“千里眼”“精算師”“穩(wěn)定器”丨三峽智慧調(diào)度這十年
本網(wǎng)訊（田銳 孫鈺芳）步入位于湖北省宜昌市西陵峽畔的三峽水利樞紐梯級調(diào)度通信中心，一整面墻的巨型電子大屏映入《中國三峽工程報(bào)》記者眼簾——從葛洲壩到烏東德的長江干流6座梯級電站與它緊密相連，長江流域水雨情遙測圖、長江干流電站的實(shí)時(shí)流量圖等信息在此精準(zhǔn)呈現(xiàn)。這里，就是三峽集團(tuán)梯級電站聯(lián)合調(diào)度的智慧中樞。
視頻制作：湯偉
十年來，這套智慧調(diào)度系統(tǒng)的預(yù)測預(yù)報(bào)精度、調(diào)度調(diào)控準(zhǔn)度持續(xù)提升，確保了以三峽電站為首的世界最大清潔能源走廊水庫群的調(diào)度，為助力長江防洪減災(zāi)、發(fā)揮水資源利用等生態(tài)效益做出了貢獻(xiàn)。
三峽工程全景? 攝影：湯偉
預(yù)測水情的“千里眼”
不論防洪還是抗旱，精準(zhǔn)掌握雨情水情信息是第一要?jiǎng)?wù)。氣象水文預(yù)測預(yù)報(bào)被譽(yù)為防汛工作的“預(yù)警機(jī)”、水庫調(diào)度的“參謀部”、水雨情的“千里眼”，是開展好樞紐防汛、電力生產(chǎn)、工程建設(shè)等各項(xiàng)工作的重要保障。
在三峽水利樞紐梯級調(diào)度通信中心（簡稱三峽梯調(diào)），一套國內(nèi)水電企業(yè)中規(guī)模最大、功能最全和技術(shù)最先進(jìn)的水情遙測系統(tǒng)正在高效運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)時(shí)匯集、分析來自1500個(gè)水雨情站點(diǎn)、20000多個(gè)區(qū)域自動(dòng)氣象站點(diǎn)的各類氣象水文信息，其監(jiān)測預(yù)報(bào)范圍覆蓋長江上游近80%的流域面積，可在10分鐘內(nèi)完成主要控制站以及控制性水庫的信息收集。而這套系統(tǒng)的建成，源自三峽集團(tuán)圍繞智慧長江建設(shè)持續(xù)10年的不懈探索。
長江電力三峽調(diào)度大廳 攝影：周保紅
2012年，三峽梯調(diào)就建成了當(dāng)時(shí)全國最大的水情遙測系統(tǒng)，可在5分鐘內(nèi)采集從四川屏山到湖北宜昌400多個(gè)遙測站點(diǎn)信息，預(yù)報(bào)48小時(shí)內(nèi)長江上游水雨情。
2016年，水雨情遙測站增加至600多個(gè)，這其中既有金沙江中游到三峽大壩的干流站點(diǎn)，也有岷沱江、嘉陵江、烏江等支流的站點(diǎn)。當(dāng)年6月，三峽梯調(diào)提前一周預(yù)報(bào)27日有3.5萬立方米每秒的洪水通過三峽工程，26日三峽水庫入庫流量達(dá)到該峰值，預(yù)報(bào)基本準(zhǔn)確。
2020年8月，借助三峽水情遙測系統(tǒng)等水文氣象預(yù)報(bào)系統(tǒng)，三峽梯調(diào)的技術(shù)專家與長江委上游水文局、地方氣象局等部門密切會(huì)商，繪圖、計(jì)算、分析、校核，提前兩天準(zhǔn)確預(yù)判第5號洪水洪峰為7.5萬立方米每秒。
攜手共保水情遙測系統(tǒng)安全度汛? 攝影：程功
