精細(xì)化氣象服務(wù)為烏東德水電站保駕護(hù)航

劉 祎，王 將，楊秀洪

(昆明市氣象局，云南 昆明 650500)

大國(guó)重器之一的烏東德水電站是中國(guó)第四、世界第七大的千萬(wàn)千瓦級(jí)世界巨型水電工程。位于云南省祿勸縣與四川省會(huì)東縣交界的金沙江干流上，是實(shí)施“西電東送”的國(guó)家重點(diǎn)工程，是金沙江下游4個(gè)梯級(jí)電站(烏東德、白鶴灘、溪洛渡、向家壩)的最上游一級(jí)，是鑲嵌在金沙江上的一顆“水電明珠”，2021年6月16日全部機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電。

金沙江深切于川滇高原之下，具有特殊的深切峽谷地形，處于低緯高原季風(fēng)區(qū)，屬典型干熱河谷氣候，日照充足、蒸發(fā)量大，高溫低濕、干濕季分明，氣候垂直差異明顯。受熱帶、副熱帶、高原各種天氣系統(tǒng)和冷空氣及復(fù)雜地形的共同影響，局地性大風(fēng)、暴雨、短時(shí)強(qiáng)降雨、雷暴、強(qiáng)降溫、高溫等災(zāi)害性天氣多發(fā)。

金沙江水文氣象中心在烏東德水電站籌備之初的2011年成立了“烏東德水電站氣象臺(tái)及水電氣象服務(wù)保障組”，伴隨著烏東德水電站的籌備進(jìn)駐到條件艱苦、到處荒山野嶺的金沙江畔，預(yù)報(bào)員、觀測(cè)員從便攜式風(fēng)向儀和便攜式氣壓儀開(kāi)始，克服種種不可想象的困難，經(jīng)歷了10年的艱苦努力，觀風(fēng)雨測(cè)雷電，從籌備期的對(duì)外交通建設(shè)氣象服務(wù)、高邊坡治理，到營(yíng)區(qū)建設(shè)階段氣象服務(wù)，再到大壩混泥土澆筑，最后是庫(kù)區(qū)蓄水發(fā)電，水電氣象服務(wù)保障組成員始終像釘子一樣釘在那里，充分發(fā)揚(yáng)特別能吃苦、特別能戰(zhàn)斗的金沙人奉獻(xiàn)精神，大家習(xí)慣性的稱他們?yōu)椤敖鹕辰系臍庀笠皯?zhàn)部隊(duì)”。他們先后建設(shè)了15個(gè)氣象自動(dòng)觀測(cè)站、1個(gè)太陽(yáng)輻射測(cè)量點(diǎn)、1套大氣電場(chǎng)儀監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，搭建了“烏東德水電站氣象綜合業(yè)務(wù)平臺(tái)”和“烏東德水電站氣象預(yù)報(bào)制作系統(tǒng)”，實(shí)現(xiàn)了水電站壩區(qū)氣象要素的立體氣象觀測(cè)、監(jiān)測(cè)。

由于水電站大壩混凝土澆筑開(kāi)倉(cāng)時(shí)間長(zhǎng)、氣象條件要求高，溫度、降水、大風(fēng)、雷暴等都將直接影響大壩澆筑。針對(duì)金沙江流域的氣象條件，如何精細(xì)化做好氣象保障服務(wù)工作，確保水電站建設(shè)安全施工，保障水電站安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和趨利避害，使水電站發(fā)揮出最大的經(jīng)濟(jì)效益，就要建立健全大壩澆筑及水電站運(yùn)營(yíng)氣象保障服務(wù)體系。從最初的無(wú)網(wǎng)絡(luò)、靠單獨(dú)的幾張圖片做預(yù)報(bào)、靠電話傳送預(yù)報(bào)結(jié)果，到現(xiàn)在的全網(wǎng)絡(luò)覆蓋、資源共享、智能化辦公，后續(xù)將以“新三化”建設(shè)為目標(biāo)(即基于數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品再開(kāi)發(fā)技術(shù)，初步形成精細(xì)化、智能網(wǎng)格化、數(shù)字化的新三化氣象預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)產(chǎn)品體系)，凝聚了金沙江氣象技術(shù)人員的智慧和心血。

