从一张图到一套系统——水旱灾害防御研究所推动实用科研成果服务防汛减灾一线
阅读量: 来源:水旱灾害防御研究所 刘业伟 周苏芬 夏阳 时间:2026-08-27

今年,省水科院新组建水旱灾害防御研究所。该所依托原有业务积累和技术基础,聚焦防汛减灾实际需求,坚持从业务实践中发现问题、从一线需求中凝练科研方向,把解决实际问题作为技术创新的重要落脚点。从服务基层中小河流洪水灾害防御的一款绘图小工具,到支撑水利工程建设的模型试验技术,再到服务水库防洪调度的优化系统和人工智能洪水预报模型,一批来源于实际、服务于一线的实用科研成果正在加快落地。科研不再停留在报告和论文中,而是逐步转化为基层能操作的工具、工程可依靠的技术、防汛调度可调用的系统。

瞄准基层小难题,开发预案编制实用小工具

中小河流洪水灾害防御工作直接面向乡镇、村组,预案是否清楚、转移路线是否明确,关系到基层防御措施能否真正落地。

在承担上犹县、瑞金市山洪灾害防御预案编制工作过程中,该团队发现,山洪灾害危险区转移安置示意图虽然只是预案中的一张图,却常常成为基层编制工作的难点。部分乡镇、村级工作人员缺少专业绘图基础,容易出现图例不统一、转移路线表达不清、监测预警设施设备标注不规范等问题,一张图往往需要反复修改。

针对这一实际需求,团队没有简单采取代替基层画图的方式,而是结合乡镇、村级预案编制习惯,自主开发山洪灾害危险区转移安置示意图绘制小工具,将危险区、转移路线、安置点、监测预警设施设备等常用要素进行规范化设置,同时录制配套操作视频,让基层工作人员能够按照步骤快速完成图件制作。该工具简化了原本需依托专业软件制作的流程,使乡村一线工作人员无需掌握专业绘图软件也能自主完成图件绘制,危险区转移安置示意图绘制效率提升20%以上。更重要的是,它改变了过去基层仅提供信息、专业人员制图的模式,让乡村两级工作人员更加深入参与本级预案编制全过程,有效提升了县、乡、村三级山洪灾害防御能力。原本较为专业、繁琐的绘图工作由此变得更加直观便捷,增强了不同乡镇、村级预案成果的一致性和规范性。一款不起眼的小工具,解决的却是基层防汛工作中的真问题,也让团队进一步认识到,科研成果不一定非要“大而全”,只要实用、好用、管用,就是服务防汛减灾的有效创新。

在做好基层中小河流灾害防御技术支撑的同时,该团队持续向更宽领域、更深层次延伸——修编省级防汛抗旱预案,为全省防御工作提供技术支撑;聚焦暴雨洪水灾害事件,系统开展复盘分析,查找防御薄弱环节,总结经验教训;选取典型市县开展防汛抗旱预案应急响应启动条件适应性评估,逐项分析响应启动条件设置是否合理、指标是否便于基层执行,提出针对性修改建议。特别是今年第9号台风“巴威”防御应对工作结束后,团队第一时间参与防范应对复盘总结,系统梳理防御全过程,相关成果得到省领导高度肯定。从一张转移安置图,到一套防汛抗旱预案,再到防汛避险转移工作机制研究,团队在一次次实战检验中不断校准科研方向,推动研究成果真正转化为防御实战能力。

破解试验小瓶颈,保障工程大安全

模型试验是检验工程设计、研究复杂水流问题的重要技术手段。面对不同水利枢纽、不同泄流建筑物和不同水力条件,模型怎么建、流量怎么控、数据怎么测,都直接影响试验结果的可靠性。

在大量试验实操过程中,团队发现,超宽断面尾门同步控制是试验环节自身的突出技术瓶颈。传统控制方案很难兼顾多尾门协同联动、快速响应和长期稳定运行,极易造成水位模拟失真,即便工程设计方案本身合理,也会因为试验测控短板干扰水力现象研判。

针对这一短板,团队自主研发模型超宽断面尾门控制系统,实现从硬件驱动到控制算法的全链路自主可控。系统搭建多尾门联动同步控制架构,自主研制专用MCU控制驱动电路与核心控制程序,搭配高灵敏度伺服电机与闭环反馈控制策略,实现各尾门开度毫秒级同步响应;依托高分辨率水位仪与自适应闭环调节算法,水位控制精度达到毫米级,可精准复现恒定流、非恒定流等复杂工况的尾水变化过程。依托鄱阳湖模型试验研究基地2万平方米试验大厅和大比例鄱阳湖湖区模型等平台,团队集成高精度流速测量、自动数据采集等设备,构建起“实体模型+数值模拟”双轮驱动的试验体系,推动试验过程更加规范、精准和高效。

近年来,团队持续服务多个水利枢纽工程模型试验,把试验成果切实转化为工程设计优化依据。

宜春四方井水利枢纽:通过多工况重复试验排查出原宽顶堰方案泄流能力不足,随后优化为WES实用堰并改进进水渠圆弧导墙,泄流能力提升达33%,为工程设计整改提供直接技术依据。

