精细化气象服务为乌东德水电站保驾护航

刘 祎，王 将，杨秀洪

(昆明市气象局，云南 昆明 650500)

大国重器之一的乌东德水电站是中国第四、世界第七大的千万千瓦级世界巨型水电工程。位于云南省禄劝县与四川省会东县交界的金沙江干流上，是实施“西电东送”的国家重点工程，是金沙江下游4个梯级电站(乌东德、白鹤滩、溪洛渡、向家坝)的最上游一级，是镶嵌在金沙江上的一颗“水电明珠”，2021年6月16日全部机组投产发电。

金沙江深切于川滇高原之下，具有特殊的深切峡谷地形，处于低纬高原季风区，属典型干热河谷气候，日照充足、蒸发量大，高温低湿、干湿季分明，气候垂直差异明显。受热带、副热带、高原各种天气系统和冷空气及复杂地形的共同影响，局地性大风、暴雨、短时强降雨、雷暴、强降温、高温等灾害性天气多发。

金沙江水文气象中心在乌东德水电站筹备之初的2011年成立了“乌东德水电站气象台及水电气象服务保障组”，伴随着乌东德水电站的筹备进驻到条件艰苦、到处荒山野岭的金沙江畔，预报员、观测员从便携式风向仪和便携式气压仪开始，克服种种不可想象的困难，经历了10年的艰苦努力，观风雨测雷电，从筹备期的对外交通建设气象服务、高边坡治理，到营区建设阶段气象服务，再到大坝混泥土浇筑，最后是库区蓄水发电，水电气象服务保障组成员始终像钉子一样钉在那里，充分发扬特别能吃苦、特别能战斗的金沙人奉献精神，大家习惯性的称他们为“金沙江畔的气象野战部队”。他们先后建设了15个气象自动观测站、1个太阳辐射测量点、1套大气电场仪监测系统，搭建了“乌东德水电站气象综合业务平台”和“乌东德水电站气象预报制作系统”，实现了水电站坝区气象要素的立体气象观测、监测。

由于水电站大坝混凝土浇筑开仓时间长、气象条件要求高，温度、降水、大风、雷暴等都将直接影响大坝浇筑。针对金沙江流域的气象条件，如何精细化做好气象保障服务工作，确保水电站建设安全施工，保障水电站安全经济运行和趋利避害，使水电站发挥出最大的经济效益，就要建立健全大坝浇筑及水电站运营气象保障服务体系。从最初的无网络、靠单独的几张图片做预报、靠电话传送预报结果，到现在的全网络覆盖、资源共享、智能化办公，后续将以“新三化”建设为目标(即基于数值预报产品再开发技术，初步形成精细化、智能网格化、数字化的新三化气象预报预测产品体系)，凝聚了金沙江气象技术人员的智慧和心血。

乌东德水电站气象台隶属金沙江水文气象中心，同时接受昆明市气象局行业管理和业务指导，乌东德水电气象服务由昆明市气象局、昆明市公共气象服务中心、乌东德气象台3级服务机构承担，建立了分级预警预报与服务模式，为施工、运营安全提供气象保障服务，逐步形成了一体化的资源共享、优势互补、协调高效的水电气象保障服务模式。

1 建立乌东德水电站区域气象立体监测网

通过建设气象自动观测站、太阳辐射观测站实现坝区气象要素自动监测，并利用测雨雷达、气象卫星、大气电场仪等实现水电站坝区气象要素、晴雨、电场等的探测，实现了水电站坝区约13 km2范围内地基、空基、天基为一体的区域气象立体观探测网。

大气电场仪

1.1 地基观测网建设

2011年9月开始，乌东德水电站按照重点区域多布置、全方位监控的原则，先后建立了从海拔875 m到海拔1 330 m、从金沙江左岸到右岸、从大坝上游到下游不同高程、不同方位的15个气象自动观测站，对水电站施工建设和运营管理实施立体气象监测，为水电站安全施工、资料积累提供全天24小时服务，所有气象自动观测站进行1分钟/次的实时加密观测。乌东德水电站气象自动站探测密度约在1.85 km×1.85 km，平均海拔高度1 077 m，前期营地站最高(1 330 m)，左导进站最低(849 m)。

所建气象自动观测站中有位于悬崖峭壁上的大茶铺站、绝壁上的缆机右岸主塔站、永久性综合观测的乌东德站、大坝坝顶监测站，有用于江畔两岸洪水监测的马头上站和前期营地站，还有大坝下游监测发电排水和泄洪度汛的雷家包站，形成了以大坝为中心，兼顾左右岸、上下游、垂直落差布置的立体监测网。

