密雲水庫搭建數字孿生平台,在暴雨中尋找「蓄泄權衡」最優解

北青網
1小時前

轉自:北京青年報客戶端

今年第13號台風「白海豚」8月登陸我國後,創下有氣象觀測史以來的多項極端紀錄。在「白海豚」北上的同時,密雲水庫的洪水調度方案已在數字世界裏反覆推演。依託災後重建構築的密雲水庫數字孿生平台,上千個感知設備實時回傳監測數據,系統在分鐘級完成多場景洪水推演、滾動生成十餘套預報調度方案,為水庫蓄泄權衡、下游風險防控提供科學決策支撐。

夜以繼日搶工期

59項水毀修復項目如期完成

2023年的暴雨之後,一場規模空前的災後恢復重建行動全面鋪開。北京市發改委會同各行業主管部門以及房山、門頭溝、昌平三個重災區同步啓動編制工作,對標國家災後重建規劃要求,快速形成了全市災後恢復重建總體規劃、相關專項規劃及區級實施方案。

洪水的破壞力極強,全市多處水庫附屬構築物、河道堤防護岸、閘站、水文監測設備、供排水設施不同程度受損。恢復重建的第一場硬仗,便是確保在2024年汛期前,讓受損的水利及供排水工程防洪能力恢復到災前水平並有所提升。這是一場與時間的賽跑。市水務局將59項「一年基本恢復」類水毀修復項目列為重中之重。在門頭溝、房山等重災區,大型機械的轟鳴聲日夜不息,工人們搶抓工期,對受損的水庫、河道、水文站進行修復。

在「23·7」流域性特大洪水中,永定河北京段部分堤防等水利設施遭到嚴重損毀。永定河盧溝橋攔河閘下游的分水堤就被沖毀了100米,同時永定河的滯洪水庫的堤坡、海漫也被損毀。為恢復河道正常行洪功能,確保水利設施充分發揮防汛作用,在應急搶修基礎上,市水務局在2023年汛後開始組織實施永定河各項水毀修復工程建設。到了2024年5月,永定河盧溝橋攔河閘,河水靜靜地流過閘口,曾經被巨大的洪峯流量沖斷的下游分水堤已經修葺一新。在永定河滯洪水庫,曾被洪水沖刷損毀的護坡也早已修復完畢。「永定河干流堤防水毀修復工程在場施工人數最多時可達幾百名,工程最終趕在入汛前基本完工。」時任北京市永定河管理處盧溝橋分洪樞紐管理所副所長郭一健介紹。同年6月,永定河北京段恢復正常行洪功能。

據介紹,「一年基本恢復」項目累計完成12座水庫、8座水閘、500餘公里河道、580公里山洪溝道治理、127處水文站及監測設施修復,受損水利工程防洪能力達到災前水平並有所提升。

同時,供排水保障全面恢復。洪水過後,房山、門頭溝、昌平、延慶等區的供水設施不同程度受損,通過應急送水、應急搶修等措施,在災後1周時間基本實現了「路通水到」;在災後1個月基本恢復了穩定供水;在災後第一年,恢復重建供水廠站130座、供水管線約1100餘公里,全市所有受災區域全面恢復常態化穩定供水,消除洪災遺留供水安全隱患,城鄉供水保障能力全面迴歸災前標準,穩穩守住民生供水底線。

此外,排水領域重建同步提速。2023年10月底,水務部門對門頭溝、房山200餘座農村生活污水處理設施逐一複覈,保障設備平穩越冬。涉及排水災後恢復重建項目共計17項,全部於2024年汛前完工,修復城鎮污水處理廠站8座,改造各類排水管網541公里。

推進防洪數智化

密雲水庫搭建數字孿生平台

如果說「一年基本恢復」是治標,那麼「三年全面提升」則是治本。據了解,全市90項「三年全面提升」類項目均於2024年上半年全面開工,截至今年7月底,已有54項完工。

