數(shù)字孿生聯(lián)手空天遙感！科技“防護(hù)罩”抵御“北江2號(hào)”

4月16日起，廣東遭遇4月份最強(qiáng)降雨。特別從17日20時(shí)至23日20時(shí)，北江流域普降暴雨到大暴雨，累積降雨量達(dá)307.7毫米。受強(qiáng)降雨影響，北江流域形成2024年第2號(hào)洪水并發(fā)展成特大洪水。

我院利用數(shù)字孿生與空天遙感技術(shù)實(shí)戰(zhàn)支撐了北江2號(hào)洪水智能調(diào)度與災(zāi)情監(jiān)測(cè)。

在流域?qū)用嫱瓿蓴?shù)據(jù)資源和模型算法整合的數(shù)字孿生北江，再次投入北江流域調(diào)度中心的實(shí)戰(zhàn)化應(yīng)用中，發(fā)揮了“預(yù)報(bào)預(yù)警-工程調(diào)度-河道演進(jìn)-風(fēng)險(xiǎn)研判-預(yù)案執(zhí)行”的防洪”四預(yù)”體系功能，實(shí)現(xiàn)了全要素監(jiān)視分析、實(shí)時(shí)滾動(dòng)超前預(yù)報(bào)、水工程聯(lián)合調(diào)度、多要素風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、智能化預(yù)案推選，為2號(hào)洪水的防汛指揮提供了重要支撐。

北江流域調(diào)度中心2號(hào)洪水調(diào)度會(huì)商現(xiàn)場(chǎng)

預(yù)報(bào)-調(diào)度實(shí)戰(zhàn)過(guò)程

數(shù)字孿生北江在2號(hào)洪水中首先利用接入的氣象降雨數(shù)據(jù)，逐小時(shí)開展預(yù)見期為72小時(shí)的洪水滾動(dòng)預(yù)報(bào)，提前兩天半預(yù)報(bào)北江將發(fā)生特大洪水。

19日17時(shí)，基于當(dāng)時(shí)的氣象降雨，水文模型劃分的17個(gè)產(chǎn)流區(qū)間有14個(gè)在之后48小時(shí)的預(yù)報(bào)面雨量超過(guò)200mm，滾動(dòng)預(yù)報(bào)結(jié)果顯示石角站22日洪峰流量19300立方米/秒，達(dá)特大洪水級(jí)別。

在北江流域調(diào)度中心分析流域面雨量數(shù)據(jù)

19日17時(shí)自動(dòng)預(yù)報(bào)石角站流量成果

隨著降雨和水情的快速變化，數(shù)字孿生北江持續(xù)開展預(yù)報(bào)作業(yè)，并通過(guò)工程不攔蓄、規(guī)程調(diào)度、聯(lián)合優(yōu)化等三種調(diào)度模型，在數(shù)分鐘內(nèi)完成水庫(kù)按規(guī)則調(diào)度、按調(diào)令控泄、按聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度等多種方式的模擬計(jì)算。

數(shù)字孿生北江在開展調(diào)度計(jì)算時(shí)，除了能開展按控制水庫(kù)出庫(kù)的正向調(diào)節(jié)，還實(shí)現(xiàn)了保證韶關(guān)、英德和石角安全水位/流量下的上游水庫(kù)反向調(diào)節(jié)，為防汛調(diào)度會(huì)商提供了重要決策依據(jù)。

20日21時(shí)，對(duì)英德站能否通過(guò)工程調(diào)度將水位控制在33米的決策要求，采用規(guī)則調(diào)度模型進(jìn)行模擬。通過(guò)預(yù)演發(fā)現(xiàn)因英德上游有調(diào)度能力水庫(kù)已全部啟用控泄，除非后續(xù)無(wú)降雨，已無(wú)法將英德站水位控制在33米以內(nèi)。若考慮預(yù)報(bào)降雨，英德站水位將會(huì)超過(guò)33.5米，但不會(huì)超過(guò)35米的漫堤水位。