缆机挂钩上的测风自动站

1.2 空基观测

昆明多普勒雷达、禄劝杨梅山雷达、曲靖雷达互为补充，对电站上空的降雨云层实施24小时不间断监测服务，大气电场仪对坝区周围20 km2范围内雷电情况进行监测，对水电站防灾减灾、防洪度汛、预报预警服务起到了决定性作用。

1.3 天基观测

通过远程网络与昆明气象局实现信息资源共享，可以实时获取红外卫星云图、可见光卫星云图、卫星水汽云图等，为水电站服务。

昆明雷达回波图

红外卫星云图

2 建立精细化气象服务保障模式

乌东德水电站坝区大风、高温、强降温、暴雨、短时强降雨、雷暴等灾害性天气频发，对大坝混泥土浇筑影响极大。暴雨、短时强降雨极易诱发滑坡、泥石流、坍塌等次生灾害，大风、雷暴对缆机安全运行和电网安全等有致命危害。水电站坝区35 ℃以上高温天气平均每年96天，最高气温达到45.9 ℃；7级及以上大风平均每年137多天，极大风达到42.9 m/s(14级)；年平均降雨量725 mm，1小时降雨量最大为90 mm，这对水电站施工和电网安全运行带来很大挑战。

乌东德水电站气象保障组以昆明市公共气象服务中心为主体，由邹阳、王将等5名高级工程师和2名工程师组成的水电站气象服务保障7人精英团队，他们十年如一日坚守岗位，精心呵护水电站建设，在磨练中探索创新，通过不懈努力奋斗，已形成保障有力、制度健全、管理科学、技术扎实和队伍稳定的水电气象服务保障体系，探索出现了水电站精细化气象保障模式。在实践中，始终遵循“精心分析、精准预报、精细服务”的总原则，采用长、中、短期预报和临近预报相结合的模式，跟踪滚动、逐步逼近、准确预报，及时发布预警，满足大坝浇筑对降水量的定时、定点、定量预报需求，做到高精度、无缝隙化预报，并梳理出了行之有效的大坝混泥土浇筑预报保障模式和灾害性天气预警预报保障新模式。实行24小时不间断监测，发布未来12小时、24小时要素预报及未来7天天气预报，并提供大坝浇筑等专题服务和统计资料，24小时提供电话咨询，平均每年发送手机短信260万余条，做到了重大灾害性天气过程无漏报、预警发布不错报，确保水电站施工建设和电网运行安全，有效提升了针对复杂地形环境的预报能力。各项考核标准都达到优秀，对影响工程的4类灾害性天气的预警准确率为99%以上。

长期预报尽早提供出蓄放水的决策建议，中期预报敏锐抓住降水形势的重要转折，关键会商及时研判出降水发展趋势，短期预报准确预报出过程降水的落区和量级。预报内容主要包括以下几个方面：

临近预警：针对强降水、雷暴、大风等天气。

短时预报：主要针对强降水、雷暴、大风等天气的预报。

短期预报：以预报晴雨、降水等级、风向风力、气温、湿度等天气和要素为主。

中期预报：以预报逐日晴雨、降水等级等天气过程为主。

旬预报：以预报主要天气过程为主。

长期预报：包括月短期气候预测、年气候趋势预测和汛期气候趋势预测。月短期气候预测以预报天气气候趋势为主，年趋势预报以预报年度总的天气气候趋势为主，汛期天气趋势预报主要针对汛期开始期、主汛期6～8月和汛期结束期的天气气候趋势预报。

专题预报：根据服务需要，提供不同预见期、不同气象要素的天气预报，特别是重要时段、关键施工建设项目的专题预报。

乌东德水电站于2020年5月开始蓄水，11月蓄水完成，12月开始首发电。7～8月，由于金沙江上游连续出现暴雨，上游来水量较大，对库区分阶段蓄水任务带来极大风险。气象保障组连续工作，调动前后方一切技术力量，通过精准预判、主动服务，提前预报出金沙江上游强降雨及可能来水情况，24小时不间断监测天气，准确预报了两次暴雨和上游连续强降雨可能对库区蓄水带来的影响，确保了坝区正常蓄水和安全度汛。

2019年2月17日，受下击暴流影响，12时35分水电站坝区北部出现强雷暴，缆机左岸、右岸和988平台站先后出现9级大风，短短3分钟内风力急剧加大，12时38分大茶铺站就监测到42.9 m/s(14级)大风，这是水电站坝区附近台站监测到的历史以来最大记录。值班预报员坚守岗位、沉着冷静、思维敏捷，严密监测每一个数据，精心分析、科学研判，于12时32分发出大风和雷雨天气预警，并及时通报风力变化情况，各单位根据气象预警和突发事件处置方案迅速反应、及时调整作业，成功避免了大风天气带来的灾害影响。

