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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(lián)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(shí)代水利高質(zhì)量發(fā)展的重要實(shí)施路徑和顯著(zhù)標志之一,而數字孿生正是智慧水利建設的核心與關(guān)鍵。我院承建的全國首批數字孿生流域先行先試試點(diǎn)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(jīng)驗”的優(yōu)秀樣板。

 

       數字孿生周公宅-皎口梯級水庫系統是什么?有人說(shuō),它是工程+流域的融合孿生體,鏡像水庫工程的現實(shí),推演水庫工程的未來(lái);有人說(shuō),它是理解水庫的新工具,深入了解水庫設備結構;還有人說(shuō),它是水庫智慧化管理的新起點(diǎn),為水庫的安全運行和效益發(fā)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(lián)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(jìn)行兩座水庫聯(lián)合錯峰調度、最大化發(fā)揮水庫的攔洪能力,一直是水利部門(mén)面臨的重點(diǎn)和難點(diǎn)。2022年5月起,寧波市啟動(dòng)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(yè)務(wù)應用及網(wǎng)絡(luò )安全等四大核心領(lǐng)域,將數字孿生系統打造為水庫的“調度專(zhuān)家”“安全醫生”與“運行管家”,全面升級與優(yōu)化水庫運行管理水平。

“調度專(zhuān)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(shí)際需求為導向,建設鄞江流域產(chǎn)匯流模型、梯級水庫聯(lián)合調度模型和水庫下游一二維耦合水動(dòng)力模型,實(shí)現流域上下游基礎數據、實(shí)時(shí)數據、預報數據等全要素信息的同步和共享。

       相較于單個(gè)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(lián)合防洪、發(fā)電等協(xié)同管理。圍繞兩座水庫本身的安全和聯(lián)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(yè)務(wù)流程、搭建梯級水庫聯(lián)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(jìn)行重塑,實(shí)現兩座水庫工作人員在同一平臺上協(xié)同操作、實(shí)時(shí)計算與快速分析,聯(lián)合預報調度方案的制定時(shí)間從原先的10分鐘縮減至目前的1-2分鐘,顯著(zhù)提升了洪水預報效率。在水庫聯(lián)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(lián)合調度模型,開(kāi)放工程數據共享權限,實(shí)現兩座水庫在孿生世界的“互聯(lián)互通”。

       借助高度仿真的可視化技術(shù),精準預演分析水庫漲落、河道漲落、淹沒(méi)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(lái),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(chǎng)臺風(fēng)暴雨的挑戰。尤其在2022年“梅花”臺風(fēng)來(lái)襲時(shí),面對降雨量超過(guò)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(guò)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(shí),利用逆向推演功能,科學(xué)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(guò)系統的精準演算、比對分析、動(dòng)態(tài)調優(yōu),實(shí)現兼顧上下游防洪安全的優(yōu)化調度。據統計,防御“梅花”臺風(fēng)期間,周公宅水庫攔蓄洪水量2296萬(wàn)立方米、削峰率60%,皎口水庫攔蓄洪水量5707萬(wàn)立方米、削峰率83%,水庫聯(lián)合調度有力保障了甬江下游章水鎮、龍觀(guān)鄉、鄞江鎮等地6萬(wàn)余群眾的生命財產(chǎn)安全。

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

 

“安全醫生”守護大壩安全無(wú)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(huán)境量、變形、滲流、應力應變、地震等安全要素,逐時(shí)分析大壩的各項安全指標,直觀(guān)展示大壩的安全狀態(tài)。

水庫安全監測預警示意圖

       更為便捷的是,通過(guò)一鍵啟動(dòng)大壩安全體檢功能,系統便能自動(dòng)進(jìn)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(shí)發(fā)現潛在風(fēng)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(shù),數字孿生周公宅-皎口梯級水庫系統實(shí)現了對水庫重要設備資產(chǎn)的精細管理。結合監測監控數據,實(shí)時(shí)掌握水庫防洪、供水、發(fā)電的運行狀況,保障水庫安全高效運行。同時(shí),利用BIM技術(shù)對水輪機、發(fā)電機等重要機電設備進(jìn)行零部件級的拆解,“再現”設備的內部機構和狀態(tài)。這一技術(shù)幫助水庫工作人員直觀(guān)、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(lái)源:浙江水利、智慧院

編審:綜合部

 

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