烏東德水電站氣象臺(tái)隸屬金沙江水文氣象中心，同時(shí)接受昆明市氣象局行業(yè)管理和業(yè)務(wù)指導(dǎo)，烏東德水電氣象服務(wù)由昆明市氣象局、昆明市公共氣象服務(wù)中心、烏東德氣象臺(tái)3級(jí)服務(wù)機(jī)構(gòu)承擔(dān)，建立了分級(jí)預(yù)警預(yù)報(bào)與服務(wù)模式，為施工、運(yùn)營(yíng)安全提供氣象保障服務(wù)，逐步形成了一體化的資源共享、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、協(xié)調(diào)高效的水電氣象保障服務(wù)模式。

1 建立烏東德水電站區(qū)域氣象立體監(jiān)測(cè)網(wǎng)

通過(guò)建設(shè)氣象自動(dòng)觀測(cè)站、太陽(yáng)輻射觀測(cè)站實(shí)現(xiàn)壩區(qū)氣象要素自動(dòng)監(jiān)測(cè)，并利用測(cè)雨雷達(dá)、氣象衛(wèi)星、大氣電場(chǎng)儀等實(shí)現(xiàn)水電站壩區(qū)氣象要素、晴雨、電場(chǎng)等的探測(cè)，實(shí)現(xiàn)了水電站壩區(qū)約13 km2范圍內(nèi)地基、空基、天基為一體的區(qū)域氣象立體觀探測(cè)網(wǎng)。

大氣電場(chǎng)儀

1.1 地基觀測(cè)網(wǎng)建設(shè)

2011年9月開(kāi)始，烏東德水電站按照重點(diǎn)區(qū)域多布置、全方位監(jiān)控的原則，先后建立了從海拔875 m到海拔1 330 m、從金沙江左岸到右岸、從大壩上游到下游不同高程、不同方位的15個(gè)氣象自動(dòng)觀測(cè)站，對(duì)水電站施工建設(shè)和運(yùn)營(yíng)管理實(shí)施立體氣象監(jiān)測(cè)，為水電站安全施工、資料積累提供全天24小時(shí)服務(wù)，所有氣象自動(dòng)觀測(cè)站進(jìn)行1分鐘/次的實(shí)時(shí)加密觀測(cè)。烏東德水電站氣象自動(dòng)站探測(cè)密度約在1.85 km×1.85 km，平均海拔高度1 077 m，前期營(yíng)地站最高(1 330 m)，左導(dǎo)進(jìn)站最低(849 m)。

所建氣象自動(dòng)觀測(cè)站中有位于懸崖峭壁上的大茶鋪站、絕壁上的纜機(jī)右岸主塔站、永久性綜合觀測(cè)的烏東德站、大壩壩頂監(jiān)測(cè)站，有用于江畔兩岸洪水監(jiān)測(cè)的馬頭上站和前期營(yíng)地站，還有大壩下游監(jiān)測(cè)發(fā)電排水和泄洪度汛的雷家包站，形成了以大壩為中心，兼顧左右岸、上下游、垂直落差布置的立體監(jiān)測(cè)網(wǎng)。

纜機(jī)掛鉤上的測(cè)風(fēng)自動(dòng)站

1.2 空基觀測(cè)

昆明多普勒雷達(dá)、祿勸楊梅山雷達(dá)、曲靖雷達(dá)互為補(bǔ)充，對(duì)電站上空的降雨云層實(shí)施24小時(shí)不間斷監(jiān)測(cè)服務(wù)，大氣電場(chǎng)儀對(duì)壩區(qū)周圍20 km2范圍內(nèi)雷電情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)水電站防災(zāi)減災(zāi)、防洪度汛、預(yù)報(bào)預(yù)警服務(wù)起到了決定性作用。