“預(yù)報(bào)能力越來越強(qiáng)了，對于長江上游流域洪水，我們能做到10天以內(nèi)看趨勢，5天以內(nèi)看量級，2天以內(nèi)看過程。”長江電力三峽梯調(diào)副主任鮑正風(fēng)說，“一方面預(yù)報(bào)范圍持續(xù)擴(kuò)展，從原來的宜賓到宜昌之間50多萬平方公里的相關(guān)流域，擴(kuò)展至如今跨14個(gè)省市超200萬平方公里的區(qū)域；另一方面預(yù)報(bào)更加精細(xì)化，從11個(gè)分區(qū)面雨量預(yù)報(bào)發(fā)展為4萬多個(gè)5公里×5公里網(wǎng)格的數(shù)值預(yù)報(bào)。”
科學(xué)調(diào)度的“精算師”
有了水雨情預(yù)報(bào)，還需要科學(xué)制定調(diào)度方案。長江干流6座梯級水庫總防洪庫容達(dá)376億立方米，占長江流域納入聯(lián)合調(diào)度水庫總防洪庫容的50%以上，科學(xué)調(diào)度是讓梯級水庫群“活”起來的核心所在。
一般情況下，洪水到來之前，水庫要降低水位，騰出庫容；洪水入庫時(shí)，要結(jié)合上下游防洪形勢控制下泄流量，確保下游控制站水位保持在安全范圍內(nèi)；洪水通過后，一旦下游防汛形勢好轉(zhuǎn)，就要抓住有利時(shí)機(jī)錯(cuò)峰泄洪，降低水庫水位，騰出庫容應(yīng)對下一次洪水。
但問題是，在什么時(shí)間、哪個(gè)水庫泄洪多少最為合理？梯級水庫聯(lián)合防洪調(diào)度該如何進(jìn)行?
“聯(lián)合展開防洪調(diào)度是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)問題，既要解決梯級水庫什么時(shí)候攔、哪個(gè)水庫先攔、每個(gè)水庫攔多少的問題，還要考慮樞紐大壩安全、航運(yùn)、發(fā)電等多方面因素。”鮑正風(fēng)說，“因此，每一次調(diào)度背后，不僅是審時(shí)度勢、精密測算，更是多方考慮的平衡協(xié)調(diào)。”
三峽梯調(diào)開展聯(lián)合會(huì)商 攝影：莫祖鳳
“長期以來，我們著眼全流域，立足三峽集團(tuán)所屬干支流金沙江下游梯級、三峽梯級、清江梯級樞紐，組織開展系統(tǒng)性聯(lián)合防洪調(diào)度研究，提出一系列兼顧洪水資源利用、水庫排沙、船舶疏散等多目標(biāo)的聯(lián)合防洪調(diào)度成果，并積極促進(jìn)最新成果納入三峽調(diào)度規(guī)程和每年的年度調(diào)度方案，指導(dǎo)水庫實(shí)時(shí)調(diào)度運(yùn)行。”三峽集團(tuán)流域管理中心水資源中心副主任專業(yè)師胡挺說，“金沙江下游梯級155億立方米防洪庫容可打捆使用，有效保障川江宜賓、瀘州、重慶等城市的防洪安全。金沙江下游梯級配合三峽開展聯(lián)合防洪調(diào)度，可將三峽為城陵磯地區(qū)防洪補(bǔ)償控制水位由155米提高到158米，進(jìn)一步保障長江中下游防洪安全，減輕防洪壓力。”
2020年，三峽水庫的最大洪峰為7.5萬立方米每秒，這是三峽建庫以來的最大洪峰，遠(yuǎn)超1998年6.33萬立方米每秒的洪峰，而長江中下游安然無恙。
根據(jù)長江水利委員會(huì)的分析，如果沒有以三峽水庫為核心的水庫群聯(lián)合調(diào)度，在同樣量級洪水的情況下，沙市洪峰水位將超過保證水位1.3米，蓮花塘洪峰水位將超過保證水位0.8米，這意味著荊江分洪區(qū)必須啟用，分洪區(qū)內(nèi)60多萬人口要轉(zhuǎn)移，49.3萬畝耕地以及10余萬畝水產(chǎn)養(yǎng)殖面積將被淹沒。
荊州市內(nèi)的荊江大堤? 攝影：湯偉