2018年7月30日夜间，受副高外围偏南气流和地形抬升作用影响，乌东德水电站坝区出现了局地特大暴雨，1小时降雨量白滩站达到80.8 mm、马头上站73.6 mm，并引发了山洪和泥石流，公路冲毁、山体滑坡。值班预报员密切监视天气，全体预报员连续奋战10多个小时，紧急会商天气6次，发布预警短信7次。收到预警后，各参建单位迅速响应，提前撤离人员，成功避免了人员伤亡。

3 努力做好水电站气象保障从建设期向运营期过渡的转变

3.1 建设期水电站气象保障服务

乌东德水电站在建设过程中，暴雨、短时强降雨及次生灾害(泥石流、山洪、崩塌)、大风、雷暴、高温、道路结冰、大雾等气象灾害均出现过，这些灾害性天气对施工质量、施工进度、施工安全等均造成了一定影响。水电站建设期气象保障服务全年24小时值班，全天候为工程建设、设计、监理、施工、电站生产运行及其它相关参建单位提供预报预警及现场咨询服务，为工程施工提供技术支持。

气象保障服务内容主要为常规天气预报和灾害性天气预报预警，尤其是施工期间对大风、温度和降雨量的精细化预报和服务要求较高，大风、暴雨、雷暴、高温、强降温等5类灾害性天气将直接影响乌东德水电站工程建设进度、质量和安全，做好预报、预警是现场气象服务工作的重中之重，短期(24小时、48小时预报)和短临(0～12小时)天气预报预警非常重要。

3.2 运营期气象保障服务

2021年6月乌东德水电站全部12台机组投产发电，蓄水发电后工程项目主要为大坝及输电线路维护、蓄水发电、水力调度、库区清淤等，气象灾害更多关注暴雨、干旱、雷暴、大风以及高海拔地区的电线结冰等。气象保障服务重点由建设期的大坝浇筑及其它工程施工转为运营期的大坝蓄水、防洪度汛和电力生产运营等，由施工期间对大风、温度、降雨量的精细化预报和服务转为重点关注大风、强降雨、雷电等，尤其是雷电、暴雨和持续性降雨。预报时效方面建设期以短期和短临预报为重点，而运营期除了短期和短临预报外，中期天气趋势预报也很重要；施工期很注意短时强降雨，运营期更多关注暴雨和持续性降雨。

4 后期展望

借助国家气象整体资源和新技术发展，建设一个满足水电气象保障需求的新一代水电气象服务保障系统，提高探测能力，从以下几个主要方面提升水电气象服务能力。

4.1 气象自动观测站的适当调整和完善

将以前用于监测工程施工的部分气象自动站点位置适当调整，有针对性的布设自动站，结合冷空气路径、大风路径和降水出现频率较高的方位，重新规划自动站检测站点位置和检测气象要素项目。在雷电多发地区开展雷电探测新技术的应用，形成坝区雷电的三角防范态势。

4.2 气象信息共享和大数据应用

目前天气雷达拼图系统只有云南省气象局下属各地州的雷达资料，下一步拟通过与四川省气象局的气象信息资料共享，实现西南区域雷达资料拼图，融合各类数据，收集预报关键区的上游地区遴选后的气象数据，通过数据挖掘和大数据融合，实现服务水平有效提高。依托中国气象局天气雷达探测网，结合高精度、精细化的FY4卫星探测和气象探测，全面提高金沙江流域及水电站坝区天气监测和探测能力。

4.3 开展水电气象预报专项研究

收集归纳坝区灾害性天气资料，分析其成因，归纳总结产生的物理机制，对历史典型天气案例进行复盘分析，开展风能、太阳能发电气象保障需求分析，为水电气象防灾减灾、新技术开发和水电站运行气象服务提供信息支持。

4.4 不断探索水电气象服务新模式，搭建综合服务新平台，提升预报准确率

随着互联网及通信技术的迅猛发展，气象服务也出现了基于移动社交平台、用户体验和智能天气设备的新模式，针对水电部门提出的需求，全面提高水电气象服务质量，未来水电气象服务必将呈现丰富性、准确性和精细化程度更高的产品，也将是一个更加开放、更加融合的水电气象服务体系。通过新技术开发，搭建综合应用服务平台，不断提升水电气象服务整体水平。