7月18日一早，中國科學院水利部成都山地災害與環境研究所研究員鄒強的手機短信提醒鈴聲響起。“2022年07月18日05時山洪泥石流預警：未來2小時涼山州小流域預警黃色72個，橙色10個，紅色0個﹔隱患點預警黃色86個，橙色9個，紅色0個。”睡眼惺忪的鄒強看了一眼屏幕，瞬間清醒了。

　　這是中國科學院水利部成都山地災害與環境研究所搭建的山地災害風險模擬與險情預報平台傳來的預警消息。進入主汛期后，連日來，四川省地質災害指揮部辦公室持續發布全省地質災害氣象風險黃色預警。而平台的試點區域涼山彝族自治州，正是四川省山地災害多發的地區之一。

　　這是全國首個山地災害風險模擬與險情預報系統平台，率先完成橫斷山區28904個小流域致災模擬參數計算和建庫工作，實現了當前國際國內災害風險區域等級預報向精細化險情預報的突破……

　　模擬與預報

　　山地災害，心中有“圖”

　　在中國科學院水利部成都山地災害與環境研究所辦公樓的一層大廳牆壁上，一塊電視屏幕中正閃爍著橙色、黃色和藍色的小點。

　　這些小點同時出現在鄒強辦公室的電腦屏幕上。6萬多平方公裡的涼山州被縮放成一小塊倒三角形狀的區域，其中3個小點尤為打眼——喜德縣李子鄉的蔣家溝、冕寧縣河邊鎮的臥巴溝、金陽縣青鬆鄉一條編號為0132的無名溝，這些地方的地災預警分級都被定為“橙色”。

　　“這樣精准到小流域的山地災害預報是以前想都不敢想的。”鄒強表示。當前，山地災害還多是模糊的區域等級預報，“比如，電視台會播報哪個市有地質災害氣象風險，但沒有考慮災害過程，難以滿足防災減災的現實需求。”

　　面對山地災害，如何讓心裡更有數？2019年，中國科學院A類戰略性先導科技專項“美麗中國生態文明建設科技工程”正式啟動。其中，中國科學院院士、中國科學院水利部成都山地災害與環境研究所研究員崔鵬承擔了“氣候變化條件下山地致災風險綠色調控關鍵技術與示范”項目。2019年，依托項目研究，山地災害風險模擬與險情預報平台開始搭建。

　　“這個平台就是要突破精細化、精准化災害預警預報的瓶頸。”鄒強介紹。中國是受山地災害危害最為嚴重的國家之一，而西南山區則是我國山地特征最典型的區域，進入汛期，很容易發生山地災害，使得群眾的人身安全和財產安全遭受損失。如果預報能預測到具體的災害位置和危險特征，將為防災、救災提供更為可靠的指導。

　　平台的邏輯很清晰：前期，團隊完成了橫斷山區28904個小流域致災模擬參數計算和建庫工作，並統一編號。在該區域內建立了國內首個山地風險本底時空數據庫，包括土地覆蓋、植被類型、行政區劃、災害數據、承災體數據等。

　　之后，借助區域山地災害危險性評估、小流域閾值法、山洪泥石流動力模型等各種模型，輸入歷史和實際降水、植被類型、土壤類型、遙感影像等數值，就能計算出區域各小流域降雨徑流量、流體密度、流域危險性等關鍵災害數值參數，進而實現山洪泥石流形成—運動—致災全過程動力學模擬及災害的預報。

　　鄒強現場點開喜德縣李子鄉蔣家溝的橙色小點，一番操作后，這一小流域災害如何形成、運動、致災的全過程便呈現在了屏幕上。獲取不同時空動力學參數，就能進行災害風險定量分析。

　　從一公裡的粗網格到以米為單位的細網格，不僅是激發因素、災害判識，還有風險分析、險情預報、風險管理，山地災害風險模擬與險情預報平台真正地畫出了山地災害“一張圖”。

　　軟件與硬件

　　借算力實現更精准更快速

　　實際上，這一體量巨大的平台並非“平地起高樓”——中國科學院水利部成都山地災害與環境研究所眾多科研人員對山地災害形成機制、運動過程、致災機理、災害風險等方面長期的研究和積累已打下了堅實的基礎。

