三峽大壩怎么知道要來大洪水的？
本網(wǎng)訊（謝澤 王錦）長江，這條滋養(yǎng)萬物的母親河，是一條典型的季節(jié)性河流。每年5月至10月的豐水期，集中強(qiáng)降雨常常引發(fā)洪水，威脅著流域的安全。作為長江防洪體系的“定海神針”，三峽工程如何在洪水到來前精準(zhǔn)預(yù)判、科學(xué)應(yīng)對(duì)？答案離不開三峽集團(tuán)所屬長江電力三峽梯調(diào)的洪水預(yù)報(bào)智囊團(tuán)，及其自主研發(fā)的“基于數(shù)據(jù)挖掘的相似徑流預(yù)報(bào)模型”。
“基于數(shù)據(jù)挖掘的相似徑流預(yù)報(bào)模型”，這個(gè)聽起來有些復(fù)雜的名詞，其運(yùn)用原理可以用一個(gè)詞概括：“借古知今”。讓我們拆解一下：
“數(shù)據(jù)挖掘”：就是用數(shù)據(jù)說話，具體而言就是從長江流域大量的歷史水雨情數(shù)據(jù)中尋找規(guī)律，好比長江支流赤水河剛剛經(jīng)歷了5小時(shí)100毫米的強(qiáng)降雨，系統(tǒng)立刻在龐大的歷史數(shù)據(jù)庫中搜尋——“歷史上赤水河有沒有發(fā)生過類似降雨量的洪水？”
“相似徑流預(yù)報(bào)”：找到最接近的歷史洪水案例后，系統(tǒng)會(huì)仔細(xì)研究以往那次降雨最終形成的洪水過程，并以此為重要參考，預(yù)測當(dāng)前這場降雨可能產(chǎn)生的洪水規(guī)模。
“模型”：就是經(jīng)驗(yàn)豐富的智慧預(yù)報(bào)專家，存儲(chǔ)了長江上游海量歷史洪水信息，同時(shí)對(duì)其內(nèi)在規(guī)律了如指掌，在汛期每日定時(shí)開展計(jì)算，按時(shí)給出預(yù)報(bào)結(jié)果。
簡單來說，這個(gè)系統(tǒng)通過分析當(dāng)前預(yù)報(bào)的降雨情況，找到歷史上最相似的那場降雨，參考那場降雨產(chǎn)生的洪水過程，來預(yù)測即將到來的“新洪水”。它是一個(gè)不斷學(xué)習(xí)、不斷升級(jí)的洪水“經(jīng)驗(yàn)庫”和“預(yù)言家”。
目前，這位“記憶大師”已經(jīng)存儲(chǔ)了長江上游20個(gè)主要流域上千場歷史洪水過程的詳細(xì)信息。根據(jù)模型對(duì)數(shù)據(jù)的需要，獲取了從2015年長江支流嘉陵江流域到2020年長江上游全流域的洪水?dāng)?shù)據(jù)。記住的洪水案例越多，它對(duì)降雨與洪水之間復(fù)雜多變的規(guī)律掌握就越深刻、越全面。這些歷史數(shù)據(jù)是其進(jìn)行精準(zhǔn)預(yù)報(bào)的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
當(dāng)收到最新的降雨預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)時(shí)，這位“預(yù)報(bào)能手”能瞬間啟動(dòng)強(qiáng)大的搜索和分析能力。它快速地在浩如煙海的歷史數(shù)據(jù)中，找出與當(dāng)前預(yù)報(bào)降雨過程最相似的那一場或那幾場歷史洪水。然后，它調(diào)取該歷史洪水的關(guān)鍵指標(biāo)（如洪峰流量、洪水總量、漲落過程等），為預(yù)測即將到來的“新洪水”提供最可靠的參考依據(jù)，實(shí)現(xiàn)“未卜先知”的效果。
以2024年“長江第2號(hào)洪水”為例。在洪水形成初期，系統(tǒng)根據(jù)渠江流域的歷史洪水?dāng)?shù)據(jù)，利用其機(jī)器學(xué)習(xí)模型預(yù)測羅渡溪水文站的洪峰流量將達(dá)到約每秒17400立方米。洪水實(shí)際到來后，實(shí)測洪峰流量為每秒17100立方米，預(yù)測值與實(shí)測值基本一致，相對(duì)誤差僅為1.7%，充分驗(yàn)證了模型的可靠性。
▲ 三維數(shù)字沙盤降雨預(yù)報(bào)復(fù)盤
洪水過后，這位“學(xué)習(xí)達(dá)人”也并未停歇。它會(huì)將剛剛發(fā)生的洪水的完整數(shù)據(jù)（如降雨分布、實(shí)際流量過程等）作為新的寶貴樣本，提取關(guān)鍵信息，并補(bǔ)充到其龐大的數(shù)據(jù)庫中。通過不斷地“學(xué)習(xí)”新發(fā)生的洪水案例，系統(tǒng)持續(xù)更新知識(shí)庫，優(yōu)化其內(nèi)部算法，從而讓未來的洪水預(yù)報(bào)更加精準(zhǔn)。“想當(dāng)年，看今朝”，正是這種持續(xù)的學(xué)習(xí)進(jìn)化，讓模型對(duì)洪水的“此起彼伏”把握得更加游刃有余。
對(duì)長江上游氣象、水情的精準(zhǔn)預(yù)測預(yù)報(bào)，在防洪調(diào)度和防汛安全方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，是三峽工程安全高效運(yùn)行的核心保障。而“基于數(shù)據(jù)挖掘的相似徑流預(yù)報(bào)模型”還只是三峽梯調(diào)眾多先進(jìn)預(yù)報(bào)手段中的一種。
▲ 長江電力三峽梯調(diào)中心調(diào)度大廳
正是依靠這樣通過自主學(xué)習(xí)并不斷進(jìn)化的智能系統(tǒng)，結(jié)合氣象預(yù)報(bào)、水文監(jiān)測等多源信息，三峽工程實(shí)現(xiàn)了調(diào)度運(yùn)行的科學(xué)決策，在洪水到來前有序“騰庫”，在洪峰過境時(shí)有效“攔洪”，最大程度地保障長江中下游人民的生命財(cái)產(chǎn)安全。科技的力量，讓三峽工程這座“大國重器”在守護(hù)長江安瀾中展現(xiàn)出越來越強(qiáng)大的智慧與擔(dān)當(dāng)。
編輯：任賢 盧西奧