1.3 天基觀測(cè)

通過(guò)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)與昆明氣象局實(shí)現(xiàn)信息資源共享，可以實(shí)時(shí)獲取紅外衛(wèi)星云圖、可見(jiàn)光衛(wèi)星云圖、衛(wèi)星水汽云圖等，為水電站服務(wù)。

昆明雷達(dá)回波圖

紅外衛(wèi)星云圖

2 建立精細(xì)化氣象服務(wù)保障模式

烏東德水電站壩區(qū)大風(fēng)、高溫、強(qiáng)降溫、暴雨、短時(shí)強(qiáng)降雨、雷暴等災(zāi)害性天氣頻發(fā)，對(duì)大壩混泥土澆筑影響極大。暴雨、短時(shí)強(qiáng)降雨極易誘發(fā)滑坡、泥石流、坍塌等次生災(zāi)害，大風(fēng)、雷暴對(duì)纜機(jī)安全運(yùn)行和電網(wǎng)安全等有致命危害。水電站壩區(qū)35 ℃以上高溫天氣平均每年96天，最高氣溫達(dá)到45.9 ℃；7級(jí)及以上大風(fēng)平均每年137多天，極大風(fēng)達(dá)到42.9 m/s(14級(jí))；年平均降雨量725 mm，1小時(shí)降雨量最大為90 mm，這對(duì)水電站施工和電網(wǎng)安全運(yùn)行帶來(lái)很大挑戰(zhàn)。

烏東德水電站氣象保障組以昆明市公共氣象服務(wù)中心為主體，由鄒陽(yáng)、王將等5名高級(jí)工程師和2名工程師組成的水電站氣象服務(wù)保障7人精英團(tuán)隊(duì)，他們十年如一日?qǐng)?jiān)守崗位，精心呵護(hù)水電站建設(shè)，在磨練中探索創(chuàng)新，通過(guò)不懈努力奮斗，已形成保障有力、制度健全、管理科學(xué)、技術(shù)扎實(shí)和隊(duì)伍穩(wěn)定的水電氣象服務(wù)保障體系，探索出現(xiàn)了水電站精細(xì)化氣象保障模式。在實(shí)踐中，始終遵循“精心分析、精準(zhǔn)預(yù)報(bào)、精細(xì)服務(wù)”的總原則，采用長(zhǎng)、中、短期預(yù)報(bào)和臨近預(yù)報(bào)相結(jié)合的模式，跟蹤滾動(dòng)、逐步逼近、準(zhǔn)確預(yù)報(bào)，及時(shí)發(fā)布預(yù)警，滿足大壩澆筑對(duì)降水量的定時(shí)、定點(diǎn)、定量預(yù)報(bào)需求，做到高精度、無(wú)縫隙化預(yù)報(bào)，并梳理出了行之有效的大壩混泥土澆筑預(yù)報(bào)保障模式和災(zāi)害性天氣預(yù)警預(yù)報(bào)保障新模式。實(shí)行24小時(shí)不間斷監(jiān)測(cè)，發(fā)布未來(lái)12小時(shí)、24小時(shí)要素預(yù)報(bào)及未來(lái)7天天氣預(yù)報(bào)，并提供大壩澆筑等專題服務(wù)和統(tǒng)計(jì)資料，24小時(shí)提供電話咨詢，平均每年發(fā)送手機(jī)短信260萬(wàn)余條，做到了重大災(zāi)害性天氣過(guò)程無(wú)漏報(bào)、預(yù)警發(fā)布不錯(cuò)報(bào)，確保水電站施工建設(shè)和電網(wǎng)運(yùn)行安全，有效提升了針對(duì)復(fù)雜地形環(huán)境的預(yù)報(bào)能力。各項(xiàng)考核標(biāo)準(zhǔn)都達(dá)到優(yōu)秀，對(duì)影響工程的4類災(zāi)害性天氣的預(yù)警準(zhǔn)確率為99%以上。