在骨幹防洪工程建設方面,全市已完成10座水庫、水閘除險加固工作,同步更新自動化監測系統,通過加固壩體、修繕溢洪道與輸水洞等核心構築物,徹底消除老舊水利工程安全隱患,保障水庫穩定安全運行。北青報記者注意到,為了實現遠程調度,提高防洪調度效率,水庫修復工程並不止於恢復原有功能,更是讓防洪調度邁向智能管控階段。密雲水庫在今年汛期前,除了將「水下門神」——白河發電隧洞攔污柵進行了更換外,還上線了密雲水庫數字孿生平台,讓洪水未至、洪水調度方案已經開始在數字世界裏推演成為可能。

8月11日夜,密雲山區雨幕橫飛,風雨裹挾洪水向庫區襲來。此刻,密雲水庫管理處數字孿生會商室氣氛驟然緊張。既要確保水庫自身安全,也要兼顧下游壓力,每一釐米調度都需慎之又慎。當雨量50毫米,下泄流量40立方米/秒……調度運行科褚旭緊盯跳動的數據,快速操作密雲水庫數字孿生平台。「平台累計接入1000多個雨水情、工情等多類監測傳感設備。」密雲水庫數字孿生辦公室負責人郝皓介紹,依託這些靈敏的「感知神經」以及水文水動力模型,數字孿生平台實現了水庫洪水預報調度智能響應。「傳統人工演算方法耗時幾十分鐘甚至更久,現在直接被壓縮至‘分鐘級’。」

海量數據助力水庫安全隱患早識別、早預警,精準捕捉大壩變形、滲流等風險信號,指標一旦超閾值即刻觸發預警。」郝皓介紹,暴雨期間,數字孿生平台每日接收數據超過4萬條。同一時間,200多路高清攝像機「瞪大眼睛」:大壩迎水面、背水坡腳、溢洪道閘室「盡收眼底」。在AI識別算法加持下,還能自動甄別閘前水面漂浮物等異常。

實踐證明,在此次暴雨應對過程中,密雲水庫數字孿生平台充分展現了綜合支撐能力。郝皓進一步介紹,平台將洪水演進、工程安全納入一體化預演,幫助水庫在「蓄泄權衡」中尋找「最優解」,「降雨中該平台就滾動生成不同降雨場景下的洪水預報10餘個、模擬調度預演上百次。」用褚旭的話說,預演好比下棋,來多少水,泄多少水,對水庫和下游影響如何,每落一子都儘可能提前看到風險。

同樣,永定河數字孿生平台也在那場降雨中快速歸集沿河五區雨水情數據,針對不同降雨強度自動生成多套調洪方案,統籌調度上游水庫與下游閘站聯動泄洪。市水務局相關負責人表示,全市已累計完成永定河、北運河、潮白河550公里骨幹河道綜合治理,同步提質改造大石河、北沙河、懷河等中小河道,通過加高加固堤防、拓寬行洪斷面、清理河道阻水障礙等提標舉措,大幅提升河道行洪泄洪能力。其中,永定河山峽段行洪斷面平均拓寬30%、河道阻力降低40%,盧三段的防洪標準、盧梁段堤防穩固設防標準均得到顯著提升,核心河段防洪能力實現跨越式提升。同時,全市已完成新建水文站59座,升級改建水文站61座,新建水文設施83處,升級改建水文監測設施253處。通過水文測站提檔升級及監測能力建設,為防汛工作提供穩定可靠的數據保障。

此外,北京還啓動了5座山區防洪水庫的規劃建設。永定河官廳山峽洪水控制工程、拒馬河張坊洪水控制工程、二道河水庫、鑽子嶺水庫、西峯山水庫等項目相繼開工或加快推進。待全部建成後,北京北部和西部山區將構築起一道由水庫群組成的堅固防洪屏障,京津冀區域整體防洪體系也將進一步完善。

緩衝空間再擴容

八大蓄滯洪區遍佈重點流域

全面提升還體現在首都流域防洪「緩衝空間」大幅擴容上。北京聚焦永定河、北運河流域防洪薄弱環節,集中新建、完善8座蓄滯洪區,全域新增蓄滯洪容量約3500萬立方米,相當於17.5個昆明湖,並創新踐行「平急兩用」建設理念,實現生態休閒與防洪避險功能雙向兼顧。溫榆河公園蓄滯洪區就是典型代表,平日作為城市大型生態公園,承擔市民休閒遊憩功能;汛期迅速切換為防洪設施,依靠擴挖形成的蓄滯空間、配套分洪退水工程,調蓄溫榆河上游來水,削減洪峯壓力,守護中心城區北部安全。壩河口、西玉河同樣打造為公園型蓄滯洪區,做到「平時是公園、汛期是屏障」。

