江西九江，南靠廬山，北臨長(zhǎng)江，東接鄱陽(yáng)湖，還將十里河、八里湖、南門(mén)湖、甘棠湖等河湖攬入城郭。江、湖、山在這相遇，形成令文人墨客駐足流連的壯美奇觀，也給這座古城留下千年水患之疾。九江地勢(shì)東、西、南三面高，中間低，雨天城市受到山間雨水和河湖漲水的“雙重夾擊”，容易形成積水內(nèi)澇；不下雨時(shí)，水動(dòng)力不足，又容易形成黑臭水體。邁入新時(shí)代的九江，面對(duì)這道千年“水問(wèn)題”，亟需一套全新的答案。
把多的水“管”起來(lái)
2021年，全國(guó)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(zhǎng)江區(qū)（1152.8毫米），而僅僅一個(gè)九江市平均降水量就達(dá)到了1553.7毫米。
“九江的痛點(diǎn)是水多了。”三峽集團(tuán)所屬長(zhǎng)江環(huán)保集團(tuán)江西區(qū)域公司執(zhí)行總經(jīng)理何文戰(zhàn)介紹說(shuō)，九江降水量在時(shí)間上的分布特點(diǎn)是年內(nèi)分配不均，降水主要集中在5-6月份，暴雨多，強(qiáng)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(lái)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(shí)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(mén)，沒(méi)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)參與共抓長(zhǎng)江大保護(hù)的“第一槍”在九江打響，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(shí)，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(dòng)力、資本、技術(shù)并列的第五大生產(chǎn)要素。”三峽智慧水務(wù)公司常務(wù)副總經(jīng)理陳江海說(shuō)，“城市排水系統(tǒng)是一項(xiàng)隱蔽工程，且多數(shù)是建設(shè)年代已久，平時(shí)缺乏系統(tǒng)維護(hù)。絕大多數(shù)城市管網(wǎng)底數(shù)和運(yùn)行狀態(tài)是看不見(jiàn)、說(shuō)不清的，數(shù)字化手段可以讓看不見(jiàn)的看得見(jiàn)，讓說(shuō)不清的說(shuō)得清，讓管不住的管得住，這就是數(shù)字化治水的邏輯。”
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(zhǎng)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(gè)月內(nèi)完成了多源數(shù)據(jù)數(shù)字化入庫(kù)、應(yīng)用功能開(kāi)發(fā)及系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試等工作，實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)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(tái)從無(wú)到有的突破。
“智慧水務(wù)要服務(wù)于工程設(shè)計(jì)建設(shè)運(yùn)維全生命周期，必須要有一盤(pán)棋思維。”何文戰(zhàn)說(shuō)。
三峽智慧水務(wù)公司以九江為基礎(chǔ)，從以管網(wǎng)為重點(diǎn)的城市智慧水管家等理念出發(fā)，構(gòu)建三峽水務(wù)運(yùn)營(yíng)管理邏輯，努力實(shí)現(xiàn)對(duì)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(guò)程。
今天，在三峽集團(tuán)牽頭實(shí)施的各個(gè)城市長(zhǎng)江大保護(hù)項(xiàng)目中，智慧水務(wù)屬于“必選”子項(xiàng)目，長(zhǎng)江大保護(hù)智慧水務(wù)項(xiàng)目已在長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶陸續(xù)落地。
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(diǎn)是排水系統(tǒng)的運(yùn)行能力跟不上城市發(fā)展速度，管道的混接錯(cuò)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。
“管網(wǎng)的位置在哪里、缺陷是什么？這是第一步要解決的問(wèn)題。”長(zhǎng)期從事城市市政管網(wǎng)設(shè)計(jì)與研究的三峽智慧水務(wù)公司業(yè)務(wù)總監(jiān)徐昊旻說(shuō)，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(kāi)展長(zhǎng)江大保護(hù)之初，就采用數(shù)字化手段對(duì)約80平方公里項(xiàng)目范圍內(nèi)的存量管網(wǎng)進(jìn)行了普查和檢測(cè)，相當(dāng)于給管網(wǎng)做全身“體檢”，在生成“體檢報(bào)告”的同時(shí)，也通過(guò)三峽智慧水務(wù)公司開(kāi)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(jí)。而在新建和修復(fù)管網(wǎng)過(guò)程中，除了動(dòng)態(tài)錄入管網(wǎng)的所有信息，還根據(jù)運(yùn)營(yíng)需求科學(xué)布設(shè)液位計(jì)、流量計(jì)等監(jiān)測(cè)設(shè)備，能夠?qū)崟r(shí)采集液位、流量、水質(zhì)等運(yùn)行數(shù)據(jù)。可以說(shuō)，每一段管網(wǎng)在“出生”時(shí)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(yùn)維的每一個(gè)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(shí)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(zhǎng)江大保護(hù)項(xiàng)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)人魏本勝介紹，三峽智慧水務(wù)公司數(shù)字化團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期駐守40多個(gè)城市項(xiàng)目一線(xiàn)，在長(zhǎng)江環(huán)保集團(tuán)的全力支持下，與管網(wǎng)普查單位、檢測(cè)單位、設(shè)計(jì)單位、施工單位一輪輪對(duì)接、核實(shí)、糾正，目前長(zhǎng)江大保護(hù)數(shù)字管網(wǎng)庫(kù)規(guī)模躍居全國(guó)之最，總長(zhǎng)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(guò)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(zhǎng)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(cè)設(shè)備采集到的涉水信息。