　　然而，2020年，當平台的開發進入關鍵時刻，團隊成員發現，由於涉及的致災因素很龐雜，計算需求巨大，單憑自身的力量很難實現。“我們要進行實時數據傳輸和並行計算，比如，一個小流域的計算時間和一百個小流域計算時間要是一樣的。同時，預報還必須要精准，這得要依托強大的算力。”鄒強說。

　　如何超高速算出並模擬復雜的降雨過程、災害演進過程並開展基於物理過程的預警預報工作？

　　在中國科學院成都分院位於興隆湖畔的新園區，中國科學院水利部成都山地災害與環境研究所兩公裡開外的地方，擁有強大算力的國家超級計算成都中心（以下簡稱成都超算中心）提供了解決方案。

　　“我們聚焦的是提升運算速度和精度。”成都超算中心市場推廣部運營總監戢陽告訴記者。成都超算中心是西部首家國家超算中心，它內部成千上萬個處理器，可以解決科學計算、工程計算、智能計算領域大型復雜計算課題，主機性能位居全球前十。

　　戢陽將山地災害預警預報領域視作典型的超算型應用：“算天、算地，都需要消耗大量算力，而越快實現預測結果，就能越早疏散群眾，減輕財產和生命的損失。”

　　2021年，成都超算中心針對中國科學院水利部成都山地災害與環境研究所具體需求，完成了技術適配和移植，在基於國產自主的CPU+DCU異構硬件生態上完成了技術適配與移植，解決了因汛期降雨量過大造成的山地災害高發、頻發導致算力不足的問題。區域氣象格網精度也達到了1公裡×1公裡，地面模擬精度則達到5米×5米，極大地提升了模擬精准度。此外，還採用裸纖直連中國科學院水利部成都山地災害與環境研究所的方式，解決了數據傳輸效率及信息安全問題。

　　據介紹，基於CPU和DCU大規模並行計算算法，單條泥石流溝道的計算效率比常規模型計算效率提升30倍左右，可用於數十萬平方公裡范圍內所有數千條小流域精細化全過程模擬。

　　過去與未來

　　造福更大范圍、惠及更多領域

　　過去，數值模擬無法像現在一樣考慮溝道侵蝕程度等眾多致災因素，計算一條溝道的泥石流運動過程，有時都需要十幾小時甚至幾十小時。現在，不只是平台的搭建，無人機的出現、動力學的深入等，使得山地災害研究領域出現了更多可能。鄒強感嘆，研究的每一步提升，都離不開不同專業、不同方向的人持之以恆的努力。

　　目前，山地災害風險模擬與險情預報平台已在涼山州全州范圍內成功試運行。“好飯不怕晚。”作為項目負責人，崔鵬常常把這句話挂在嘴邊。通過同時搭建起的開放的物理模型引擎平台，不同模塊和模型不斷進行迭代更新，可實現系統評估效果的持續優化。

　　等到功能更加完善之后，在相關部門的支持與配合下，平台將進一步擴大應用范圍，努力實現業務化運行，並且具有向全國其他地區乃至全世界推廣應用的潛力和價值——不僅是四川，還有雲南、貴州、西藏等地，甚至遠至巴基斯坦等國。

　　鄒強還提到，公路、鐵路的選線、城鎮建設規劃選址、水電工程規劃選址等，都可以借助這一平台的數據體系，“為開展人類活動時考慮災害風險提供決策支持和科學支撐。”

　　崔鵬介紹，近年來，中國科學院水利部成都山地災害與環境研究所致力於自然災害形成機理、風險評估、綜合防治與應急減災等方面的研究，建立起了一系列減災理論與技術體系，“未來，我們將進一步研發先進技術以支撐災害早期排查和風險動態評估，研發災害險情預報系統以提升災害預測預報預警水平，探索山區綠色減災模式減少因災致貧、因災返貧等，不斷加強防災減災科技支撐能力，為實現高質量綠色發展提供安全保障。”

　　“今后，成都超算中心也將繼續發揮‘算力’的作用，為科技創新、產業發展、城市治理、社會民生不斷賦能。”戢陽表示。（四川日報全媒體記者 文露敏）

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