三十年前,長江之上號角聲起,三峽工程正式開工建設(shè)。在奮進(jìn)中國式現(xiàn)代化的漫漫征途上,擺在三峽工程面前的,是一場跨越歷史長河、連通未來愿景的資源調(diào)度。
一只超凡的“水龍頭”
2024年7月11日,長江上游遭受強(qiáng)降雨,三峽水庫入流流量快速上漲,至當(dāng)日18時(shí)已漲至50000立方米每秒,標(biāo)志著“長江2024年第2號洪水”在上游形成。
四日之后,這股洪水浩蕩過境湖北荊州:沙市站最高水位42.25米,雖低于警戒水位0.75米,但其威勢已不容小覷。
此刻,北向9公里的荊州方特東方神畫園內(nèi),“東方神話”劇目輪番上演,游客們有序入場。對于正在悄然過境的2號洪水,他們似乎渾然不覺。
荊州位于湖北省中部,在農(nóng)耕時(shí)代憑借江漢平原得天獨(dú)厚的自然條件,孕育出了繁榮的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力。但洪災(zāi),一直是這里最大的威脅。
其背后,皆因“萬里長江,險(xiǎn)在荊江”——作為長江自湖北枝江至湖南岳陽城陵磯段的別稱,荊江水流曲折蜿蜒,宣泄不暢,水患頻發(fā),成為了長江防洪的重中之重。據(jù)統(tǒng)計(jì),僅1931年至1949年期間,荊江地區(qū)就被淹了5次。
長江為何洪澇頻發(fā)?“皆因水的時(shí)空分布不均。”水利部長江水利委員會(以下簡稱“長江委”)總工程師陳桂亞一語道破。長江為雨洪河流,年降水量豐沛且集中在每年5月至10月。洪水常由暴雨引起,中下游先遭,上游后至,季節(jié)性差異使上下游洪峰錯(cuò)開。但一旦氣候異常,上下游洪水疊加,便有可能形成洪災(zāi)。
湖北宜昌,地處我國地理第二三級階梯交匯、長江峽谷末端之要沖,在此筑壩攔江,猶如扼住上游洪水之喉,可直接控制荊江河段洪水來量的95%,武漢以上洪水來量的67%。于是,三峽工程應(yīng)運(yùn)而生。
騰庫迎洪、攔洪蓄洪、削峰錯(cuò)峰……每逢汛期,三峽工程便和洪水進(jìn)行著無聲的較量——
截至2024年9月底,三峽工程攔洪總量超2100億立方米;2010年、2012年、2020年入庫最大洪峰均超過70000立方米每秒,經(jīng)過水庫攔蓄,洪峰被削減約40%,極大減輕了長江中下游地區(qū)防洪壓力。
“以前是‘半年搞防汛、半年修水利’,現(xiàn)在可以悠閑地喜迎八方游客!2024年6月至7月,荊州市文旅消費(fèi)市場持續(xù)火爆。上游三峽水庫的建成,大大減輕了荊江大堤的防守壓力,使得荊州水患得以根本性好轉(zhuǎn),荊州也由此肩負(fù)起建設(shè)江漢平原高質(zhì)量發(fā)展示范區(qū)的新使命,積極探索內(nèi)生型發(fā)展的新路徑。
在探索人與自然和諧共生的過程中,三峽工程不僅守護(hù)著江河安瀾,也悄然調(diào)節(jié)著四季水脈。
湖北省咸寧市嘉魚縣潘家灣鎮(zhèn)坐落在長江邊上,蜿蜒的水渠從長江引來源源不斷的水流,滋養(yǎng)著這座小鎮(zhèn)的農(nóng)田。
多年前,每逢旱季當(dāng)?shù)卮迕駛兛偸菓n心忡忡:由于長江天然來水季節(jié)性特征明顯,旱季的流量和水位大幅降低,“取水灌溉”成了心頭難。如今的春耕時(shí)節(jié),隨著三峽大壩水庫增大下泄流量,潘家灣鎮(zhèn)的抗旱局勢悄然間發(fā)生了變化。
看著水位緩緩爬升,潘家灣鎮(zhèn)肖家洲村支部副書記楊登左不禁感慨:“以前抽水機(jī)得費(fèi)盡九牛二虎之力才能從長江抽到水,現(xiàn)在長江水位已經(jīng)逼近水渠的取水口,取水容易多了!