因?yàn)橛刑菁壦畮炻?lián)合優(yōu)化調(diào)度模型、調(diào)度方案智能評估體系、梯級水庫聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度智能化決策支撐平臺(tái)這樣的“最強(qiáng)大腦”，通過運(yùn)用智能化算法、大數(shù)據(jù)技術(shù)這樣的“精算法”，三峽梯調(diào)實(shí)現(xiàn)了對梯級水庫防洪、發(fā)電、航運(yùn)、生態(tài)等綜合要素的快速求解，從而實(shí)現(xiàn)綜合效益的最大化。
調(diào)節(jié)水量的“穩(wěn)定器”
中國工程院院士王浩曾說過，“縱觀人類歷史，目前除了修建水庫大壩，人類還沒有其他手段解決天然水資源的時(shí)空分布不均矛盾。”除了防洪，智慧調(diào)度系統(tǒng)在水資源利用、生態(tài)調(diào)度等方面也發(fā)揮了作用，堪稱調(diào)節(jié)水量的“穩(wěn)定器”。
長江中下游每年12月至來年3月是枯水期，多年平均流量為3500立方米每秒。在此期間，沿江生產(chǎn)生活用水緊張，荊江下半段的淺灘航道幾乎每年都出現(xiàn)礙航現(xiàn)象，長江口海水倒灌加劇，嚴(yán)重影響沿江經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展。
2022年夏季三峽工程補(bǔ)水? 攝影：湯偉
三峽工程自2003年開始蓄水以來，在每年枯水期都為長江中下游及時(shí)供水和補(bǔ)水，截至2022年6月，已累計(jì)為長江中下游調(diào)節(jié)補(bǔ)水3332億立方米，近10年的補(bǔ)水總量占了大頭。近4年，三峽水庫累計(jì)為下游補(bǔ)水近700天，補(bǔ)水總量約900億立方米，平均增加枯水期下游流量約1700立方米每秒，有效改善了中下游地區(qū)的通航條件，有力保障了沿江生產(chǎn)、生活和生態(tài)用水需求。
2022年，長江流域持續(xù)干旱，8月1日至15日，長江委統(tǒng)籌抗旱用水和高溫保供電需求，調(diào)度流域控制性水庫群有序向中下游地區(qū)補(bǔ)水約53億立方米，其中三峽水庫補(bǔ)水10.9億立方米，一定程度上緩解了長江中下游干流水位偏低的情況。
水清岸綠的三峽水庫 攝影：湯偉
同時(shí)，梯級水庫還開展生態(tài)調(diào)度試驗(yàn)。生態(tài)調(diào)度是指在四大家魚產(chǎn)卵期間，水庫持續(xù)增加放水量，造成江水持續(xù)上漲過程，創(chuàng)造適宜的水文、水力條件，促進(jìn)“四大家魚”等產(chǎn)漂流性卵魚類產(chǎn)卵繁殖，最大限度發(fā)揮長江水庫群生態(tài)功能。
自2011年至今，生態(tài)調(diào)度試驗(yàn)已連續(xù)開展12年。近年來，向家壩下游與葛洲壩下游河段魚類產(chǎn)卵監(jiān)測情況表明，生態(tài)調(diào)度對促進(jìn)“四大家魚”等產(chǎn)漂流性卵魚類繁殖的作用顯著。
水是人類賴以生存的重要資源，對大江大河的管理伴隨著人類社會(huì)發(fā)展的全過程，全球氣候變化和經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展更對江河管理水平提出了全新要求。經(jīng)過十年的持續(xù)努力，三峽人用科技賦能江河，打造出大數(shù)據(jù)時(shí)代的智慧調(diào)度標(biāo)桿，不斷探索更智慧、更高效的流域水資源管理未來。
本文資料提供：長江電力三峽梯調(diào)、流域管理中心
編輯：陳曉英 楊思恒