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        寧波市水利水電規劃設計研究院有限公司

        數字孿生,賦能梯級水庫聯合調度和安全運行丨解讀數字孿生周公宅-皎口梯級水庫系統

        2024-05-09

        編者按:智慧水利建設是新時代水利高質量發展的重要實施路徑和顯著標志之一,而數字孿生正是智慧水利建設的核心與關鍵。我院承建的全國首批數字孿生流域先行先試試點項目“數字孿生周公宅-皎口梯級水庫”于去年年底完工驗收,現已成為展示數字孿生水利建設的“浙江經驗”的優秀樣板。

         

               數字孿生周公宅-皎口梯級水庫系統是什么?有人說,它是工程+流域的融合孿生體,鏡像水庫工程的現實,推演水庫工程的未來;有人說,它是理解水庫的新工具,深入了解水庫設備結構;還有人說,它是水庫智慧化管理的新起點,為水庫的安全運行和效益發揮提供了“新引擎”。

                周公宅、皎口水庫是位于寧波市甬江流域鄞江上游的串聯水庫,地處寧波市歷年暴雨中心四明山區,洪水預報調度難度大。如何進行兩座水庫聯合錯峰調度、最大化發揮水庫的攔洪能力,一直是水利部門面臨的重點和難點。2022年5月起,寧波市啟動數字孿生周公宅-皎口梯級水庫項目,聚焦信息基礎設施、數字孿生平臺、業務應用及網絡安全等四大核心領域,將數字孿生系統打造為水庫的“調度專家”“安全醫生”與“運行管家”,全面升級與優化水庫運行管理水平。

        “調度專家”賦能水庫防汛調度

               數字孿生周公宅-皎口梯級水庫系統以防汛防臺實際需求為導向,建設鄞江流域產匯流模型、梯級水庫聯合調度模型和水庫下游一二維耦合水動力模型,實現流域上下游基礎數據、實時數據、預報數據等全要素信息的同步和共享。

               相較于單個水庫工程,梯級水庫數字孿生系統建設不僅需要考慮每座水庫的運行和管理,更要深入考慮梯級間的水流調度、相互影響以及聯合防洪、發電等協同管理。圍繞兩座水庫本身的安全和聯合調度,數字孿生周公宅-皎口梯級水庫系統給出了重塑洪水預報工作業務流程、搭建梯級水庫聯合調度模型、構建工程間高效共享信息通道等“三位一體”的解決方案。

               在洪水預報方面,將傳統的各水庫獨立預報的流程進行重塑,實現兩座水庫工作人員在同一平臺上協同操作、實時計算與快速分析,聯合預報調度方案的制定時間從原先的10分鐘縮減至目前的1-2分鐘,顯著提升了洪水預報效率。在水庫聯合調度、工程信息共享方面,在系統設計之初就搭建梯級水庫聯合調度模型,開放工程數據共享權限,實現兩座水庫在孿生世界的“互聯互通”。

               借助高度仿真的可視化技術,精準預演分析水庫漲落、河道漲落、淹沒區域及其影響情況首次成為了可能。這不僅有助于研判洪水形勢,更能在復雜多變的洪水條件下為水庫防汛決策提供有力支撐。

        水庫洪水預演示意圖

               自系統試運行以來,成功支撐周公宅和皎口兩座水庫有效應對2022年的“軒嵐諾”和“梅花”、2023年的“杜蘇芮”和“卡努”等多場臺風暴雨的挑戰。尤其在2022年“梅花”臺風來襲時,面對降雨量超過50年一遇的極端天氣,系統快速生成了多組預報調度方案,通過正向預演,精準模擬了不同方案下水庫的漲落情況以及下游的受影響程度。同時,利用逆向推演功能,科學制定水庫前期的預泄措施和中期攔蓄洪峰的調度策略。

              通過系統的精準演算、比對分析、動態調優,實現兼顧上下游防洪安全的優化調度。據統計,防御“梅花”臺風期間,周公宅水庫攔蓄洪水量2296萬立方米、削峰率60%,皎口水庫攔蓄洪水量5707萬立方米、削峰率83%,水庫聯合調度有力保障了甬江下游章水鎮、龍觀鄉、鄞江鎮等地6萬余群眾的生命財產安全。

        “梅花”臺風期間,利用系統洪水預報功能實現精準預報,指導水庫預泄工作。

         

        “安全醫生”守護大壩安全無虞

              水庫大壩是流域防洪工程體系重要組成部分,是保障水安全的“重器”。數字孿生周公宅-皎口梯級水庫系統利用高精度模擬仿真引擎1:1構建水庫大壩可視化模型和工程安全監測分析模型,全面監控、深入分析水庫環境量、變形、滲流、應力應變、地震等安全要素,逐時分析大壩的各項安全指標,直觀展示大壩的安全狀態。

        水庫安全監測預警示意圖

               更為便捷的是,通過一鍵啟動大壩安全體檢功能,系統便能自動進行大壩“全面體檢”并快速生成詳盡的“體檢報告單”。借助這份“體檢報告單”,管理人員能迅速掌握大壩的安全狀況,及時發現潛在風險并采取相應措施,確保水庫的穩定運行和下游地區的安全。

        “運行管家”精細把控水庫設備管理

        水庫水輪機拆裝仿真示意圖

                依托BIM仿真建模技術,數字孿生周公宅-皎口梯級水庫系統實現了對水庫重要設備資產的精細管理。結合監測監控數據,實時掌握水庫防洪、供水、發電的運行狀況,保障水庫安全高效運行。同時,利用BIM技術對水輪機、發電機等重要機電設備進行零部件級的拆解,“再現”設備的內部機構和狀態。這一技術幫助水庫工作人員直觀、深入地了解設備的運行原理與機制,為設備的精細管理及維修養護提供重要支持,也大幅提升了水庫設備管理的智能化水平。

               

         

        來源:浙江水利、智慧院

        編審:綜合部

         

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