東南網(wǎng)4月21日報道(福建日報記者 張穎 陳旻 通訊員 廖柳青 文／圖)
AI賦能，安瀾有“數(shù)”
閩江干流中段，“華東第一壩”——水口大壩橫扼閩江。
在距離水口大壩60多公里遠(yuǎn)的福建水口發(fā)電集團(tuán)有限公司(以下簡稱“水口集團(tuán)”)大樓的22層，閩江正以數(shù)字孿生形式呈現(xiàn)在大屏幕上。
水口集團(tuán)信通中心通信班班長方巍打開閩江流域“智慧能源大腦”，水口水庫及集團(tuán)所轄街面、水東、雍口等主要水庫的雨量、日流量、庫容、水量利用率等重要指標(biāo)參數(shù)躍然屏上。將頁面切換到水電站智能巡檢平臺、機(jī)器人智能巡檢集控平臺，水口電站大壩、水輪機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，以及水庫的實(shí)時水位、發(fā)電負(fù)荷、水情預(yù)報等也都實(shí)時可見。
經(jīng)過兩年謀劃建設(shè)，“數(shù)字閩江”已經(jīng)初見雛形。
“洪水預(yù)報是‘?dāng)?shù)字閩江’最重要的功能之一，今年我們的AI洪水預(yù)報模型將會經(jīng)受臺風(fēng)季汛期的考驗(yàn)�！狈轿〗榻B說。
“福建防汛看閩江，閩江防汛看水口。”閩江流量大、流速快，多年平均年徑流量達(dá)到584億立方米，極端天氣條件時有較高的洪水風(fēng)險。水口大壩的壩址以上流域面積有52438平方公里，控制了閩江流域86%的集水面積，總庫容26億立方米，被形容為福州人民頭上“一盆水”。
“閩江流域地理環(huán)境復(fù)雜，洪水預(yù)報比較困難�！彼畮煺{(diào)度班副班長潘辛梅介紹說，水電站水位變動非一時一事，受區(qū)間降雨、上游周期來水及發(fā)電負(fù)荷波動等多重因素影響。
以往，水庫的水位控制、負(fù)荷調(diào)節(jié)大多依靠人工經(jīng)驗(yàn)與傳統(tǒng)算法�！暗珕渭円蕾嚱�(jīng)驗(yàn)判斷存在局限，容易造成棄水風(fēng)險，也可能給水電站的安全運(yùn)行帶來風(fēng)險。”方巍說，將傳統(tǒng)水文學(xué)與AI技術(shù)結(jié)合，AI洪水預(yù)報模型實(shí)現(xiàn)了混合深度學(xué)習(xí)，為電站安全科學(xué)運(yùn)行再加上一道“安全網(wǎng)”。
在閩江上游4.2萬平方公里的監(jiān)測區(qū)域，系統(tǒng)部署了117個落地雨量監(jiān)測站點(diǎn)及大量智能監(jiān)測終端。包括上游斷面實(shí)測入流、下游斷面實(shí)測出流等一系列數(shù)據(jù)的水位、雨量等水文氣象信息，不間斷匯聚到后臺，加上氣象網(wǎng)格數(shù)據(jù)、徑流預(yù)報數(shù)據(jù)，形成閩江水情預(yù)報“流域一張圖”，可預(yù)測未來24小時直至10天的徑流量。
在實(shí)時數(shù)據(jù)之外，模型深度挖掘近30年的閩江流域氣象和水文監(jiān)測數(shù)據(jù)，總結(jié)相關(guān)規(guī)律，實(shí)現(xiàn)對閩江流域水位、流量、面雨量等水情要素的多維度、深層次分析。
方巍介紹說，目前“數(shù)字閩江”運(yùn)行著5個模型，其中新安江模型、DDRM模型為傳統(tǒng)水文學(xué)模型，LSTM模型、時空異構(gòu)模型和AI混合預(yù)報模型為人工智能模型。“在強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析和處理能力支撐下，目前對未來9至24小時洪峰的預(yù)報精度達(dá)90%以上，達(dá)到甲級標(biāo)準(zhǔn)，可助力防洪調(diào)度智能化預(yù)警和快速響應(yīng)�！�
