三峽工程 一場跨時空的資源調度
文章來源：中國長江三峽集團有限公司 發布時間：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。在奮進中國式現代化的漫漫征途上，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度。
一只超凡的“水龍頭”
2024年7月11日，長江上游遭受強降雨，三峽水庫入流流量快速上漲，至當日18時已漲至50000立方米每秒，標志著“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，“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，在農耕時代憑借江漢平原得天獨厚的自然條件，孕育出了繁榮的農業生產力。但洪災，一直是這里最大的威脅。
其背后，皆因“萬里長江，險在荊江”——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，成為了長江防洪的重中之重。據統計，僅1931年至1949年期間，荊江地區就被淹了5次。
長江為何洪澇頻發？“皆因水的時空分布不均。”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，季節性差異使上下游洪峰錯開。但一旦氣候異常，上下游洪水疊加，便有可能形成洪災。
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，三峽工程應運而生。
騰庫迎洪、攔洪蓄洪、削峰錯峰……每逢汛期，三峽工程便和洪水進行著無聲的較量——
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，經過水庫攔蓄，洪峰被削減約40%，極大減輕了長江中下游地區防洪壓力。
“以前是‘半年搞防汛、半年修水利’，現在可以悠閑地喜迎八方游客。”2024年6月至7月，荊州市文旅消費市場持續火爆。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，荊州也由此肩負起建設江漢平原高質量發展示范區的新使命，積極探索內生型發展的新路徑。
在探索人與自然和諧共生的過程中，三峽工程不僅守護著江河安瀾，也悄然調節著四季水脈。
湖北省咸寧市嘉魚縣潘家灣鎮坐落在長江邊上，蜿蜒的水渠從長江引來源源不斷的水流，滋養著這座小鎮的農田。
多年前，每逢旱季當地村民們總是憂心忡忡：由于長江天然來水季節性特征明顯，旱季的流量和水位大幅降低，“取水灌溉”成了心頭難。如今的春耕時節，隨著三峽大壩水庫增大下泄流量，潘家灣鎮的抗旱局勢悄然間發生了變化。
看著水位緩緩爬升，潘家灣鎮肖家洲村支部副書記楊登左不禁感慨：“以前抽水機得費盡九牛二虎之力才能從長江抽到水，現在長江水位已經逼近水渠的取水口，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行，我國腹地形成了一個總量近400億立方米的國家戰略淡水資源庫。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，到枯水期時對中下游進行補水、供水。這樣，通過“蓄豐補枯”的方式，優化調整了水資源的時空分布，為我國跨流域配置水資源創造了條件。
一場千里外的綠色“來電”
鋪開中國能源資源地圖，大量煤炭、風能、太陽能、水能資源蘊藏在中國西部。
電從遠方來，跨省跨區輸電已屢見不鮮——一條條特高壓輸電線路，跨越中國地理三級階梯，支撐著東部地區經濟社會發展。
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，三峽電站已累計發電超17000億千瓦時，相當于替代標準煤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被收集，在當地轉化為電能后被送到遠方。因此在“西電東送”這場遙遠的相送中，除了電源點，輸變電工程的建設是另一項重頭戲。而這背后，是一個更大的故事——“全國大聯網”。
1979年，中國電力發展已有新思路：發展大電站、建設大型水電和火電基地、發展電網、實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、河南兩省聯網加強；
1984年，山西大同、神頭電廠投產，大同-房山兩回500千伏線路投運，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，南方聯營電網正式形成……
隨著電壓等級的提高，以及經濟發展對電力需求的迅速增長，各區域電網的規模越來越大，需要更大范圍的聯網，以實現更大區域跨度的資源配置——直到1997年，三峽電站向華東、廣東送電的輸變電工程陸續開工，全國電網互聯迎來契機。
