武漢市水務(wù)科學(xué)研究院（以下簡稱“市水科院”）圍繞市水務(wù)規(guī)劃咨詢研究，經(jīng)過多年的數(shù)據(jù)積累，形成武漢水空間一張圖平臺，集成5大類50小類約1628個屬性水務(wù)自然資源河湖水系與水務(wù)設(shè)施數(shù)據(jù)，并整合高清遙感、地理測繪等底圖資源，形成水務(wù)空間二維數(shù)據(jù)、重點(diǎn)區(qū)域三維數(shù)據(jù)的水空間一張圖體系。依托水空間一張圖，在洪澇模擬、遙感解譯、水質(zhì)模擬等領(lǐng)域進(jìn)行創(chuàng)新研究，實(shí)現(xiàn)了水務(wù)“預(yù)報(bào)、預(yù)警、預(yù)案、預(yù)演”四預(yù)的功能基礎(chǔ)。

(相關(guān)資料圖)

洪水預(yù)報(bào)可實(shí)現(xiàn)分鐘級頻次

3月24日，水利部發(fā)布信息稱，我國正式進(jìn)入汛期，較多年平均入汛日期（4月1日）偏早8天。據(jù)預(yù)測，今年汛期區(qū)域性、階段性旱澇重于常年，極端水旱災(zāi)害事件多發(fā)。

防汛歷來都是武漢“天大的事”，不斷提高防汛預(yù)警預(yù)報(bào)的科學(xué)性和準(zhǔn)確性，一直是市水科院科研團(tuán)隊(duì)努力的方向。日前記者獲悉，由市水科院研發(fā)的舉水流域洪水實(shí)時預(yù)報(bào)技術(shù)已正式投入使用，這將為武漢城市防洪安全再添一道防線。

市水科院規(guī)劃室負(fù)責(zé)人謝珊介紹，舉水流域位于湖北省東北部，自北向南流經(jīng)麻城、團(tuán)風(fēng)等縣市，于武漢市新洲區(qū)匯入長江。舉水干流全長170.4千米，流域面積4055平方千米，是長江的一條重要的跨市域支流。由于武漢位于舉水下游最末端，因此流經(jīng)區(qū)域受到上游來水影響較大。“上游發(fā)生多大的降雨，怎樣影響水位、水量，演進(jìn)到下游的武漢后，水位、水量又會產(chǎn)生多大變化，可能產(chǎn)生哪些災(zāi)害？”這些數(shù)據(jù)的預(yù)測預(yù)報(bào)，密度越大越好，精度越高越好。

謝珊表示，此前的預(yù)報(bào)多為不在線的趨勢預(yù)報(bào)，而市水科院舉水洪水預(yù)報(bào)模型采用IFMS軟件，由降雨徑流模塊、一維河網(wǎng)模塊和二維地表漫流模塊耦合而成。降雨徑流模塊采用新安江模型，用于各子流域產(chǎn)匯流模擬計(jì)算。

“一維河網(wǎng)模型用于徑流匯入河道之后的演進(jìn)過程模擬，包括沿程各斷面水位、流量和流速等。二維地漫流模型用于模擬舉水河沿岸邊重點(diǎn)區(qū)域和易淹區(qū)的洪水演進(jìn)的過程?！敝x珊表示，該模型的建立為中小河流的全流域洪水預(yù)報(bào)提供了基礎(chǔ)，并且為實(shí)時預(yù)報(bào)，最高可實(shí)現(xiàn)分鐘級預(yù)報(bào)。對于風(fēng)險(xiǎn)區(qū)的劃定、人員轉(zhuǎn)移線路的制定、防范預(yù)案的編制等，都具有更強(qiáng)的可操作性和指導(dǎo)性。

舉水流域洪水預(yù)報(bào)主界面

可像查天氣預(yù)報(bào)一樣查漬水預(yù)報(bào)

2021年7月20日，河南鄭州那場罕見的特大暴雨和隨之產(chǎn)生的巨大災(zāi)害，時隔近兩年依然是水務(wù)科學(xué)家們研究的對象。這場降雨如果發(fā)生在武漢，會導(dǎo)致怎樣的結(jié)果？我們應(yīng)該以怎樣的“底線思維”籌劃各項(xiàng)應(yīng)對措施？

早在當(dāng)年“7·20”后不久，市水科院“李敏工作室”團(tuán)隊(duì)就利用計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)模型，將鄭州那場罕見強(qiáng)降雨“搬”到了武漢，生成了武漢中心城區(qū)“鄭州7·20降雨”淹沒圖，發(fā)現(xiàn)結(jié)果并不樂觀，必須進(jìn)一步完善各類應(yīng)急預(yù)案。

市水科院副院長李敏介紹，他們基于鄭州“7·20”特大暴雨，利用水力模型，對武漢市中心城區(qū)內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行了定量分析，劃分了不同區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)等級，對重點(diǎn)防護(hù)對象，如醫(yī)院、學(xué)校、養(yǎng)老院、地鐵、下穿涵洞、排澇泵站等進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)識別。

