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到了1553.7毫米。

“九江的痛點是水多了。”三峽集團所屬長江環(huán)保集團江西區(qū)域公司執(zhí)行總經(jīng)理何文戰(zhàn)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)的復雜城市水系統(tǒng)，若是不能準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，三峽集團參與共抓長江大保護的“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)公司常務(wù)副總經(jīng)理陳江海說，“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。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)保集團和三峽集團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。”何文戰(zhàn)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、從進水口到排水口的全過程。

今天，在三峽集團牽頭實施的各個城市長江大保護項目中，智慧水務(wù)屬于“必選”子項目，長江大保護智慧水務(wù)項目已在長江經(jīng)濟帶陸續(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”。

三峽集團在九江開展長江大保護之初，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)進行了普查和檢測，相當于給管網(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)的應用軟件建立了“電子檔案”，涵蓋管網(wǎng)的坐標、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，都能精準地展現(xiàn)給治水決策者。三峽集團在九江合作區(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，今天三峽集團在所有長江大保護項目里鋪設(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)部負責人魏本勝介紹，三峽智慧水務(wù)公司數(shù)字化團隊長期駐守40多個城市項目一線，在長江環(huán)保集團的全力支持下，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)公司常務(wù)副總經(jīng)理陳江海說，“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，合流管里的水進入截污管或調(diào)蓄池，此時，污水廠進水量增加，進水濃度降低。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，進而推算和決定構(gòu)筑物的運行狀況，比如調(diào)蓄池的負荷大小、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)澇風險，預判內(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)的預判，運維人員可以在汛期主動迎戰(zhàn)。”長江環(huán)保集團九江三峽水務(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，能夠預測不同天氣狀況下城市水環(huán)境各項指標的演變。

在陳江海看來，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，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)中各模型準確度可達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。”陳江海說。

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，她和團隊正在搭建污水生物反應模型，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)不達標，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。

“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)保集團董事長王殿常說。