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，可以東聯上海、西接川渝、北達京津、南至廣州，是全國聯網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，逶迤著伸向四面八方。鐵塔和縱橫交錯的電纜構成了三峽電站的電力外送大通道——三峽輸變電系統，直接形成了華中-川渝、華中-華東、華中-南方的聯合電網，并促進了華中-西北與華中-華北之間的電網互聯，為全國聯網打下了重要基礎。
至此，隨著三峽輸變電工程建成投產，一個僅次于北美聯合電網（約8億千瓦）、與歐洲聯合電網（約5億千瓦）規模相當的世界級特大型電力系統已基本形成。這一超大電網，橫跨黃河、長江、珠江三大水系，覆蓋多個大型煤電基地與水電基地，東西相距超過2000千米。由于電源結構、負荷特性、季節氣候等方面差異巨大，電網的互聯、大電網的形成對于獲取地區電網之間潛在的巨大錯峰效益、水電站群補償調節效益以及水火互補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劃建設新型能源體系，有著非凡的意義——
從電力特性上看，三峽電站發出的電力清潔環保、保證率高。因此，三峽輸變電工程對提高電網運行的經濟學、安全性、靈活性都具有重要意義。同時，也為推動全國范圍的電力市場建設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化配置的經濟效益、社會效益和環境效益創造了條件。
一支看不見的“指揮棒”
繼三峽之后，長江干流陸續建起向家壩、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，共同構成世界最大清潔能源走廊。這條古老長河重煥生機，已然成為引領中國高質量發展的大動脈。
發展離不開安全，水安全是國家安全的重要組成部分，是生存發展的基礎性問題。
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治理長江的新格局，為國家在更高層面、更大范圍進行水資源配置、電力調度和構建減災防災體系創造了條件，為保障國家水安全、能源安全作出了貢獻。
梯級水庫群的管理不同于單座電站，相互關聯、相互影響，必須將整個河流梯級的安全和水資源利用管理整體效率的最優放在首位。如何實現？關鍵在于調度。
調度跨越多個區域，要統籌好上下游、左右岸、干支流之間的關系；調度也涉及多個行業，要兼顧防洪、補水、通航、生態、發電等多重目標，背后是無數模型的構建與細致的數據運算。
作為我國重要的行洪通道，長江今日已經形成了以堤防為基礎，三峽水庫為骨干，其他干支流水庫、蓄滯洪區、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，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。為做好跨區域防洪工作，有127座水工程被納入2024年長江流域聯合調度，其中控制性水庫總調節庫容1169億立方米，總防洪庫容706億立方米。然而，要調度運用好這些“國之重器”，需要龐大數據的演算和模擬，傳統方式尚不能滿足快速、精準地支撐調度決策的需求。2023年以來，在水利部統一領導下、水利部三峽司組織協調下，長江委協同三峽集團等單位持續發力，初步建成數字孿生三峽。
“這就好比將長江與三峽工程整體‘搬進’計算機，進行一場精準的沙盤推演。”長江設計集團規劃院副總工程師李安強解釋道。
在長江委長江水文情報預報中心的電腦屏幕上，數字孿生三峽平臺正有序運行，這個復刻出來的“虛擬三峽”密密麻麻閃動著各種監測數據，輕點鼠標，三峽水庫各項關鍵數值和實時畫面躍然屏上。
據水文專家介紹，數字孿生水利體系一方面構建了“天空地水工”一體化監測感知體系，全覆蓋、全要素、全天候、全周期感知洪水態勢；另一方面充分發揮了流域防洪“四預”功能，能科學精準指揮調度。
“數字孿生三峽是為物理世界中的三峽大壩打造出的一種‘數字映射世界’，除了實時即時映射，還可以看見過去、預測未來，還可以模擬各種場景。”李安強說，“這個數據庫里，儲存了過去歷史上發生過的所有洪水信息，通過大模型學習歷史洪水數據并進行演算，在我們輸入當前長江的實時數據時，系統便能自動推演洪水的發展過程。相較于傳統預報方法，其精度更高，預見期更長，為防洪工作爭取了寶貴的時間。”
“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整體來考慮，才能確保三峽工程持續發揮巨大綜合效益，進一步促進流域內生態、經濟、社會發展和長治久安。”陳桂亞說。
目前，數字孿生三峽正圍繞防洪精準調度、樞紐工程安全管理、水庫運行安全管理、后續工作管理以及綜合決策支持等五大板塊，構建業務應用體系，積極推動實體工程與數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度，長期安全穩定運行，為國家和人民貢獻更大的力量。
【責任編輯：張宇暉】
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