同時，“數(shù)字閩江”還能在閩江三維模型上進(jìn)行防汛發(fā)電智能調(diào)度方案預(yù)演，完整展現(xiàn)水庫調(diào)度預(yù)騰庫、泄洪、攔洪尾的整個過程�！霸诓粩喾抡骖A(yù)演中，系統(tǒng)可以快速確定最優(yōu)方案，實(shí)現(xiàn)流域洪水調(diào)度虛擬模擬先行、決策調(diào)度在后，并提前預(yù)警潛在風(fēng)險，實(shí)現(xiàn)流域防洪精準(zhǔn)調(diào)度和水能利用率提升雙翼齊飛。”方巍說。
讓水位預(yù)測“先知先覺”，就能變“被動響應(yīng)”為“主動防御”。去年汛期，水口水電站經(jīng)受住洪峰考驗(yàn)，先后對6個流量超過1萬立方米／秒的洪峰進(jìn)行攔洪削峰，減輕了下游的防汛壓力。其中，2024年6月16日14時，最大入庫洪峰流量為21300立方米每秒，經(jīng)科學(xué)調(diào)度，洪峰安全通過水口水電站。
“智”御樞紐，“綠電”滿格
在閩江的閩清縣段，高101米、長783米的水口大壩屹立江中，水口水電站是閩江防洪調(diào)度和水資源利用的重要樞紐。
記者走進(jìn)水電站的水輪機(jī)層，7臺發(fā)電機(jī)組轟隆作響，一臺小巧精致的白色機(jī)器人緩慢前行，走到一處固定方位停下，“搖頭晃腦”后繼續(xù)前進(jìn)，到達(dá)下一個地點(diǎn)重復(fù)上述動作。這是水口水電站智能巡檢機(jī)器人的應(yīng)用場景之一。
“由控制后臺向巡檢機(jī)器人下發(fā)命令，巡檢機(jī)器人接收到任務(wù)后，立即開展巡檢，并實(shí)時向控制后臺回傳巡檢畫面和數(shù)據(jù)，分析設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，對設(shè)備異常情況進(jìn)行預(yù)警�！彼谒娬景l(fā)電處主任劉斌介紹，平時按照設(shè)定路線每天巡檢一次。
巡檢是保障電站機(jī)電設(shè)備安全運(yùn)行的重要措施�！耙酝萌斯ぱ矙z，有4條線路，8小時需要完成線路檢查，讀取儀表數(shù)據(jù)，檢查水、油、氣等是否泄露等多個任務(wù)，可能存在人為誤差�！狈轿≌f，“我們探索一種新型巡檢方式，通過視覺識別、紅外測溫等技術(shù)，讓機(jī)器逐步代替人工，全面提升巡檢質(zhì)效�！�
目前水口集團(tuán)部署了1600多路工業(yè)視頻探頭，還有3臺機(jī)器人在水輪機(jī)層進(jìn)行巡檢，實(shí)現(xiàn)發(fā)電、水工等專業(yè)巡檢的機(jī)器替代。
在水口電站主廠房、大壩等核心區(qū)域，巡檢點(diǎn)位超過3000個，巡檢覆蓋率達(dá)60%以上，確保關(guān)鍵區(qū)域的全面監(jiān)控。通過深度定制開發(fā)，他們研發(fā)了模擬表計讀數(shù)識別、數(shù)顯、指示燈、漏油漏水等6類水電設(shè)備巡檢模型。
“不僅算法識別精度均達(dá)到85%以上，單次巡檢由人工巡視的2小時縮短為5分鐘，極大提升了設(shè)備巡檢的精確度與及時性�！狈轿≌f道。
在水口電站右岸側(cè)的大壩監(jiān)控中心，水口水電站水工處觀測班班長黃鑫只需要打開大壩數(shù)字孿生系統(tǒng)，就可以對大壩安全做到全方位的“一屏監(jiān)控、多元感知”。
在屏幕上，一座幾乎原樣“復(fù)刻”的大壩躍然屏上。“從上游1公里至下游1公里，通過毫米級精度的激光點(diǎn)云測繪、外部傾斜攝影等，構(gòu)建了高精度的三維仿真模型。作為數(shù)字孿生系統(tǒng)的基底，為后續(xù)智能監(jiān)測提供空間數(shù)據(jù)支撐。”黃鑫邊展示邊介紹。