長(zhǎng)期預(yù)報(bào)盡早提供出蓄放水的決策建議，中期預(yù)報(bào)敏銳抓住降水形勢(shì)的重要轉(zhuǎn)折，關(guān)鍵會(huì)商及時(shí)研判出降水發(fā)展趨勢(shì)，短期預(yù)報(bào)準(zhǔn)確預(yù)報(bào)出過(guò)程降水的落區(qū)和量級(jí)。預(yù)報(bào)內(nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面：

臨近預(yù)警：針對(duì)強(qiáng)降水、雷暴、大風(fēng)等天氣。

短時(shí)預(yù)報(bào)：主要針對(duì)強(qiáng)降水、雷暴、大風(fēng)等天氣的預(yù)報(bào)。

短期預(yù)報(bào)：以預(yù)報(bào)晴雨、降水等級(jí)、風(fēng)向風(fēng)力、氣溫、濕度等天氣和要素為主。

中期預(yù)報(bào)：以預(yù)報(bào)逐日晴雨、降水等級(jí)等天氣過(guò)程為主。

旬預(yù)報(bào)：以預(yù)報(bào)主要天氣過(guò)程為主。

長(zhǎng)期預(yù)報(bào)：包括月短期氣候預(yù)測(cè)、年氣候趨勢(shì)預(yù)測(cè)和汛期氣候趨勢(shì)預(yù)測(cè)。月短期氣候預(yù)測(cè)以預(yù)報(bào)天氣氣候趨勢(shì)為主，年趨勢(shì)預(yù)報(bào)以預(yù)報(bào)年度總的天氣氣候趨勢(shì)為主，汛期天氣趨勢(shì)預(yù)報(bào)主要針對(duì)汛期開(kāi)始期、主汛期6～8月和汛期結(jié)束期的天氣氣候趨勢(shì)預(yù)報(bào)。

專題預(yù)報(bào)：根據(jù)服務(wù)需要，提供不同預(yù)見(jiàn)期、不同氣象要素的天氣預(yù)報(bào)，特別是重要時(shí)段、關(guān)鍵施工建設(shè)項(xiàng)目的專題預(yù)報(bào)。

烏東德水電站于2020年5月開(kāi)始蓄水，11月蓄水完成，12月開(kāi)始首發(fā)電。7～8月，由于金沙江上游連續(xù)出現(xiàn)暴雨，上游來(lái)水量較大，對(duì)庫(kù)區(qū)分階段蓄水任務(wù)帶來(lái)極大風(fēng)險(xiǎn)。氣象保障組連續(xù)工作，調(diào)動(dòng)前后方一切技術(shù)力量，通過(guò)精準(zhǔn)預(yù)判、主動(dòng)服務(wù)，提前預(yù)報(bào)出金沙江上游強(qiáng)降雨及可能來(lái)水情況，24小時(shí)不間斷監(jiān)測(cè)天氣，準(zhǔn)確預(yù)報(bào)了兩次暴雨和上游連續(xù)強(qiáng)降雨可能對(duì)庫(kù)區(qū)蓄水帶來(lái)的影響，確保了壩區(qū)正常蓄水和安全度汛。

2019年2月17日，受下?lián)舯┝饔绊懀?2時(shí)35分水電站壩區(qū)北部出現(xiàn)強(qiáng)雷暴，纜機(jī)左岸、右岸和988平臺(tái)站先后出現(xiàn)9級(jí)大風(fēng)，短短3分鐘內(nèi)風(fēng)力急劇加大，12時(shí)38分大茶鋪站就監(jiān)測(cè)到42.9 m/s(14級(jí))大風(fēng)，這是水電站壩區(qū)附近臺(tái)站監(jiān)測(cè)到的歷史以來(lái)最大記錄。值班預(yù)報(bào)員堅(jiān)守崗位、沉著冷靜、思維敏捷，嚴(yán)密監(jiān)測(cè)每一個(gè)數(shù)據(jù)，精心分析、科學(xué)研判，于12時(shí)32分發(fā)出大風(fēng)和雷雨天氣預(yù)警，并及時(shí)通報(bào)風(fēng)力變化情況，各單位根據(jù)氣象預(yù)警和突發(fā)事件處置方案迅速反應(yīng)、及時(shí)調(diào)整作業(yè)，成功避免了大風(fēng)天氣帶來(lái)的災(zāi)害影響。