同時，通過對武漢市直排型水系、調(diào)蓄型水系退水過程的分析，來預(yù)測調(diào)蓄型湖泊在不同工況下的最高水位與各水系退水時間，最后從標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)內(nèi)澇防治體系、超標(biāo)內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)急觸發(fā)條件分析、重點(diǎn)防御措施等方面提出應(yīng)對極端暴雨內(nèi)澇的策略。

李敏表示，對于普通百姓而言，這項(xiàng)研究也十分有意義?！氨热?，基于武漢水空間一張圖，我們正在部分區(qū)域開放查詢試點(diǎn)漬澇情況，某個點(diǎn)位淹水的深度、流速、風(fēng)險(xiǎn)等級等信息都可以方便地查詢，就像我們現(xiàn)在查看天氣預(yù)報(bào)一樣。”

武漢中心城區(qū)模擬“鄭州7·20降雨”淹沒圖

更快捷更精準(zhǔn)的流域內(nèi)澇調(diào)度

武漢是著名的百湖之市，市域范圍內(nèi)有大小166個湖泊。市水科院水環(huán)境工程師符韻介紹，江南片區(qū)的城中湖，大多具有調(diào)蓄功能，在汛期面臨強(qiáng)降雨時，這些城中湖預(yù)先降低水位，承擔(dān)著重要的削峰分流作用。然而，預(yù)降水位是個準(zhǔn)確性要求很高的技術(shù)活，不能簡單憑經(jīng)驗(yàn)任意調(diào)度?！八唤档蒙倭?，可能裝不下雨水，造成漫溢內(nèi)澇。水位降得多了，可能會造成水體藍(lán)藻水華暴發(fā)?！?/p>

市水科院通過東沙流域內(nèi)澇預(yù)警及精細(xì)化風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測技術(shù)，能夠?yàn)闁|沙湖流域的防汛排澇提供預(yù)報(bào)預(yù)警數(shù)據(jù)，支撐精細(xì)化防汛調(diào)度管理。據(jù)介紹，該技術(shù)建模總面積約184.2平方公里，其中東湖匯水區(qū)約112.5平方公里，沙湖匯水區(qū)約6.78平方公里，楊春湖匯水區(qū)約4.02平方公里，其它匯水區(qū)約60.9平方公里。通過采用IFMS/Urban模型，構(gòu)建東沙湖流域洪澇預(yù)報(bào)預(yù)警模型，經(jīng)過一系列計(jì)算，可以精確生成預(yù)降水位的時間和高度，為決策提供科學(xué)數(shù)據(jù)的支持。

符韻表示，在東沙湖流域洪澇預(yù)報(bào)預(yù)警模型的基礎(chǔ)上，通過采用1米×1米的激光雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)細(xì)化了水果湖、茶港片區(qū)的模型?！霸撃Ｐ偷臉?gòu)建區(qū)別于城市水系大尺度內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)的識別，實(shí)現(xiàn)了城市敏感區(qū)細(xì)化至建筑邊界、道路區(qū)間的內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)識別技術(shù)的突破；并為靜候細(xì)化研究坡面流速、漬澇深度組合對于行人、車輛的定量研究提供了數(shù)據(jù)支撐；為漬澇點(diǎn)的精準(zhǔn)預(yù)防、行泄通道的組織提供了依據(jù)?！?/p>

水果湖區(qū)域雨水徑流圖

遙感技術(shù)讓填占湖泊行為無所遁形

隨著生態(tài)環(huán)境被擺在越來越重要的位置，湖泊的保護(hù)也成為公眾關(guān)注的一大焦點(diǎn)。隨著河湖長制的不斷深入推進(jìn)，官方河湖長聯(lián)手民間河湖長定期開展巡湖，守護(hù)良好生態(tài)的同時也保障湖泊岸線不被侵占。

但在遠(yuǎn)郊的深山老林內(nèi)，人工巡湖通常很難覆蓋，此時，基于高分辨率遙感的河湖岸線智能分析模型就派上了用場，不但成為無人巡查湖泊的守護(hù)者，對于有人巡查的湖泊，也成為河湖長巡湖的得力助手。

市水科院遙感工程師鄧實(shí)權(quán)介紹，針對深度學(xué)習(xí)模型在岸線監(jiān)管上應(yīng)用的限制，基于深度學(xué)習(xí)模型的遙感影像岸線目標(biāo)檢測方法，可利用不同時期的高分辨率遙感影像數(shù)據(jù)，智能識別河湖庫管理范圍內(nèi)建構(gòu)筑物及其變化情況，輔助河湖庫岸線管理、違章違法行為監(jiān)測識別、水域空間變化研究等，為提高河湖岸線的高效監(jiān)管提供技術(shù)支撐。對于圖像中出現(xiàn)的建筑物、網(wǎng)箱等變化，系統(tǒng)能夠自動識別并分析預(yù)警，精準(zhǔn)判斷河湖岸線出現(xiàn)的細(xì)微變化，并將相關(guān)證據(jù)提供給執(zhí)法人員。

水體岸線監(jiān)測模塊

此外，遙感技術(shù)還可以提供多尺度、多光譜、多平臺的藍(lán)藻水華信息，并反映其時空特征，對分析藍(lán)藻水華暴發(fā)規(guī)律具有重要意義，這已在藍(lán)藻水華監(jiān)測中得到廣泛應(yīng)用。