“前期埋設(shè)的監(jiān)測(cè)設(shè)備如同‘千里眼’和‘順風(fēng)耳’，每天會(huì)將采集的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)秸{(diào)度中心，動(dòng)態(tài)生成‘一張圖’，為九江城區(qū)各類(lèi)場(chǎng)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(xiàng)目經(jīng)理閔樂(lè)樂(lè)介紹說(shuō)。
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(méi)有規(guī)律可循。如今有了數(shù)字系統(tǒng)，運(yùn)維人員可以通過(guò)關(guān)鍵的實(shí)時(shí)在線(xiàn)數(shù)據(jù)快速排查隱患。
“數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)代，數(shù)據(jù)已經(jīng)成為‘新石油’，但只有經(jīng)過(guò)提煉才能更具價(jià)值。”三峽智慧水務(wù)公司常務(wù)副總經(jīng)理陳江海說(shuō)，“我們可以根據(jù)流速、液位等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)判定管網(wǎng)是否存在淤堵和冒溢的風(fēng)險(xiǎn)，也可以通過(guò)對(duì)比雨天、晴天兩種天氣下管網(wǎng)的流速和流量，來(lái)判定是否有雨污混接等問(wèn)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(chǎng)暴雨之后，九江會(huì)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(shí)，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(yùn)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(mén)的啟閉等，還能根據(jù)管網(wǎng)高水位運(yùn)行和檢查井冒溢情況識(shí)別內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)，預(yù)判內(nèi)澇發(fā)生時(shí)間、發(fā)生地點(diǎn)、淹沒(méi)范圍、積水深度等。
“有了系統(tǒng)的預(yù)判，運(yùn)維人員可以在汛期主動(dòng)迎戰(zhàn)。”長(zhǎng)江環(huán)保集團(tuán)九江三峽水務(wù)公司副經(jīng)理毛宇洛介紹，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(yùn)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(lèi)的大腦，那么模型就是大腦應(yīng)對(duì)具體情境時(shí)產(chǎn)生的行為。目前，九江已搭建起內(nèi)澇模型、管網(wǎng)水動(dòng)力模型、管網(wǎng)水質(zhì)模型、河道水動(dòng)力模型、河道水質(zhì)模型五大模型，能夠預(yù)測(cè)不同天氣狀況下城市水環(huán)境各項(xiàng)指標(biāo)的演變。
在陳江海看來(lái)，模型是要靠數(shù)據(jù)“喂養(yǎng)”的，日積月累的運(yùn)行數(shù)據(jù)就是“養(yǎng)料”。“只有不斷地通過(guò)真實(shí)數(shù)據(jù)去推演和驗(yàn)證，模型才會(huì)越來(lái)越精準(zhǔn)，大腦才會(huì)越用越聰明。”
在九江，監(jiān)測(cè)設(shè)備每隔5分鐘就會(huì)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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，以及泵站、閥門(mén)等實(shí)時(shí)控制數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)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(lái)，我們有20多年的運(yùn)維時(shí)間去持續(xù)‘喂養(yǎng)’這些模型，智慧水務(wù)這顆大腦一定會(huì)越來(lái)越聰明。”陳江海說(shuō)。
從數(shù)字化到智能化再到智慧化，還有一段很長(zhǎng)的路，長(zhǎng)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(kāi)展智能感知、數(shù)據(jù)治理、一體化調(diào)度、集控運(yùn)營(yíng)等卡脖子技術(shù)的研發(fā)、測(cè)試、迭代和升級(jí)，推動(dòng)技術(shù)產(chǎn)品化、產(chǎn)品市場(chǎng)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(shí)現(xiàn)污水處理廠的智能診斷和控制，她和團(tuán)隊(duì)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(guò)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(yùn)維效率。
“數(shù)字化的賦能，使以往對(duì)水務(wù)現(xiàn)象的觀察變成了基于數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)，而數(shù)據(jù)變化的趨勢(shì)又可以幫助我們形成動(dòng)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(zhǎng)江環(huán)保集團(tuán)董事長(zhǎng)王殿常說(shuō)。
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