今年主汛期前,溫榆南堰工程主體完工並正式投用,補齊「通州堰」防洪體系「上蓄」最後一塊拼圖,溫榆河公園「一區三河六閘堰」防洪體系全面成型,整體可蓄滯1200 萬立方米洪水,相當於6個昆明湖的蓄水量。在位於清河入溫榆河匯合口下游約1公里處,北京青年報記者看到,橋下一面嶄新的灰色大閘壩挺立,有着「萬夫莫開」之勢,「這是溫榆南堰,是溫榆河公園蓄滯洪區‘南北分區’調度策略中的核心控制性工程之一。同時,也是溫榆河應對區域超標準洪水的‘最後一道防線’。」北京市水務局溫榆河公園協調小組辦公室負責人李文宇介紹說。溫榆南堰工程完工並投用後,使得北京溫榆河公園蓄滯洪區的分級滯洪模式成為現實,可與已完工的辛堡閘、清河堰、溫榆北堰等協同作用,分級蓄洪,從中小洪水到特大洪水分層吸納,洪峯過後有序退水,全程閉環可控。顯著提升溫榆河、清河洪水聯合調度能力,築牢北京城市副中心上游的防洪屏障。

實際上,本市自三年前就開始系統性全新佈局八大蓄滯洪區,遍佈京南、京西、京東重點流域,覆蓋河道治理、閘壩建設、生態修復、智慧管控等多個維度。如今,八大蓄滯洪區基本落地成型、蓄勢待發,3500萬立方米新增蓄滯庫容,讓首都流域防洪「緩衝空間」大幅擴容。

此外,城市積水內澇治理成效顯著。目前,本市已完成白莊子、京港澳閻村等排水系統提標改造,新建、改建雨水管線達54公里,治理區域的排水狀況顯著改善、內澇壓力有所緩解。其中,門頭溝區積水點治理工程通過提標新建雨水管涵,完善雨水檢查井、蓋板溝等配套設施,對惠康家園等4處積水點實施改造,消除轄區重點區域積水隱患,減少積水對周邊居民生活和區域交通的影響。

完善城鄉供排水

讓城鄉居民喝上「放心水」

基礎設施的重建,不僅關乎防洪安全,同時也守護着千家萬戶的用水安全。三年來,北京在完善城鄉供排水體系上持續發力,讓城鄉居民喝上「放心水」。

截至目前,本市已建成投產門頭溝區門城水廠,提升改造城子水廠,進一步提升城鄉供水設施抵禦風險能力。更深刻的變化發生在山區。針對重點受災區域,170餘處山區村莊供水站啓動標準化改造,從源頭上解決供水設施抗災能力弱的短板。過去簡陋的村莊供水站,如今已升級改造成泵房和消毒設備間「兩個套間」。嶄新的飲用水消毒設備實現了消毒劑的變量添加,可根據水量精準投放,讓村民喝上更優質的水。截至2025年底,本市梯次推進300處山區村莊供水站標準化改造,最大程度實現城鄉供水同源、同網、同質、同服務、同監管。

同時,污水處理與再生水利用能力也得到提升。垡頭、五里坨等15座再生水廠完成新建改造,56公里污水管線、18公里再生水管線建成投用,全市污水處理能力達到819萬立方米/日,為城市水環境的持續改善奠定了基礎。

此外,針對山區地質災害隱患,市規自委共組織對1700餘處威脅居民點的地質災害隱患點進行工程治理,覆蓋海淀、房山、門頭溝等10個區。柔性防護網、錨固灌漿、擋牆、攔擋壩等工程措施,有效降低了突發地質災害的風險。位於懷柔區琉璃廟鎮孫胡溝村的泥石流治理項目,通過對6條主溝實施工程治理,修建攔砂壩、擋土牆、排導槽等設施,在強降雨期間,各項工程措施共疏排、攔擋物源15.2萬立方米,極大地降低了對溝道內險戶、房屋、道路的損毀程度,未因地質災害導致人員傷亡。

文/北京青年報記者 解麗

責任編輯:李墨涵

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