當我們把一條全長575公裡，流域面積60995平方公裡，約佔福建全省流域面積一半的閩江原封不動地“搬”進數字世界，會發生什麼？

福建水口水電站。水口集團公司供圖

4月27日—28日，以“加快數字中國建設，推進中國式現代化”為主題的第六屆數字中國建設峰會將在福州舉行。在同期舉辦的數字中國建設成果展覽會上，福建水口發電集團有限公司將以“基於數字孿生技術的閩江水能綜合利用”成果展示亮相國網福建電力展位，直觀地呈現其如何通過三維建模技術、可視化渲染，將物理世界中閩江流域所有的數據信息在數字世界進行同步，助力閩江流域水調系統預測預報精度、調度調控准度持續提升，為閩江防洪減災、發揮水資源利用等生態效益作出貢獻。

預測水情的“千裡眼”

據介紹，水口集團公司下屬的五座水電站，庫容大、啟動靈活、反應迅速，晝夜不停地向智慧電網輸送綠色清潔能源，並肩負著福建電網調峰、調頻、事故備用的重任。其中，水口水電站位於閩江干流中段，水口水庫上承福建省工業重鎮南平市，下接省會福州，被譽為“福州頭頂上的一盆水”。

水情自動測報系統被譽為防汛工作的“預警機”、水庫調度的“參謀部”、水雨情的“千裡眼”，是開展好樞紐防汛、電力生產、工程建設等各項工作的重要保障。在水口集控中心，一套由北斗衛星、超短波、GPRS混合組網的水情自動測報系統正在高效運轉、實時匯集、分析來自102個水雨情遙測站點的水位、雨量等水文氣象信息，其監測范圍覆蓋閩江近86%的流域面積，為閩江守牢防洪大門。

隨著閩江流域防洪精度和時效性要求越來越高，現有水庫調度應用系統亟需實現全業務的數據匯聚和貫通，打破數據壁壘，充分發揮數據價值。數字孿生的核心驅動力是數據，通過數據匯聚，利用數據集成與數據建模技術，實現流域防洪、水能調度等相關業務系統數據，外部數據及非結構化（原來手工記錄的數據）等多源異構數據高度交匯融合，支撐數字世界場景建立、仿真及預測，助力精准的生產計劃、實時監測和控制、調度決策和優化等工作。

在數字閩江裡，基於氣象網格數據，可以利用閩江中短期徑流預報模型，獲取未來10天徑流預測和24小時流量預報數據，結合發電機組的運行狀態，系統支撐預騰庫方案的智能決策，通過邊界條件的調整，經模擬預演，指導業務部門開展預騰庫，保証最大的水能利用率，汛期單次可實現增加臨時庫容約4.5億m³，增發電量約6000萬kWh。

科學調度的“精算師”

據悉，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，要結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﹔洪水通過后，一旦下游防汛形勢好轉，就要抓住有利時機錯峰泄洪，降低水庫水位，騰出庫容應對下一次洪水。在什麼時間？哪個水庫？泄洪多少？科學調度是最大限度發揮閩江水資源稟賦，讓一江碧水“活”起來的核心所在。

近年來，水口集團公司利用歐洲氣象網格數值預報模型，實現對中短期徑流的高精度預報，成功調度所有場次洪水。1994年—2022年成功調度洪水共204場次（312個洪峰），安全過壩率100%，平均削峰19.2%，平均滯峰3.1小時。

盡管水口自建站以來積累了大量歷史防洪調度經驗，但目前水庫調度的信息化系統仍需人工經驗的輔助。同時，應對瞬息萬變的洪水，信息化系統生成的調度方案，在多維度關聯分析和調度方案計算上亟需持續升級。

因此，在數字孿生系統三維模型上，集成水口水庫建庫至今的流域防洪及水能調度歷史方案，通過場景設計、編排、運行和渲染等，在孿生體上綜合展示水庫調度方案。同時，利用數字孿生模擬仿真技術，結合水口電站流域水、雨情數據及歷史調度方案，對水口電站生產系統運行過程的物理過程，包括水流、水位、壓力等重要參數三維建模與仿真模擬，並在孿生體生成多套水能調度方案，通過不斷仿真預演，快速迭代優化確定最優方案，實現流域洪水調度“虛擬模擬先行，決策調度在后”，支撐流域防洪精准調度和水能利用率的提升。

通過數字閩江，水口集團公司積極開展汛期水位動態控制應用，孿生體結合徑流預測模型、水能優化調度算法等，根據省防辦下達的攔洪尾調度令，指導閘門啟閉和機組負荷調整工作，單次可實現增加臨時庫容約2.3億m³，增發電量約3000萬kWh。

黃金水道的“拓路者”

閩江水口水電站樞紐壩下水位治理與通航改善工程（以下簡稱水口壩下工程）建成后，不僅解決了閩江因河床持續下切、水位嚴重下降導致的通航瓶頸，而且由水口水電站通航樞紐和水口壩下工程船閘共同組成的“閩江水口航運通航樞紐”再次串聯起南平、三明崇山峻嶺到馬尾港之間的航道，山海聯運讓閩江“黃金航道”重新釋放“黃金效能”。

船舶何時進閘、出閘？電動船舶充電設施如何安排？上下游停泊區建設何時落地？在福建省全力打造“數字福建”、創造交通強國先行區之際，水口集團公司率先利用數字化技術，構建通航大數據中心，研發“通航e站”應用程序，助力高效通航，實現船舶申報、過閘預約和船舶核驗的掌上處理，暢享智慧高效的“通航一口辦”，實現通航船隻“一次報到，全域暢通，不上岸，少待閘”，用“數字跑”代替“船民跑”，通航效率提升了40%以上。

為助力“電動閩江”發展，水口集團公司建成福建省內首個電動船舶和電動汽車充電共用的示范性充電基地，利用北斗定位加電子地圖，多維感知加智能計算等關鍵技術，結合航運智慧調度平台，對通航船舶進行實時監測預警，助力通航船舶從百噸級向千噸級的跨越，實現最低年通航從44天到365天全天候通航的躍升，年通航能力預計達到1400萬噸，每年可為閩江流域過往船隻節約運輸成本近14億元。

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