2018年7月30日夜間，受副高外圍偏南氣流和地形抬升作用影響，烏東德水電站壩區(qū)出現(xiàn)了局地特大暴雨，1小時(shí)降雨量白灘站達(dá)到80.8 mm、馬頭上站73.6 mm，并引發(fā)了山洪和泥石流，公路沖毀、山體滑坡。值班預(yù)報(bào)員密切監(jiān)視天氣，全體預(yù)報(bào)員連續(xù)奮戰(zhàn)10多個(gè)小時(shí)，緊急會(huì)商天氣6次，發(fā)布預(yù)警短信7次。收到預(yù)警后，各參建單位迅速響應(yīng)，提前撤離人員，成功避免了人員傷亡。

3 努力做好水電站氣象保障從建設(shè)期向運(yùn)營(yíng)期過(guò)渡的轉(zhuǎn)變

3.1 建設(shè)期水電站氣象保障服務(wù)

烏東德水電站在建設(shè)過(guò)程中，暴雨、短時(shí)強(qiáng)降雨及次生災(zāi)害(泥石流、山洪、崩塌)、大風(fēng)、雷暴、高溫、道路結(jié)冰、大霧等氣象災(zāi)害均出現(xiàn)過(guò)，這些災(zāi)害性天氣對(duì)施工質(zhì)量、施工進(jìn)度、施工安全等均造成了一定影響。水電站建設(shè)期氣象保障服務(wù)全年24小時(shí)值班，全天候?yàn)楣こ探ㄔO(shè)、設(shè)計(jì)、監(jiān)理、施工、電站生產(chǎn)運(yùn)行及其它相關(guān)參建單位提供預(yù)報(bào)預(yù)警及現(xiàn)場(chǎng)咨詢服務(wù)，為工程施工提供技術(shù)支持。

氣象保障服務(wù)內(nèi)容主要為常規(guī)天氣預(yù)報(bào)和災(zāi)害性天氣預(yù)報(bào)預(yù)警，尤其是施工期間對(duì)大風(fēng)、溫度和降雨量的精細(xì)化預(yù)報(bào)和服務(wù)要求較高，大風(fēng)、暴雨、雷暴、高溫、強(qiáng)降溫等5類災(zāi)害性天氣將直接影響烏東德水電站工程建設(shè)進(jìn)度、質(zhì)量和安全，做好預(yù)報(bào)、預(yù)警是現(xiàn)場(chǎng)氣象服務(wù)工作的重中之重，短期(24小時(shí)、48小時(shí)預(yù)報(bào))和短臨(0～12小時(shí))天氣預(yù)報(bào)預(yù)警非常重要。

3.2 運(yùn)營(yíng)期氣象保障服務(wù)

2021年6月烏東德水電站全部12臺(tái)機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電，蓄水發(fā)電后工程項(xiàng)目主要為大壩及輸電線路維護(hù)、蓄水發(fā)電、水力調(diào)度、庫(kù)區(qū)清淤等，氣象災(zāi)害更多關(guān)注暴雨、干旱、雷暴、大風(fēng)以及高海拔地區(qū)的電線結(jié)冰等。氣象保障服務(wù)重點(diǎn)由建設(shè)期的大壩澆筑及其它工程施工轉(zhuǎn)為運(yùn)營(yíng)期的大壩蓄水、防洪度汛和電力生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)等，由施工期間對(duì)大風(fēng)、溫度、降雨量的精細(xì)化預(yù)報(bào)和服務(wù)轉(zhuǎn)為重點(diǎn)關(guān)注大風(fēng)、強(qiáng)降雨、雷電等，尤其是雷電、暴雨和持續(xù)性降雨。預(yù)報(bào)時(shí)效方面建設(shè)期以短期和短臨預(yù)報(bào)為重點(diǎn)，而運(yùn)營(yíng)期除了短期和短臨預(yù)報(bào)外，中期天氣趨勢(shì)預(yù)報(bào)也很重要；施工期很注意短時(shí)強(qiáng)降雨，運(yùn)營(yíng)期更多關(guān)注暴雨和持續(xù)性降雨。

