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水科院:数字孪生北江实战应用 智能调度北江2号洪水

来源:广东省水利水电科学研究院 发布日期:2024-04-29
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  4月17日20时至23日20时,北江流域普降暴雨到大暴雨,强降雨主要分布在支流连江、绥江、滃江以及韶关至飞来峡干流区间的子流域内,流域累积降雨量为307.7毫米。受强降雨影响,北江流域形成2024年第2号洪水并发展成特大洪水,石角站22日9时出现洪峰流量(实测洪峰流量18100立方米/秒,排名历史第二,仅次于“22·6”洪水),连江高道站22日4时出现百年一遇洪峰流量。

  在北江2号洪水期间,已在流域层面完成数据资源和模型算法整合的数字孪生北江,在北江流域调度中心的实战化应用中,发挥了“预报预警-工程调度-河道演进-风险研判-预案执行”的防洪”四预”体系功能,实现了全要素监视分析、实时滚动超前预报、水工程联合调度、多要素风险评估、智能化预案推选,为2号洪水的防汛指挥提供了重要支撑。

  数字孪生北江已在4月初的北江1号洪水中首次投入实战化应用,并取得了预期成效:能够对洪水过程进行准确模拟,已具备实战化洪水预报分析能力。

  数字孪生北江在2号洪水中首先利用接入的气象降雨数据,逐小时开展预见期为72小时的洪水滚动预报,提前两天半预报北江将发生特大洪水。

  19日17时,基于当时的气象降雨,大部分区域72小时面雨量超过200mm,滚动预报结果显示石角站22日洪峰流量19300立方米/秒,达特大洪水级别。

  随着降雨和水情的快速变化,数字孪生北江持续开展预报作业,并通过工程不拦蓄、规程调度、联合优化等三种调度模型,在数分钟内完成水库按规则调度、按调令控泄、按联合优化调度等多种方式的模拟计算。

  数字孪生北江在开展调度计算时,除了能开展按控制水库出库的正向调节,还实现了保证韶关、英德和石角安全水位/流量下的上游水库反向调节,为防汛调度会商提供了重要决策依据。

  20日21时,对英德站水位能否通过工程调度将水位控制在33米的决策要求。采用规则调度模型进行模拟,通过预演发现因英德上游有调度能力水库已全部启用控泄,除非后续无降雨,已无法将英德站水位控制在33米以内。若考虑预报降雨,英德站水位将会超过33.5米,但不会超过35米的漫堤水位。

  20日22时,重点分析研判乐昌峡库区在21日凌晨强降雨影响。基于当时预报降雨,库区24小时面雨量会达到200mm,预报乐昌峡入库洪峰流量会达到3500立方米/秒以上。因此,21日凌晨需要密切关注乐昌峡雨情变化,及时将乐昌峡水库调整为腾库泄洪状态。(注:后续因冷空气南下影响,21日降雨有明显减弱,乐昌峡枢纽洪峰流量为2700立方米/秒)

  21日午后,在雨势基本稳定和停歇,洪峰已进入飞来峡库区的关键时刻,数字孪生北江对飞来峡入库流量进行了精准预报。

  21日16时,预报飞来峡22日4时入库洪峰18100立方米/秒,其中22日2时入库流量就达到18000立方米/秒,洪水过程比较矮胖。飞来峡实际洪峰出现在22日3时,洪峰流量为18900立方米/秒,预报洪量与峰现时间与实测基本一致。

  基于洪水预报结果,采用联合优化模型进行模拟,对确定的飞来峡控泄调度目标:飞来峡按出库比入库少1500立方米/秒、下游石角站流量不超过18300立方米/秒。结合飞来峡动库容曲线,开展“正算”和“反算”调度计算。模拟结果为飞来峡坝上水位上涨变幅为2.34m,石角站洪峰流量为17200立方米/秒,可不启用潖江蓄滞洪区。经飞来峡枢纽控泄后,石角站实际洪峰流量为18100立方米/秒(未超过50年一遇)。

  数字孪生北江在2号洪水期间,除了在预报调度方面发挥强大作用外,其在数据底板构建方面的扎实工作,特别是流域层面的多源数据整合拓展了防洪决策的场景,也有力提升了防御决策能力。

  新建和汇聚了北江流域4323个雨水情站点,832个视频点位,重要水库闸门开度、水工程安全运行等数据。上可掌握湖南境内雨情和水情,下可查看芦苞涌和西南涌分洪流量、北江大堤安全运行状态等;超警水文站、超汛限水库、重点关注区域等有实时监控视频随时查看;水库是否按照调令运行通过闸门开度进行监控等。

  北江2号洪水实战化应用不仅再次验证了数字孪生北江在洪水预报-调度一体化模拟分析方面的准确性,凸显了数字孪生技术在赋能流域防洪方面所蕴含的巨大潜力与无限可能,更坚定了水科院进一步深化建设数字孪生北江任务的信心与决心。

  水科院将全力以赴,集结全院之力,确保数字孪生北江在流域防洪调度中发挥强大作用。通过持续加强科技创新力度、积极引进先进技术和优秀人才,不断推动数字孪生北江功能体系优化与完善,将其打造成为数字孪生水利建设的卓越样板与标杆,为广东水利高质量发展注入强大动力。

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