三峽工程 一場跨時(shí)空的資源調(diào)度
文章來源：中國長江三峽集團(tuán)有限公司 發(fā)布時(shí)間：2024-12-20
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。”長江設(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。”李安強(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。”陳桂亞說。
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。
【責(zé)任編輯：張宇暉】
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