把闽江“搬”进数字世界 让水能综合利用更加便利

本文转自：人民网

当我们把一条全长575公里，流域面积60995平方公里，约占福建全省流域面积一半的闽江原封不动地“搬”进数字世界，会发生什么？

福建水口水电站。水口集团公司供图

4月27日—28日，以“加快数字中国建设，推进中国式现代化”为主题的第六届数字中国建设峰会将在福州举行。在同期举办的数字中国建设成果展览会上，福建水口发电集团有限公司将以“基于数字孪生技术的闽江水能综合利用”成果展示亮相国网福建电力展位，直观地呈现其如何通过三维建模技术、可视化渲染，将物理世界中闽江流域所有的数据信息在数字世界进行同步，助力闽江流域水调系统预测预报精度、调度调控准度持续提升，为闽江防洪减灾、发挥水资源利用等生态效益作出贡献。

预测水情的“千里眼”

据介绍，水口集团公司下属的五座水电站，库容大、启动灵活、反应迅速，昼夜不停地向智慧电网输送绿色清洁能源，并肩负着福建电网调峰、调频、事故备用的重任。其中，水口水电站位于闽江干流中段，水口水库上承福建省工业重镇南平市，下接省会福州，被誉为“福州头顶上的一盆水”。

水情自动测报系统被誉为防汛工作的“预警机”、水库调度的“参谋部”、水雨情的“千里眼”，是开展好枢纽防汛、电力生产、工程建设等各项工作的重要保障。在水口集控中心，一套由北斗卫星、超短波、GPRS混合组网的水情自动测报系统正在高效运转、实时汇集、分析来自102个水雨情遥测站点的水位、雨量等水文气象信息，其监测范围覆盖闽江近86%的流域面积，为闽江守牢防洪大门。

随着闽江流域防洪精度和时效性要求越来越高，现有水库调度应用系统亟需实现全业务的数据汇聚和贯通，打破数据壁垒，充分发挥数据价值。数字孪生的核心驱动力是数据，通过数据汇聚，利用数据集成与数据建模技术，实现流域防洪、水能调度等相关业务系统数据，外部数据及非结构化（原来手工记录的数据）等多源异构数据高度交汇融合，支撑数字世界场景建立、仿真及预测，助力精准的生产计划、实时监测和控制、调度决策和优化等工作。

在数字闽江里，基于气象网格数据，可以利用闽江中短期径流预报模型，获取未来10天径流预测和24小时流量预报数据，结合发电机组的运行状态，系统支撑预腾库方案的智能决策，通过边界条件的调整，经模拟预演，指导业务部门开展预腾库，保证最大的水能利用率，汛期单次可实现增加临时库容约4.5亿m³，增发电量约6000万kWh。

科学调度的“精算师”

据悉，一般情况下，洪水到来之前，水库要降低水位，腾出库容；洪水入库时，要结合上下游防洪形势控制下泄流量，确保下游控制站水位保持在安全范围内；洪水通过后，一旦下游防汛形势好转，就要抓住有利时机错峰泄洪，降低水库水位，腾出库容应对下一次洪水。在什么时间？哪个水库？泄洪多少？科学调度是最大限度发挥闽江水资源禀赋，让一江碧水“活”起来的核心所在。

近年来，水口集团公司利用欧洲气象网格数值预报模型，实现对中短期径流的高精度预报，成功调度所有场次洪水。1994年—2022年成功调度洪水共204场次（312个洪峰），安全过坝率100%，平均削峰19.2%，平均滞峰3.1小时。

尽管水口自建站以来积累了大量历史防洪调度经验，但目前水库调度的信息化系统仍需人工经验的辅助。同时，应对瞬息万变的洪水，信息化系统生成的调度方案，在多维度关联分析和调度方案计算上亟需持续升级。

因此，在数字孪生系统三维模型上，集成水口水库建库至今的流域防洪及水能调度历史方案，通过场景设计、编排、运行和渲染等，在孪生体上综合展示水库调度方案。同时，利用数字孪生模拟仿真技术，结合水口电站流域水、雨情数据及历史调度方案，对水口电站生产系统运行过程的物理过程，包括水流、水位、压力等重要参数三维建模与仿真模拟，并在孪生体生成多套水能调度方案，通过不断仿真预演，快速迭代优化确定最优方案，实现流域洪水调度“虚拟模拟先行，决策调度在后”，支撑流域防洪精准调度和水能利用率的提升。

通过数字闽江，水口集团公司积极开展汛期水位动态控制应用，孪生体结合径流预测模型、水能优化调度算法等，根据省防办下达的拦洪尾调度令，指导闸门启闭和机组负荷调整工作，单次可实现增加临时库容约2.3亿m³，增发电量约3000万kWh。

黄金水道的“拓路者”

闽江水口水电站枢纽坝下水位治理与通航改善工程（以下简称水口坝下工程）建成后，不仅解决了闽江因河床持续下切、水位严重下降导致的通航瓶颈，而且由水口水电站通航枢纽和水口坝下工程船闸共同组成的“闽江水口航运通航枢纽”再次串联起南平、三明崇山峻岭到马尾港之间的航道，山海联运让闽江“黄金航道”重新释放“黄金效能”。

船舶何时进闸、出闸？电动船舶充电设施如何安排？上下游停泊区建设何时落地？在福建省全力打造“数字福建”、创造交通强国先行区之际，水口集团公司率先利用数字化技术，构建通航大数据中心，研发“通航e站”应用程序，助力高效通航，实现船舶申报、过闸预约和船舶核验的掌上处理，畅享智慧高效的“通航一口办”，实现通航船只“一次报到，全域畅通，不上岸，少待闸”，用“数字跑”代替“船民跑”，通航效率提升了40%以上。

为助力“电动闽江”发展，水口集团公司建成福建省内首个电动船舶和电动汽车充电共用的示范性充电基地，利用北斗定位加电子地图，多维感知加智能计算等关键技术，结合航运智慧调度平台，对通航船舶进行实时监测预警，助力通航船舶从百吨级向千吨级的跨越，实现最低年通航从44天到365天全天候通航的跃升，年通航能力预计达到1400万吨，每年可为闽江流域过往船只节约运输成本近14亿元。