三峽集團(tuán)：打造九江的“治水大腦”

　　江西九江，南靠廬山，北臨長江，東接鄱陽湖，城內(nèi)河湖眾多。由于地勢東、西、南三面高，中間低，在雨天，容易受到山間雨水和河湖漲水的“雙重夾擊”，形成積水內(nèi)澇，不下雨時，則又容易因為水動力不足，形成黑臭水體。

　　邁入新時代，面對這道千年“水問題”，三峽集團(tuán)提供了一套全新的“治水方案”。

九江城市風(fēng)貌

　　把多的水“管”起來

　　2021年，全國平均年降水量為691.6毫米,平均年降水量排名前三的水資源分區(qū)分別是東南諸河區(qū)(1748.3毫米)、珠江區(qū)(1371.1毫米)、長江區(qū)(1152.8毫米)，而僅僅一個九江市平均降水量就達(dá)到了1553.7毫米。

　　“九江的痛點是水多了。”三峽集團(tuán)所屬長江環(huán)保集團(tuán)江西區(qū)域公司相關(guān)負(fù)責(zé)人介紹說，九江降水量在時間上的分布特點是年內(nèi)分配不均，降水主要集中在5-6月份，暴雨多，強度大。

　　治水須先“知水”。一方面，需要全面感知水情：天上降了多少水，上游來了多少水，地表積了多少水，地下管道進(jìn)了多少水，河湖漲了多少水……另一方面，需要掌握這座城市排水和處理水的能力，包括雨污管網(wǎng)的位置、管網(wǎng)收集水的能力、污水廠站的處理能力、泵站的抽排水能力等。

　　而現(xiàn)實情況是，在大部分城市，地面上的水情信息散布在各相關(guān)部門，沒有集中收集分析處理。地下基礎(chǔ)設(shè)施的排水能力，尤其像管網(wǎng)這種隱蔽工程，存在大量信息空白。九江治水，面臨的是“山-城-河-湖-江”多形態(tài)的復(fù)雜城市水系統(tǒng)，若是不能準(zhǔn)確掌握這些涉水信息，就如同蒙著眼睛去打仗，難有勝算。

　　5年前，三峽集團(tuán)在九江開啟參與共抓長江大保護(hù)行動，排水管網(wǎng)的更新?lián)Q代在九江地下悄然進(jìn)行，與此同時，智慧水務(wù)工作也在這里啟程。

　　“智慧水務(wù)的基礎(chǔ)是數(shù)字化，數(shù)據(jù)已經(jīng)被列為與土地、勞動力、資本、技術(shù)并列的第五大生產(chǎn)要素。”三峽智慧水務(wù)公司相關(guān)負(fù)責(zé)人說，“城市排水系統(tǒng)是一項隱蔽工程，且多數(shù)是建設(shè)年代已久，平時缺乏系統(tǒng)維護(hù)。絕大多數(shù)城市管網(wǎng)底數(shù)和運行狀態(tài)是看不見、說不清的，數(shù)字化手段可以讓看不見的看得見，讓說不清的說得清，讓管不住的管得住，這就是數(shù)字化治水的邏輯。”

九江芳蘭污水處理廠

　　九江的數(shù)字化治水之路在芳蘭污水處理廠邁出了第一步。2019年，在長江環(huán)保集團(tuán)和三峽集團(tuán)所屬三峽上海院的通力合作下，芳蘭污水廠在4個月內(nèi)完成了多源數(shù)據(jù)數(shù)字化入庫、應(yīng)用功能開發(fā)及系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試等工作，實現(xiàn)了長江大保護(hù)智慧水務(wù)建設(shè)模式、業(yè)務(wù)流程、數(shù)據(jù)資產(chǎn)管理、智慧水務(wù)平臺從無到有的突破。

　　“智慧水務(wù)要服務(wù)于工程設(shè)計建設(shè)運維全生命周期，必須要有一盤棋思維。”三峽智慧水務(wù)公司相關(guān)負(fù)責(zé)人說。三峽智慧水務(wù)公司以九江為基礎(chǔ)，從以管網(wǎng)為重點的城市智慧水管家等理念出發(fā)，構(gòu)建三峽水務(wù)運營管理邏輯，努力實現(xiàn)對廠網(wǎng)河湖岸水務(wù)數(shù)字化管理的全覆蓋，覆蓋到從水源頭到水龍頭、從進(jìn)水口到排水口的全過程。今天，在三峽集團(tuán)牽頭實施的各個城市長江大保護(hù)項目中，智慧水務(wù)屬于“必選”子項目，長江大保護(hù)智慧水務(wù)項目已在長江經(jīng)濟(jì)帶陸續(xù)落地。