20日22時(shí)，重點(diǎn)分析研判樂(lè)昌峽庫(kù)區(qū)在21日凌晨強(qiáng)降雨影響?；诋?dāng)時(shí)預(yù)報(bào)降雨，庫(kù)區(qū)24小時(shí)面雨量會(huì)達(dá)到200mm，預(yù)報(bào)樂(lè)昌峽入庫(kù)洪峰流量會(huì)達(dá)到3500立方米/秒以上。因此，21日凌晨需要密切關(guān)注樂(lè)昌峽雨情變化，及時(shí)將樂(lè)昌峽水庫(kù)調(diào)整為騰庫(kù)泄洪狀態(tài)。（注：后續(xù)因冷空氣南下影響，21日降雨有明顯減弱，樂(lè)昌峽樞紐洪峰流量為2700立方米/秒）

20日22時(shí)氣象預(yù)報(bào)樂(lè)昌峽庫(kù)區(qū)面雨量數(shù)據(jù)

21日午后，在雨勢(shì)基本穩(wěn)定和停歇，洪峰已進(jìn)入飛來(lái)峽庫(kù)區(qū)的關(guān)鍵時(shí)刻，數(shù)字孿生北江對(duì)飛來(lái)峽入庫(kù)流量進(jìn)行了精準(zhǔn)預(yù)報(bào)。

21日16時(shí)，預(yù)報(bào)飛來(lái)峽22日4時(shí)入庫(kù)洪峰18100立方米/秒，其中22日2時(shí)入庫(kù)流量就達(dá)到18000立方米/秒，洪水過(guò)程比較矮胖。飛來(lái)峽實(shí)際洪峰出現(xiàn)在22日3時(shí)，洪峰流量為18900立方米/秒，預(yù)報(bào)洪量與峰現(xiàn)時(shí)間與實(shí)測(cè)基本一致。

21日16時(shí)飛來(lái)峽入庫(kù)流量預(yù)報(bào)成果

基于洪水預(yù)報(bào)結(jié)果，采用聯(lián)合優(yōu)化模型進(jìn)行模擬，對(duì)確定的飛來(lái)峽控泄調(diào)度目標(biāo)——飛來(lái)峽按出庫(kù)比入庫(kù)少1500立方米/秒、下游石角站流量不超過(guò)18300立方米/秒（不超過(guò)50年一遇），結(jié)合飛來(lái)峽動(dòng)庫(kù)容曲線，開展“正算”和“反算”調(diào)度計(jì)算。模擬結(jié)果為飛來(lái)峽壩上水位上漲變幅為2.34m，石角站洪峰流量為17200立方米/秒，可不啟用潖江蓄滯洪區(qū)。經(jīng)飛來(lái)峽樞紐控泄后，石角站實(shí)際洪峰流量為18100立方米/秒（未超過(guò)50年一遇）。

流域?qū)用娑嘣磾?shù)據(jù)融合催化效應(yīng)

數(shù)字孿生北江在2號(hào)洪水期間，除了在預(yù)報(bào)調(diào)度方面發(fā)揮強(qiáng)大作用外，其在數(shù)據(jù)底板構(gòu)建方面的扎實(shí)工作，特別是流域?qū)用娴亩嘣磾?shù)據(jù)整合拓展了防洪決策的場(chǎng)景，也有力提升了防御決策能力。新建和匯聚了北江流域4323個(gè)雨水情站點(diǎn)，832個(gè)視頻點(diǎn)位，重要水庫(kù)閘門開度、水工程安全運(yùn)行等數(shù)據(jù)。上可掌握湖南境內(nèi)雨情和水情，下可查看蘆苞涌和西南涌分洪流量、北江大堤安全運(yùn)行狀態(tài)等；超警水文站、超汛限水庫(kù)、重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域等有實(shí)時(shí)監(jiān)控視頻隨時(shí)查看；水庫(kù)是否按照調(diào)令運(yùn)行通過(guò)閘門開度進(jìn)行監(jiān)控等。

北江2號(hào)洪水22日03時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)視頁(yè)面

飛來(lái)峽樞紐閘門控泄運(yùn)行監(jiān)控

基于水面線分析洪水淹沒(méi)區(qū)域

北江2號(hào)洪水實(shí)戰(zhàn)化應(yīng)用不僅再次驗(yàn)證了數(shù)字孿生北江在洪水預(yù)報(bào)-調(diào)度一體化模擬分析方面的準(zhǔn)確性，凸顯了數(shù)字孿生技術(shù)在賦能流域防洪方面所蘊(yùn)含的巨大潛力與無(wú)限可能，更堅(jiān)定了我院進(jìn)一步深化建設(shè)數(shù)字孿生北江任務(wù)的信心與決心。