寻乌太湖水库溢洪道:原设计挑流鼻坎挑角偏小,消能不充分,团队通过多组工况复演提出调整挑角、反弧半径与鼻坎长度的方案,挑流形态达标,并依据实测流速、水深、压强分布提出边墙高度与岸坡防护建议。

寒山水库溢洪道:原进水渠缺少合理导墙,闸室进口出现横流与剧烈旋滚,经多组导墙体型对比,推荐采用椭圆曲线导墙,有效消除进口横流,泄流能力明显提升。

碧湖水库溢流坝:原方案闸墩尾部产生明显水翅,出坎水流直接冲刷右岸山体,团队提出增设尾墩、偏转边墙等措施,基本消除水翅现象,满足消能防冲要求。

大岗山水利枢纽、会昌大华水库等工程:通过试验优化进流条件、消力池体型等,有效削减高速水流冲刷风险,消能防冲效果满足规范要求。

除单体枢纽外,团队还承担乐平水利枢纽、赣江尾闾综合整治、南昌水利枢纽、鄱阳湖四大蓄滞洪区等重大项目模型试验任务。针对乐平水利枢纽下游流速过大、河床冲刷剧烈的问题,提出闸门多孔均匀开启调度方案,有效压缩下游冲坑深度;围绕赣江尾闾河势演变、分流比失衡开展大范围河工模型试验,完成多套整治方案比选;在南昌水利枢纽试验中攻坚通航孔难题,大幅提升船只通行效率;针对鄱阳湖四大蓄滞洪区分洪口开展优化,分洪口泄流能力提升2%至15%。累计提出30余项工程优化方案,有效规避设计缺陷、减少不必要工程投入,真正实现了科研成果从实验室走向工程现场。

从洪水模拟走向智能调度,让科研成果真正进入防洪决策

防洪调度是保障群众生命财产安全的头等大事。洪水来临前能不能算得准、报得早,洪水来临时水库什么时候拦、什么时候泄、不同水库之间怎样配合,每一项调度决策都直接关系上下游防洪安全。特别是水库群联合调度,既要考虑来水变化,又要兼顾库水位、下泄流量和下游防洪压力,单靠经验判断往往难以快速比较不同方案。

针对这一实际需求,团队长期开展洪水预报和水库优化调度研究,并结合省水利厅科研课题和实际调度业务,自主研发洪水预报及水库智能优化调度系统,推动洪水预报及调度从经验驱动迈向数据智能驱动。

洪水预报是防洪调度的“耳目”。团队没有盲目套用现成智能模型,而是同步搭建三类各有侧重的预报方案:一类沿用传统水文机理模型,一类侧重捕捉洪水时序变化特点,一类适配长周期预报场景。通过历史洪水数据反复验证,最终选出最贴合本地流域特点的预报方案,真正做到“一域一策、因地制模”,洪水预报精度较传统方法提升8%以上。同时,融合气象预报成果将预见期延长24~30小时,预报时效达到分钟级,为防汛物资调配、人员转移避险、水库提前预泄等工作争取更加充足的准备时间。

面对一场洪水,水库何时蓄、何时泄、泄多少,必须同时守牢大坝自身安全和下游防洪安全两条底线。团队搭建智能调度优选模型,可自动生成最优错峰调度方案,并将预报、调度等成果集成为一套智能洪水预报调度系统。系统可根据不同洪水过程、起调水位和调度条件开展多方案模拟,对水库水位、下泄流量及洪峰变化进行计算比较,为调度人员判断“提前泄多少、洪峰来时拦多少、何时调整出库流量”提供辅助依据。过去需要反复人工测算的多个调度方案,如今可以通过系统快速比选,实现水雨情数据分析—洪水预报—防洪调度—智能决策全流程业务化运行。

目前,该系统已在浯溪口水利枢纽工程等实际工程中应用,为水库防洪调度方案制定和优化提供技术支撑,取得较好防洪效益,打通了从科研到工程应用的“最后一公里”。系统在实际防洪调度过程中持续接受检验,并根据业务需求不断优化完善。团队并没有简单用人工智能替代传统水文模型,而是通过历史洪水过程验证、不同模型结果对比,探索传统方法与智能模型优势互补,逐步贯通洪水预报、洪水模拟、方案推演和优化调度技术链条,让科研成果真正进入防汛业务流程。

让科研从业务中来,更好回到业务中去

从预案中的一张图,到实验室中的一座模型,再到水库调度系统中的一条优化曲线,三类工作形态不同,却有着共同的特点:问题来自实际,技术服务实际,成果最终也要接受实际应用的检验。

基层不会画图,就开发简单实用的绘图工具;工程设计存在复杂水力问题,就通过模型反复试验、不断优化;水库调度方案难以快速比选,就研发系统、引入算法,为防洪决策提供更多技术支撑。

这些成果有的很“小”,有的很“专”,有的已经形成系统,但衡量实用科研价值的标准始终没有改变——能不能解决真实问题,能不能提高工作效率,能不能真正服务防汛减灾和水利工程安全。

下一步,水旱灾害防御研究所将继续立足主责主业,紧盯基层防汛、工程建设和水库调度中的实际需求,在洪旱风险管理、模型试验、洪水预报和优化调度等方向持续开展实用管用技术研发,把更多科研成果转化为一线用得上、工程靠得住、防汛能支撑的技术工具,以科技创新不断提升水旱灾害防御技术支撑能力。

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