該系統(tǒng)配置有貫通大壩的700余個監(jiān)測儀器，并支持連接水下機(jī)器人、無人機(jī)、四足機(jī)器人等智能設(shè)備，在大壩的數(shù)字三維底座上，構(gòu)建起了一道數(shù)字化、智能化安全屏障。
大壩周邊，大壩三維模型融合水下地形測量數(shù)據(jù)，直觀地展現(xiàn)了上下游水下地形情況�！爱嬅嬷屑t色色塊就是大壩下游的沖刷區(qū)域�！秉S鑫表示，這是大壩定檢的關(guān)注重點(diǎn)，系統(tǒng)集成了沖刷區(qū)域最低點(diǎn)高程、多年橫縱斷面線，通過熱力圖可以直觀呈現(xiàn)，輔助運(yùn)維人員快速發(fā)現(xiàn)水下地形的變化。
在仿真巡檢模塊，大壩廊道的三維模型十分逼真。工作人員輕點(diǎn)鼠標(biāo)，便可通過漫游形式快速熟悉廊道情況，并支撐與智能設(shè)備聯(lián)動，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程智能化巡檢。
大壩本體的安全至關(guān)重要，必須實(shí)時監(jiān)測著壩體變形、接縫、滲水等重要參數(shù)變化。“我們在系統(tǒng)設(shè)置信息點(diǎn)，錄入日常檢查中發(fā)現(xiàn)的主要裂縫、漏水等信息。”黃鑫說，不僅運(yùn)維人員可以快速查看裂縫長寬深走向以及圖像信息，還能與歷史檢查情況對比，快速掌握裂縫的變化趨勢。
成千上萬個測點(diǎn)的監(jiān)測值、通道信息、基礎(chǔ)臺賬等都匯集到內(nèi)外觀測點(diǎn)模塊，并完成設(shè)備建模。黃鑫說：“相當(dāng)于在系統(tǒng)中就可以按元器件級進(jìn)行設(shè)備拆解展示，不論是設(shè)備運(yùn)維檢修還是新晉員工培訓(xùn)等工作，就變得更加快捷智能�！�
在多種科技加持下，水口水電站的7臺水輪發(fā)電機(jī)組穩(wěn)發(fā)穩(wěn)供，至今已累計為福建電網(wǎng)輸送近1700億千瓦時的清潔能源，以“滿格綠電”為福建經(jīng)濟(jì)社會高質(zhì)量發(fā)展注入不竭動力。
算法支撐，“云端”調(diào)水
不僅要保障水安全，還要用好珍貴的水資源。
在福建省水利廳，記者看到了即將出爐的“數(shù)字孿生閩江口區(qū)域水網(wǎng)”，正是這套模型為水資源的科學(xué)調(diào)度筑牢基礎(chǔ)。
系統(tǒng)中，閩江口區(qū)域水網(wǎng)南部區(qū)域——閩江流域和龍江流域逼真地呈現(xiàn)在屏幕上。區(qū)域水資源、重要斷面日均流量、旱情預(yù)測、重要節(jié)點(diǎn)水質(zhì)、沿岸取用水情況等信息，以及區(qū)域內(nèi)的重要工程——平潭及閩江口水資源配置(一閘三線)、福清閩江調(diào)水工程、東張水庫、東張灌區(qū)等的蓄水分析、工程安全監(jiān)測、實(shí)時視頻等數(shù)據(jù)，全部呈現(xiàn)在屏幕中。
“2023年底，閩江口數(shù)字孿生水網(wǎng)入選水利部全國數(shù)字孿生水網(wǎng)先行先試項(xiàng)目，一期工程預(yù)計今年底就能完成建設(shè)投用�！备＝ㄊ∷麖d辦公室王秀亮告訴記者，項(xiàng)目涉及福州、莆田、平潭沿海的16個縣(市、區(qū))。