九江鶴問污水處理廠

　　每一段管網(wǎng)都是數(shù)字管網(wǎng)

　　與多數(shù)沿江城市一樣，九江的水環(huán)境痛點是排水系統(tǒng)的運行能力跟不上城市發(fā)展速度，管道的混接錯接、淤堵破損、雨污混流等導(dǎo)致雨天易積水，河道易返黑返臭。

九江江灘風(fēng)光

　　“管網(wǎng)的位置在哪里、缺陷是什么?這是第一步要解決的問題。”長期從事城市市政管網(wǎng)設(shè)計與研究的三峽智慧水務(wù)公司業(yè)務(wù)總監(jiān)徐昊旻說，改善九江城區(qū)水環(huán)境，首先要摸清管網(wǎng)“家底”。

　　三峽集團(tuán)在九江開展長江大保護(hù)之初，就采用數(shù)字化手段對約80平方公里項目范圍內(nèi)的存量管網(wǎng)進(jìn)行了普查和檢測，相當(dāng)于給管網(wǎng)做全身“體檢”，在生成“體檢報告”的同時，也通過三峽智慧水務(wù)公司開發(fā)的應(yīng)用軟件建立了“電子檔案”，涵蓋管網(wǎng)的坐標(biāo)、埋深、走向、材質(zhì)、管徑等基本信息，也包括是否存在結(jié)構(gòu)性、功能性缺陷以及缺陷等級。而在新建和修復(fù)管網(wǎng)過程中，除了動態(tài)錄入管網(wǎng)的所有信息，還根據(jù)運營需求科學(xué)布設(shè)液位計、流量計等監(jiān)測設(shè)備，能夠?qū)崟r采集液位、流量、水質(zhì)等運行數(shù)據(jù)。可以說，每一段管網(wǎng)在“出生”時就有了一張電子身份證。這一端，物理管網(wǎng)在地下空間延伸，另一端，數(shù)字管網(wǎng)也在虛擬世界搭建。

　　在位于兩河污水處理廠的九江智慧水務(wù)調(diào)度中心，三峽集團(tuán)建設(shè)、運維的每一個管節(jié)的位置、埋深、孔徑、流量、流速等信息，都能精準(zhǔn)地展現(xiàn)給治水決策者。三峽集團(tuán)在九江合作區(qū)內(nèi)建設(shè)的約2100公里管網(wǎng)，均實現(xiàn)了數(shù)字化“孿生”。

　　“不僅在九江，今天三峽集團(tuán)在所有長江大保護(hù)項目里鋪設(shè)的管網(wǎng)都是數(shù)字管網(wǎng)。”三峽智慧水務(wù)公司工程建設(shè)部負(fù)責(zé)人介紹，三峽智慧水務(wù)公司數(shù)字化團(tuán)隊長期駐守40多個城市項目一線，在長江環(huán)保集團(tuán)的全力支持下，與管網(wǎng)普查單位、檢測單位、設(shè)計單位、施工單位一輪輪對接、核實、糾正，目前長江大保護(hù)數(shù)字管網(wǎng)庫規(guī)模躍居全國之最，總長度超40000公里。這些管網(wǎng)數(shù)據(jù)是智慧水務(wù)的“底座”，通過集控手段，提供給“城市智慧水管家”，成為水環(huán)境治理一體化調(diào)度的決策依據(jù)。

　　智慧大腦初長成

　　在九江智慧水務(wù)調(diào)度中心內(nèi)，一張大屏匯集了全部監(jiān)測設(shè)備采集到的涉水信息。

　　“前期埋設(shè)的監(jiān)測設(shè)備如同‘千里眼’和‘順風(fēng)耳’，每天會將采集的數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)秸{(diào)度中心，動態(tài)生成‘一張圖’，為九江城區(qū)各類場景下的水環(huán)境管理提供重要支撐。”三峽智慧水務(wù)公司九江項目經(jīng)理閔樂樂介紹說。以往遇到管道淤堵污水冒溢，總是急救式地“哪里堵了通哪里”，疏通工作量大，沒有規(guī)律可循。如今有了數(shù)字系統(tǒng)，運維人員可以通過關(guān)鍵的實時在線數(shù)據(jù)快速排查隱患。

　　“數(shù)字經(jīng)濟(jì)時代，數(shù)據(jù)已經(jīng)成為‘新石油’，但只有經(jīng)過提煉才能更具價值。”三峽智慧水務(wù)公司相關(guān)負(fù)責(zé)人說，“我們可以根據(jù)流速、液位等實時數(shù)據(jù)判定管網(wǎng)是否存在淤堵和冒溢的風(fēng)險，也可以通過對比雨天、晴天兩種天氣下管網(wǎng)的流速和流量，來判定是否有雨污混接等問題。”

　　九江的地形地貌和水文條件決定了這座城市很容易形成雨季內(nèi)澇。那么，一場暴雨之后，九江會發(fā)生什么變化?