放眼全球,我國的人均水資源量只有世界平均水平的四分之一,屬“極度水資源缺乏”。
隨著三峽工程的建成運(yùn)行,我國腹地形成了一個(gè)總量近400億立方米的國家戰(zhàn)略淡水資源庫。每年汛前,三峽水庫水位降至汛限水位,以騰出防洪庫容攔蓄洪水,到了汛末,逐步抬高水位蓄水,到枯水期時(shí)對中下游進(jìn)行補(bǔ)水、供水。這樣,通過“蓄豐補(bǔ)枯”的方式,優(yōu)化調(diào)整了水資源的時(shí)空分布,為我國跨流域配置水資源創(chuàng)造了條件。
一場千里外的綠色“來電”
鋪開中國能源資源地圖,大量煤炭、風(fēng)能、太陽能、水能資源蘊(yùn)藏在中國西部。
電從遠(yuǎn)方來,跨省跨區(qū)輸電已屢見不鮮——一條條特高壓輸電線路,跨越中國地理三級階梯,支撐著東部地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展。
截至2024年8月,“西電東送”工程的輸電能力已超過3億千瓦,支撐全國東中部地區(qū)約20%的用電需求,成為破解能源空間制約的重要途徑。
總裝機(jī)容量世界第一的三峽電站就是“西電東送”的骨干電源,電能晝夜不息送往華中、華東、廣東等地。截至2024年9月底,三峽電站已累計(jì)發(fā)電超17000億千瓦時(shí),相當(dāng)于替代標(biāo)準(zhǔn)煤5.1億多噸,減少二氧化碳排放量14億多噸。
三峽輸電線路
由于水能只能在瞬時(shí)被收集,在當(dāng)?shù)剞D(zhuǎn)化為電能后被送到遠(yuǎn)方。因此在“西電東送”這場遙遠(yuǎn)的相送中,除了電源點(diǎn),輸變電工程的建設(shè)是另一項(xiàng)重頭戲。而這背后,是一個(gè)更大的故事——“全國大聯(lián)網(wǎng)”。
1979年,中國電力發(fā)展已有新思路:發(fā)展大電站、建設(shè)大型水電和火電基地、發(fā)展電網(wǎng)、實(shí)施大型水電和煤礦坑口電廠向外送電……
1981年,我國第一條500千伏超高壓輸電線路平頂山-武昌輸變電工程竣工,湖北、河南兩省聯(lián)網(wǎng)加強(qiáng);
1984年,山西大同、神頭電廠投產(chǎn),大同-房山兩回500千伏線路投運(yùn),北京用上了山西電;
1993年,貴州天生橋-廣州±500千伏直流輸電工程投運(yùn),南方聯(lián)營電網(wǎng)正式形成……
隨著電壓等級的提高,以及經(jīng)濟(jì)發(fā)展對電力需求的迅速增長,各區(qū)域電網(wǎng)的規(guī)模越來越大,需要更大范圍的聯(lián)網(wǎng),以實(shí)現(xiàn)更大區(qū)域跨度的資源配置——直到1997年,三峽電站向華東、廣東送電的輸變電工程陸續(xù)開工,全國電網(wǎng)互聯(lián)迎來契機(jī)。
從地理位置上看,三峽電站恰好位于西電東送、南北互供的中心,可以東聯(lián)上海、西接川渝、北達(dá)京津、南至廣州,是全國聯(lián)網(wǎng)的中樞和理想的能源基地。
一排排電纜在鐵塔的牽引下,以三峽大壩為起點(diǎn),逶迤著伸向四面八方。鐵塔和縱橫交錯(cuò)的電纜構(gòu)成了三峽電站的電力外送大通道——三峽輸變電系統(tǒng),直接形成了華中-川渝、華中-華東、華中-南方的聯(lián)合電網(wǎng),并促進(jìn)了華中-西北與華中-華北之間的電網(wǎng)互聯(lián),為全國聯(lián)網(wǎng)打下了重要基礎(chǔ)。
至此,隨著三峽輸變電工程建成投產(chǎn),一個(gè)僅次于北美聯(lián)合電網(wǎng)(約8億千瓦)、與歐洲聯(lián)合電網(wǎng)(約5億千瓦)規(guī)模相當(dāng)?shù)氖澜缂壧卮笮碗娏ο到y(tǒng)已基本形成。這一超大電網(wǎng),橫跨黃河、長江、珠江三大水系,覆蓋多個(gè)大型煤電基地與水電基地,東西相距超過2000千米。由于電源結(jié)構(gòu)、負(fù)荷特性、季節(jié)氣候等方面差異巨大,電網(wǎng)的互聯(lián)、大電網(wǎng)的形成對于獲取地區(qū)電網(wǎng)之間潛在的巨大錯(cuò)峰效益、水電站群補(bǔ)償調(diào)節(jié)效益以及水火互補(bǔ)容量效益等成為可能。
由此來看,三峽工程對今天的中國加快規(guī)劃建設(shè)新型能源體系,有著非凡的意義——
從電力特性上看,三峽電站發(fā)出的電力清潔環(huán)保、保證率高。因此,三峽輸變電工程對提高電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)學(xué)、安全性、靈活性都具有重要意義。同時(shí),也為推動(dòng)全國范圍的電力市場建設(shè)和電力交易提供良好平臺,為取得更大的能源與市場資源優(yōu)化配置的經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和環(huán)境效益創(chuàng)造了條件。
一支看不見的“指揮棒”
