數(shù)字孿生“智繪”長江！揭秘江蘇安瀾背后的“中國方案”

交匯點訊 在萬里長江的數(shù)字鏡像里，烏東德、白鶴灘等六座巨型水電站的三維模型實時跳動，洪水演進路徑在虛擬流域中精準(zhǔn)推演。這是三峽集團長江電力智慧長江與水電科學(xué)湖北省重點實驗室正在建設(shè)構(gòu)建的長江數(shù)字孿生平臺，近日，其成果聯(lián)合中國礦業(yè)大學(xué)等多所高校在國際頂級期刊《Nature》發(fā)表，為全球大河流域治理提供了“中國方案”。

“過去長江防汛主要依靠人腦計算，現(xiàn)在有了數(shù)字孿生系統(tǒng)，相當(dāng)于給萬里長江裝上了CT掃描儀?！蔽恼伦髡咧?、中國礦業(yè)大學(xué)資源與地球科學(xué)學(xué)院教授孟凡巍在接受采訪時，生動解釋了這項創(chuàng)新技術(shù)。長江數(shù)字孿生平臺長江干流梯級電站不僅是長江安瀾的“智慧大腦”守護屏障，更通過特高壓輸電網(wǎng)絡(luò)，將西部清潔水電源源不斷輸送至江蘇，重塑著長三角能源版圖。

數(shù)智電站點亮萬家燈火

長江干流上的烏東德、白鶴灘、溪洛渡、向家壩、三峽和葛洲壩6座梯級電站，共同構(gòu)成世界最大清潔能源走廊，在促進長江經(jīng)濟帶發(fā)展中發(fā)揮了基礎(chǔ)保障作用。

這一走廊共同形成了累計總庫容達919億立方米的梯級水庫群和戰(zhàn)略性淡水資源庫，其防洪庫容達376億立方米，占2024年長江流域納入聯(lián)合調(diào)度范圍水庫總防洪庫容的53%以上，在防洪減災(zāi)、航運、抗旱補水、生態(tài)調(diào)度等方面發(fā)揮了重要作用。

江蘇省作為長江經(jīng)濟帶的核心區(qū)域，與長江相依相生。長江不僅為江蘇提供了95%的過境水量，也成了江蘇省能源的動脈之一。作為經(jīng)濟強省，江蘇年用電量居全國前列，但省內(nèi)能源資源相對匱乏。

依托國家“西電東送”戰(zhàn)略，金沙江下游-三峽梯級電站通過特高壓直流輸電工程——±500千伏龍政直流、±800千伏建蘇直流，將長江上游的水電“閃送”至長三角，為江蘇注入“綠色動能”，助力江蘇省清潔能源用電占比從不足5%躍升至30%以上。這一成就與長江流域數(shù)字孿生建設(shè)成果密不可分。

然而近年來，受全球氣候變化影響，長江流域旱澇災(zāi)害頻發(fā)，為能源保供及流域水安全保障帶來了重大挑戰(zhàn)。為此，數(shù)字孿生建設(shè)應(yīng)運而生，極大提升了流域資源管理能力，助力區(qū)域經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展。

為保障長江中下游取用水及電站受電區(qū)域能源供應(yīng)，梯級電站需處理流域氣象、水文、生態(tài)、調(diào)度、航運、工程等海量多源異構(gòu)數(shù)據(jù)，辨識流域多模態(tài)產(chǎn)匯流機制生成精準(zhǔn)預(yù)報方案，并科學(xué)決策優(yōu)化電站調(diào)度方案。

“目前，我們通過大數(shù)據(jù)分析、人工智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，我們探索了多物理場耦合仿真、時空數(shù)據(jù)融合分析、智能決策算法優(yōu)化等關(guān)鍵技術(shù)，以數(shù)字化及智能化技術(shù)繼續(xù)筑牢大國重器安全屏障?！敝腔坶L江與水電科學(xué)湖北省重點實驗室研究員楊旭表示。

“智慧中樞”護江蘇安瀾

長江流域數(shù)字孿生建設(shè)的實踐應(yīng)用，為江蘇省能源安全保障和水資源治理效能提升注入科技動能。長江流域數(shù)字孿生建設(shè)的落地實踐，正深刻地改變著江蘇省能源安全與水資源治理格局。

2024年迎峰度夏期間，江蘇用電負荷17次突破1.4億千瓦。長江電力通過數(shù)字孿生平臺開展梯級水庫聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度，精心安排電站運行方式，白鶴灘水電站16臺機組首次全容量滿發(fā)，單月發(fā)電超100億千瓦時，支持江蘇省有效應(yīng)對了超長期高溫天氣的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，為江蘇省電力安全運行、人民生活平穩(wěn)有序提供了堅實的保障。

2024年12月至2025年4月1日，枯水期三峽水庫累計為長江中下游補水超46億立方米，有效緩解了長江干流的用水緊張局面，為沿江地區(qū)春耕生產(chǎn)、居民生活和航運安全提供了重要保障。

孟凡巍介紹，智能調(diào)度技術(shù)就是像“智能水龍頭”一樣逐級調(diào)節(jié)水流，既要保住大壩下游的農(nóng)田，又要確保水電站的發(fā)電?！熬拖癜才鸥哞F時刻表，系統(tǒng)要在極短時間內(nèi)計算出最優(yōu)解。比如當(dāng)上游突降暴雨，算法會綜合考量庫存容量、發(fā)電需求、航運水位等要素，自動生成調(diào)度方案?！?/p>

嚴(yán)陣以待應(yīng)對汛期大考

今年5月1日起，江蘇正式進入汛期。據(jù)國家氣候中心預(yù)測，今年夏季淮河流域降水較常年同期偏多，江蘇本地降水疊加上游客水影響，將有較重汛情;長江流域6月至7月上中旬有階段性汛情，江蘇出梅后降水偏少，且上游客水偏少，將出現(xiàn)階段性干旱。

面對氣象部門預(yù)測的復(fù)雜水情，數(shù)字孿生平臺已嚴(yán)陣以待。從防汛抗旱到能源保供，從航運暢通到生態(tài)保護，數(shù)字長江正在重新定義流域治理的智慧邊界。

“我們將繼續(xù)加強長江干流流域六座梯級水庫運行管理，密切關(guān)注流域降雨過程及受電區(qū)域供需形勢變化。三峽集團長江電力牽頭建設(shè)的國家重點研發(fā)計劃“金沙江下游梯級水庫群數(shù)字孿生系統(tǒng)構(gòu)建關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用”項目已通過國家重點研發(fā)計劃批準(zhǔn)立項，標(biāo)志著三峽集團在智慧水利領(lǐng)域邁出了重要一步?！睏钚癖硎?，

目前，三峽水庫正按計劃消落至汛限水位，數(shù)字孿生平臺的實時監(jiān)測為這一過程保駕護航。

新華日報·交匯點記者 謝詩涵

通訊員 汪濤