精细化预报预警产品的高效显示、智能制作和快速分发。
每一次的天气过程都是不一样的，这意味着每次气象预报都是新的挑战。吴启树坦陈，预报精准性稳步提升，离不开监测能力的提升。目前，我省已经分布超过2000个气象观测站，构建山海一体的气象观测基地布局；全国首部最先进的大型相控阵天气雷达落户闽侯；建成10部新一代天气雷达、22部风廓线雷达，距地1公里雷达探测覆盖率提升至73．48％。
“以前站点少，预报有时看运气及对少数单一站点的把握。如今智能网格预报准确率总体稳定，稳中有升。我们应该把关注的重心放在天气过程技术的总结、复盘和智能算法的提升中。”吴启树说，尽管准确率难以达到100％，但随着科技创新，气象预报正朝着更好地“预知未来”这个目标而努力。
建阳区水利局工作人员吴文琦在查看林后水库各项检测设施。
省气象局智能网格预报技术重点创新团队领头人吴启树在分析天气形势。
福建省数字孪生防汛系统助力水库调度研判。
海洋气象自动浮标（受访单位供图）
位于闽侯的全国首部S波段双偏振相控阵试验雷达 张深寿 摄