繼三峽之后,長江干流陸續(xù)建起向家壩、溪洛渡、烏東德、白鶴灘等多座水電站,加上“萬里長江第一壩”葛洲壩水電站,共同構(gòu)成世界最大清潔能源走廊。這條古老長河重?zé)ㄉ鷻C(jī),已然成為引領(lǐng)中國高質(zhì)量發(fā)展的大動(dòng)脈。
發(fā)展離不開安全,水安全是國家安全的重要組成部分,是生存發(fā)展的基礎(chǔ)性問題。
以三峽工程為核心的六座巨型水電站和梯級水庫群形成了開發(fā)治理長江的新格局,為國家在更高層面、更大范圍進(jìn)行水資源配置、電力調(diào)度和構(gòu)建減災(zāi)防災(zāi)體系創(chuàng)造了條件,為保障國家水安全、能源安全作出了貢獻(xiàn)。
梯級水庫群的管理不同于單座電站,相互關(guān)聯(lián)、相互影響,必須將整個(gè)河流梯級的安全和水資源利用管理整體效率的最優(yōu)放在首位。如何實(shí)現(xiàn)?關(guān)鍵在于調(diào)度。
調(diào)度跨越多個(gè)區(qū)域,要統(tǒng)籌好上下游、左右岸、干支流之間的關(guān)系;調(diào)度也涉及多個(gè)行業(yè),要兼顧防洪、補(bǔ)水、通航、生態(tài)、發(fā)電等多重目標(biāo),背后是無數(shù)模型的構(gòu)建與細(xì)致的數(shù)據(jù)運(yùn)算。
作為我國重要的行洪通道,長江今日已經(jīng)形成了以堤防為基礎(chǔ),三峽水庫為骨干,其他干支流水庫、蓄滯洪區(qū)、河道整治等工程以及非工程措施相互配合的綜合防洪體系。
近年來,極端氣候事件的頻繁出現(xiàn),對以高水平江河治理提升全流域整體安全水平提出了新的挑戰(zhàn)。為做好跨區(qū)域防洪工作,有127座水工程被納入2024年長江流域聯(lián)合調(diào)度,其中控制性水庫總調(diào)節(jié)庫容1169億立方米,總防洪庫容706億立方米。然而,要調(diào)度運(yùn)用好這些“國之重器”,需要龐大數(shù)據(jù)的演算和模擬,傳統(tǒng)方式尚不能滿足快速、精準(zhǔn)地支撐調(diào)度決策的需求。2023年以來,在水利部統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)下、水利部三峽司組織協(xié)調(diào)下,長江委協(xié)同三峽集團(tuán)等單位持續(xù)發(fā)力,初步建成數(shù)字孿生三峽。
“這就好比將長江與三峽工程整體‘搬進(jìn)’計(jì)算機(jī),進(jìn)行一場精準(zhǔn)的沙盤推演!遍L江設(shè)計(jì)集團(tuán)規(guī)劃院副總工程師李安強(qiáng)解釋道。
在長江委長江水文情報(bào)預(yù)報(bào)中心的電腦屏幕上,數(shù)字孿生三峽平臺正有序運(yùn)行,這個(gè)復(fù)刻出來的“虛擬三峽”密密麻麻閃動(dòng)著各種監(jiān)測數(shù)據(jù),輕點(diǎn)鼠標(biāo),三峽水庫各項(xiàng)關(guān)鍵數(shù)值和實(shí)時(shí)畫面躍然屏上。
據(jù)水文專家介紹,數(shù)字孿生水利體系一方面構(gòu)建了“天空地水工”一體化監(jiān)測感知體系,全覆蓋、全要素、全天候、全周期感知洪水態(tài)勢;另一方面充分發(fā)揮了流域防洪“四預(yù)”功能,能科學(xué)精準(zhǔn)指揮調(diào)度。
“數(shù)字孿生三峽是為物理世界中的三峽大壩打造出的一種‘?dāng)?shù)字映射世界’,除了實(shí)時(shí)即時(shí)映射,還可以看見過去、預(yù)測未來,還可以模擬各種場景!崩畎矎(qiáng)說,“這個(gè)數(shù)據(jù)庫里,儲存了過去歷史上發(fā)生過的所有洪水信息,通過大模型學(xué)習(xí)歷史洪水?dāng)?shù)據(jù)并進(jìn)行演算,在我們輸入當(dāng)前長江的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)時(shí),系統(tǒng)便能自動(dòng)推演洪水的發(fā)展過程。相較于傳統(tǒng)預(yù)報(bào)方法,其精度更高,預(yù)見期更長,為防洪工作爭取了寶貴的時(shí)間!
“三峽工程與長江流域是深度融合、密不可分的,只有將兩者作為一個(gè)整體來考慮,才能確保三峽工程持續(xù)發(fā)揮巨大綜合效益,進(jìn)一步促進(jìn)流域內(nèi)生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、社會發(fā)展和長治久安!标惞饋喺f。
目前,數(shù)字孿生三峽正圍繞防洪精準(zhǔn)調(diào)度、樞紐工程安全管理、水庫運(yùn)行安全管理、后續(xù)工作管理以及綜合決策支持等五大板塊,構(gòu)建業(yè)務(wù)應(yīng)用體系,積極推動(dòng)實(shí)體工程與數(shù)字孿生工程的深度融合與交互映像,確保三峽工程在流域管理的框架下高效調(diào)度,長期安全穩(wěn)定運(yùn)行,為國家和人民貢獻(xiàn)更大的力量。
文章來源:中國長江三峽集團(tuán)有限公司
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