4 后期展望

借助國(guó)家氣象整體資源和新技術(shù)發(fā)展，建設(shè)一個(gè)滿足水電氣象保障需求的新一代水電氣象服務(wù)保障系統(tǒng)，提高探測(cè)能力，從以下幾個(gè)主要方面提升水電氣象服務(wù)能力。

4.1 氣象自動(dòng)觀測(cè)站的適當(dāng)調(diào)整和完善

將以前用于監(jiān)測(cè)工程施工的部分氣象自動(dòng)站點(diǎn)位置適當(dāng)調(diào)整，有針對(duì)性的布設(shè)自動(dòng)站，結(jié)合冷空氣路徑、大風(fēng)路徑和降水出現(xiàn)頻率較高的方位，重新規(guī)劃自動(dòng)站檢測(cè)站點(diǎn)位置和檢測(cè)氣象要素項(xiàng)目。在雷電多發(fā)地區(qū)開(kāi)展雷電探測(cè)新技術(shù)的應(yīng)用，形成壩區(qū)雷電的三角防范態(tài)勢(shì)。

4.2 氣象信息共享和大數(shù)據(jù)應(yīng)用

目前天氣雷達(dá)拼圖系統(tǒng)只有云南省氣象局下屬各地州的雷達(dá)資料，下一步擬通過(guò)與四川省氣象局的氣象信息資料共享，實(shí)現(xiàn)西南區(qū)域雷達(dá)資料拼圖，融合各類數(shù)據(jù)，收集預(yù)報(bào)關(guān)鍵區(qū)的上游地區(qū)遴選后的氣象數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)據(jù)挖掘和大數(shù)據(jù)融合，實(shí)現(xiàn)服務(wù)水平有效提高。依托中國(guó)氣象局天氣雷達(dá)探測(cè)網(wǎng)，結(jié)合高精度、精細(xì)化的FY4衛(wèi)星探測(cè)和氣象探測(cè)，全面提高金沙江流域及水電站壩區(qū)天氣監(jiān)測(cè)和探測(cè)能力。

4.3 開(kāi)展水電氣象預(yù)報(bào)專項(xiàng)研究

收集歸納壩區(qū)災(zāi)害性天氣資料，分析其成因，歸納總結(jié)產(chǎn)生的物理機(jī)制，對(duì)歷史典型天氣案例進(jìn)行復(fù)盤分析，開(kāi)展風(fēng)能、太陽(yáng)能發(fā)電氣象保障需求分析，為水電氣象防災(zāi)減災(zāi)、新技術(shù)開(kāi)發(fā)和水電站運(yùn)行氣象服務(wù)提供信息支持。

4.4 不斷探索水電氣象服務(wù)新模式，搭建綜合服務(wù)新平臺(tái)，提升預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率

隨著互聯(lián)網(wǎng)及通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，氣象服務(wù)也出現(xiàn)了基于移動(dòng)社交平臺(tái)、用戶體驗(yàn)和智能天氣設(shè)備的新模式，針對(duì)水電部門提出的需求，全面提高水電氣象服務(wù)質(zhì)量，未來(lái)水電氣象服務(wù)必將呈現(xiàn)豐富性、準(zhǔn)確性和精細(xì)化程度更高的產(chǎn)品，也將是一個(gè)更加開(kāi)放、更加融合的水電氣象服務(wù)體系。通過(guò)新技術(shù)開(kāi)發(fā)，搭建綜合應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)，不斷提升水電氣象服務(wù)整體水平。