4月21日上午7時(shí)，我院派遣航測(cè)組前往受災(zāi)嚴(yán)重的英德大站鎮(zhèn)、英城鎮(zhèn)及波羅坑開展緊急航測(cè)和測(cè)繪工作，航拍記錄了受淹道路和房屋情況。隨著洪峰于22日到達(dá)飛來(lái)峽一帶，航測(cè)組繼續(xù)在潖江蓄滯洪區(qū)的江口圩和大廠圍等地進(jìn)行無(wú)人機(jī)監(jiān)測(cè)，拍攝正射影像圖和地理視頻。這些現(xiàn)場(chǎng)災(zāi)情資料實(shí)時(shí)回傳至數(shù)字孿生北江系統(tǒng)，供防汛決策部門和專家掌握洪水動(dòng)態(tài)。

大廠航測(cè)現(xiàn)場(chǎng)情況（2024.4.21）

江口圩現(xiàn)場(chǎng)航拍情況（2024.4.22）

叔伯塘圍和大廠圍正射影像圖（2024.4.21-4.22）

數(shù)字孿生北江系統(tǒng)實(shí)時(shí)展示現(xiàn)場(chǎng)災(zāi)情

我院緊急獲取了4月13日、20日和21日高分三號(hào)SAR衛(wèi)星遙感影像，并采用RS、GIS與AI技術(shù)分析對(duì)北江干流及連江沿岸的主要受災(zāi)區(qū)進(jìn)行了深入解析，制作了洪水淹沒(méi)專題圖。此外，結(jié)合我國(guó)第一次全國(guó)自然災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)普查的承災(zāi)體公里格網(wǎng)數(shù)據(jù)，我們?cè)敿?xì)統(tǒng)計(jì)并分析了淹沒(méi)區(qū)域?qū)θ丝?、GDP及農(nóng)作物的具體影響。根據(jù)專題圖中各重點(diǎn)受災(zāi)區(qū)附近水文水位站水位流量過(guò)程線分析，SAR遙感數(shù)據(jù)準(zhǔn)確地描繪了洪峰期間北江干流及其沿線的災(zāi)情。尤其是在潖江蓄滯洪區(qū)、波羅坑臨時(shí)淹沒(méi)區(qū)以及大灣鎮(zhèn)和西牛鎮(zhèn)，均觀察到較大面積的洪澇淹沒(méi)情況。樂(lè)昌、韶關(guān)、英德城區(qū)基本沒(méi)有監(jiān)測(cè)到大范圍淹沒(méi)。

最新的空天遙感北江洪澇災(zāi)情監(jiān)測(cè)成果已集成至我省智慧水利項(xiàng)目（一期）的水旱防御歷史災(zāi)情知識(shí)庫(kù)中，不僅能為2號(hào)洪水防汛指揮提供支撐，還為建立可靠的“水位-淹沒(méi)-災(zāi)情”關(guān)系提供了有效依據(jù)。

2024年4月20日與21日高分三號(hào)SAR遙感圖像及沿河重點(diǎn)洪澇災(zāi)區(qū)位置示意圖

潖江蓄滯洪區(qū)洪水淹沒(méi)信息示意圖

社崗臨時(shí)淹沒(méi)區(qū)洪水淹沒(méi)信息示意圖

波羅坑臨時(shí)淹沒(méi)區(qū)淹沒(méi)信息示意圖

北江干流沙口至英德段淹沒(méi)信息示意圖

連江浛洸至西牛段淹沒(méi)信息示意圖

大灣鎮(zhèn)周邊區(qū)域淹沒(méi)信息示意圖

北江干流烏石至沙口段淹沒(méi)信息示意圖

韶關(guān)城區(qū)淹沒(méi)信息示意圖

英城臨時(shí)淹沒(méi)區(qū)淹沒(méi)信息示意圖

我院將利用數(shù)字孿生技術(shù)和空天遙感技術(shù)在北江2號(hào)洪水中的成功實(shí)踐，不斷加強(qiáng)科技創(chuàng)新，積極引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)和優(yōu)秀人才，以信息化、智能化為引領(lǐng)，堅(jiān)持求真務(wù)實(shí)、打造行業(yè)標(biāo)桿，為廣東水利高質(zhì)量發(fā)展提供強(qiáng)勁支持。