　　數(shù)字模型可以推演——

　　下雨了，雨水管的水排河，合流管里的水進(jìn)入截污管或調(diào)蓄池，此時，污水廠進(jìn)水量增加，進(jìn)水濃度降低。模型根據(jù)雨量大小推算管網(wǎng)流量、液位、水質(zhì)濃度的變化，進(jìn)而推算和決定構(gòu)筑物的運行狀況，比如調(diào)蓄池的負(fù)荷大小、抽水泵站的啟停、排水閥門的啟閉等，還能根據(jù)管網(wǎng)高水位運行和檢查井冒溢情況識別內(nèi)澇風(fēng)險，預(yù)判內(nèi)澇發(fā)生時間、發(fā)生地點、淹沒范圍、積水深度等。

　　“有了系統(tǒng)的預(yù)判，運維人員可以在汛期主動迎戰(zhàn)。”長江環(huán)保集團(tuán)九江三峽水務(wù)公司相關(guān)負(fù)責(zé)人介紹，比如雨前降低管網(wǎng)液位為暴雨騰出容量，雨中指導(dǎo)調(diào)蓄池、泵站和污水廠等設(shè)施的協(xié)同運行，雨后再次進(jìn)行巡檢，清理淤積、排查隱患。

　　越用越“聰明”的大腦

　　如果把智慧水務(wù)系統(tǒng)比作人類的大腦，那么模型就是大腦應(yīng)對具體情境時產(chǎn)生的行為。目前，九江已搭建起內(nèi)澇模型、管網(wǎng)水動力模型、管網(wǎng)水質(zhì)模型、河道水動力模型、河道水質(zhì)模型五大模型，能夠預(yù)測不同天氣狀況下城市水環(huán)境各項指標(biāo)的演變。

　　在三峽智慧水務(wù)公司相關(guān)負(fù)責(zé)人看來，模型是要靠數(shù)據(jù)“喂養(yǎng)”的，日積月累的運行數(shù)據(jù)就是“養(yǎng)料”。“只有不斷地通過真實數(shù)據(jù)去推演和驗證，模型才會越來越精準(zhǔn)，大腦才會越用越聰明。”

　　在九江，監(jiān)測設(shè)備每隔5分鐘就會向智慧水務(wù)系統(tǒng)發(fā)送管網(wǎng)及廠站的流量、液位、流速、COD濃度等實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，以及泵站、閥門等實時控制數(shù)據(jù)，經(jīng)過一年多的“喂養(yǎng)”，系統(tǒng)中各模型準(zhǔn)確度可達(dá)85%以上。

　　“未來，我們有20多年的運維時間去持續(xù)‘喂養(yǎng)’這些模型，智慧水務(wù)這顆大腦一定會越來越聰明。”該負(fù)責(zé)人說。從數(shù)字化到智能化再到智慧化，還有一段很長的路，長江大保護(hù)智慧水務(wù)正以九江、六安為示范基地持續(xù)開展智能感知、數(shù)據(jù)治理、一體化調(diào)度、集控運營等卡脖子技術(shù)的研發(fā)、測試、迭代和升級，推動技術(shù)產(chǎn)品化、產(chǎn)品市場化，并最終面向行業(yè)推廣，助力三峽“智”水模式輸出。

　　據(jù)三峽智慧水務(wù)公司陸熙博士介紹，目前九江正在探索實現(xiàn)污水處理廠的智能診斷和控制，她和團(tuán)隊正在搭建污水生物反應(yīng)模型，能夠模擬典型的污水處理工藝過程，假設(shè)污水處理廠出水水質(zhì)不達(dá)標(biāo)，則可以根據(jù)模型提供的方案診斷原因，幫助污水廠大幅提升運維效率。

水清岸綠的九江十里河

　　“數(shù)字化的賦能，使以往對水務(wù)現(xiàn)象的觀察變成了基于數(shù)據(jù)的預(yù)測，而數(shù)據(jù)變化的趨勢又可以幫助我們形成動態(tài)的管理決策，能夠有效提高管理水平，降低成本，提升水環(huán)境治理成效。”長江環(huán)保集團(tuán)負(fù)責(zé)人說。