閩江口區(qū)域水網(wǎng)，是我省三大區(qū)域網(wǎng)之一，是閩江口城市群的重要水源調(diào)配通道�！斑@片區(qū)域水資源豐富，建設(shè)該區(qū)域水網(wǎng)，目的是利用閩江干流及大樟溪的水資源，實(shí)現(xiàn)跨地區(qū)、跨流域水資源配置，從而提升水資源對閩江口區(qū)域經(jīng)濟(jì)的支撐能力，保障平潭、福清、長樂、閩侯、倉山的供水安全�！蓖跣懔琳f，通過數(shù)字映射、智能模擬、前瞻預(yù)演等技術(shù)打造的數(shù)字孿生水網(wǎng)，不僅能全方位掌握影響區(qū)域水資源的各類因素，對水利工程運(yùn)行實(shí)時監(jiān)測，更能精細(xì)化決策調(diào)度，讓每一滴水發(fā)揮更大價值。
打開決策調(diào)度模塊，區(qū)域內(nèi)的所有水庫、水閘、水廠、渠道、泵站等，根據(jù)相互間的關(guān)系被投射在底圖中，不同的顏色反映著它們的水量安全程度。
將鼠標(biāo)移動到各節(jié)點(diǎn)，水庫的蓄水實(shí)測和預(yù)報概況、供水結(jié)構(gòu)、庫容曲線、泄流曲線等信息，水廠的逐旬供水情況，灌區(qū)的逐旬用水情況，泵站的取水流量過程……都實(shí)時呈現(xiàn)。
決策調(diào)度，包含日常調(diào)度、防洪調(diào)度和應(yīng)急調(diào)度等功能�！叭粘Ｕ{(diào)度是根據(jù)上下游水庫的容量關(guān)系，按照調(diào)度方案進(jìn)行，是傳統(tǒng)工作的‘智慧版’；防洪方面，已經(jīng)建設(shè)的‘?dāng)?shù)字孿生防汛’系統(tǒng)在去年汛期投入使用并發(fā)揮了良好作用�！蓖跣懔翉�(qiáng)調(diào)了數(shù)字孿生閩江口區(qū)域水網(wǎng)的應(yīng)急調(diào)度功能。
他舉例說明：假設(shè)代表長樂東區(qū)水廠的小球顏色變紅，發(fā)出枯水警報。系統(tǒng)自動生成精準(zhǔn)的月調(diào)度、旬調(diào)度方案——從大樟溪莒口泵站、閩江竹岐泵站加大送水量，綜合考慮三溪口水庫蓄量、閩江和大樟溪預(yù)報來水量、長樂各水廠用水預(yù)測、三溪口水庫灌區(qū)用水預(yù)測等相互關(guān)系，提出大樟溪莒口泵站加大送水量、閩江竹岐泵站加大送水量、適當(dāng)降低灌溉用水量等多套調(diào)度方案；并推薦三溪口灌區(qū)破壞深度30%(缺水量占需水量的30%)結(jié)合莒口泵站和竹岐泵站滿負(fù)荷送水、水口水庫加大下泄、三溪口水庫減供備用的調(diào)度方案�！安粌H讓未來一旬的東區(qū)水廠‘喝飽水’，也不過度調(diào)水、浪費(fèi)水資源，同時保證周邊遠(yuǎn)航水廠、三溪口灌區(qū)等安全用水。”
“配水調(diào)度一直是水利上的一個難題。閩江口區(qū)域水網(wǎng)涉及工程要素類型很全面，包括跨流域引調(diào)水工程、大型調(diào)蓄工程、大型灌區(qū)干渠、閘泵站工程等，需要多因素綜合考慮。除了枯水期，還有突發(fā)水污染或供水工程事故時，都需要迅速、科學(xué)決策�！彼f，有了基于算法支撐的水資源模型，某地是否需要水、需要多少水，可以通過需水預(yù)測模型進(jìn)行科學(xué)計算，結(jié)合配水調(diào)度、水動力仿真等模型的使用，模擬預(yù)演供水過程，生成最優(yōu)配水調(diào)度方案。
據(jù)介紹，隨著引調(diào)水工程的建設(shè)及數(shù)字孿生技術(shù)的成熟應(yīng)用，數(shù)字孿生水網(wǎng)的覆蓋范圍還將逐步擴(kuò)展至閩江口城市群提質(zhì)增效水資源配置工程(“一庫三線”)及其他關(guān)鍵水網(wǎng)節(jié)點(diǎn)，主要包括福清市、永泰縣、閩侯縣、長樂區(qū)、倉山區(qū)、福州主城區(qū)、莆田市等地，屆時，敖江、木蘭溪和大樟溪上游等流域的水資源都將在“數(shù)字大腦”的調(diào)配之中。