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“水往高处流”——写在南水北调东线一期工程通水十周年之际

科技日报记者 付丽丽

超61.4亿立方米输入山东!水往水周

累计抽引江水400多亿立方米!高处

经过入口处“源头”石碑,流写眼前4座电力抽水站连接4座绿茵小岛,南水年一线排开,北调如画风景下动力澎湃。东线“这里便是期工江都水利枢纽,我国规模最大的程通电力排灌工程、亚洲最大的水往水周泵站枢纽,也是高处南水北调东线的起点。”南水北调东线江苏水源有限责任公司调度运行部主任孙涛告诉记者。流写

图为江都水利枢纽泵站群。南水年

今年是北调南水北调东线正式通水运行十周年。记者近日随南水北调集团组织的东线采访活动,实地探访了这个绵延1467公里的期工国之重器——南水北调东线一期工程。

“南水北调东线一期工程初步构筑了东部国家水网主骨架、大动脉。十年来,工程受水区内城市的生活和工业供水保证率已从不足80%提高到97%以上。提级北上的‘南水’,已成为我国东部保障供水安全、改善河湖生态、促进经济循环的‘生命源泉’。”中国南水北调集团东线有限公司副总工程师魏军国说。

梯级泵站送南水

“古有李冰都江堰,今有人民江都站。”江都水利枢纽是东线第一调水梯级。4座大型泵站、33台水泵,设计流量400立方米每秒,1小时抽水量可灌溉4万亩良田。

在江都水利枢纽展览馆,南水北调东线一期工程数字沙盘清晰展现了其输水脉络。只见长江水从扬州出发,经双线河道一路被“托举”北上,经过13级泵站,就像连续爬升13个台阶,连通洪泽湖、骆马湖、南四湖、东平湖,东线全线最高处东平湖水位与长江水位地势差近40米,让“水往高处流”成为现实。

让江水逆流北上,翻越40米高程,关键在于提升水位的泵站群。记者走进第四抽水站泵房时,7台泵机正在运行,发出阵阵轰鸣声。沿着陡峭的阶梯进入地下,映入眼帘的是几个硕大的叶轮螺旋桨在泵机牵引下飞快旋转,将江水源源不断地抽送上来。

孙涛介绍,南水北调东线工程中,新建和改造22座大型泵站,组成了13个梯级调水枢纽,堪称世界上最大的泵站群。

图为洪泽泵站。

建设这一超大泵站群,难度可想而知。以宝应站为例,其承接三阳河、潼河来水,是东线新增抽江水源泵站。江苏水源公司原副总经理刘军介绍,叶片调节机构是水泵调节运行工况,实施优化运行的关键部件。国内大多采用液压式,即用压力油驱动活塞上下移动,从而调节叶片角度。但这会带来渗油问题,容易污染湖水,而南水北调主要是供给生活用水,必须攻关。

多少个昼夜无休,科研团队以宝应站“大型水泵液压调节关键技术”为基础,最终研发出适应调节力大、防漏油的环保型调节系统,实现新型调节结构国产化。

正是这样“因站而异”“因站而组”,仅南水北调东线江苏段便形成了11套方案,经过严密的泵站技术方案比选,设备投资节省9000万元以上,泵站效率普遍提升至70%以上。

在山东,精细控制同样也在上演。万年闸泵站枢纽是南水北调东线工程第八级抽水泵站,按照规划,其进出水流道层表面平整度设计要求不超过3毫米。

控制好进出水流道层表面平整度,是泵站减少水流损失的决定性因素。流道层是根据水流特性设计的曲面,钢模板很难做到。经过研究,建设人员决定采用整体式异型木制模板,最终实现实际表面平整度不超2毫米。

数字孪生提效能

在南水北调东线江苏段集中控制中心,鼠标一按,只用5秒钟,远在200公里外的泵站机组纷纷转动,出水口水面泛起粼粼波光,2023年南水北调东线调水工作正式开启。

这在以前是不可想象的,水利行业以往主要靠人工经验调度,没有科学的调度模型。今天还在把长江的水抽到洪泽湖里,但明天若上游来了洪水,洪泽湖的水就还要往下放,造成水资源极大浪费。

34座大型泵站、159台泵组、上千名工作人员,每天每小时每分钟如何调度、分配、管理,这挑战丝毫不亚于工程建设。数字孪生泵站建设,一种全新的调水模式,一场智能化、数字化的水利变革正在上演。

数字孪生,简单说就是在虚拟世界里创建一个一模一样的泵站系统。南水北调东线江苏段工程每天至少有2万个点的数据汇聚到中心,如何利用这些数据,挖掘智能化的应用场景,成为南水北调东线江苏水源公司科技信息中心主任莫兆祥和其团队的一道必答题。

为此,团队在江苏段布置了约5200个传感器,200路具有AI分析功能的高清摄像机,并充分利用物联网和云计算,依托自建专有云,对采集的大数据进行分析,使整个江苏段工程的运行管理进入智能时代。

“数字孪生工程建成后,可以对泵组健康状况实时评估,5台机组谁的身体好、谁的身体差,系统都会有科学的判断,而且还能对故障提前预报预警,为后期的优化运行奠定了基础。”莫兆祥说。

在山东邓楼泵站,数字孪生系统也帮了大忙。9月,机组工作人员在做开机维护前,发现一台设备摆速过大,系统提示振动超标。经检修,原来是电涡流传感器有些松动。这种松动,如果长时间运行,会严重影响机组寿命。

中国南水北调集团东线有限公司北京本部数字孪生智能调度大厅里,调度人员可实时查看沿线的工情、水情,通过业务系统在线收发日报、下达指令。

中国南水北调集团东线有限公司总调度中心副主任侯煜表示,数字孪生系统就像泵站的智慧大脑,通过它可以实现精准精确调水,将智慧水利建设推上新台阶。

多措并举优生态

初冬时节的微山湖,碧波荡漾,芦苇丛生。

俗称“微山湖”的南四湖,包括微山湖、昭阳湖、独山湖、南阳湖,是南水北调东线的输水通道和调蓄湖泊。2002年,东线工程启动时,水质污染十分严重,被当地百姓戏称为“酱油湖”。

专家学者一致认为,南水北调东线的成败在水质,关键在治污,重点在南四湖。

生态环境部原总工程师张波正是这样与南水北调结缘的。当时山东省要“铁腕治湖”,正在青岛理工大学任教的张波被紧急调任山东省环保局担任副局长,负责南水北调东线山东段治污工作。

在多次实地调研基础上,张波提出“治”“用”“保”并举的小流域污染综合治理思路,“治”即污染治理,“用”即循环利用,“保”即生态保护。

“规模化人工湿地水质净化工程是‘治用保’策略的重要环节,也是水环境达标的最后一道生态屏障。但大家对其究竟能起多大作用并没有信心,因为当时虽然国内外有不少利用人工湿地净化污水的实例,但大多规模比较小。”张波说。

为此,山东省环保局选择新薛河入湖口建设了5000亩的试点工程。非汛期新薛河河水全部通过橡胶坝提升水位后,自流进入位于河滩地的人工湿地,经过大约20-30天,由湿地出口进入南四湖。当时新薛河属于四到五类水质,经湿地净化后清澈见底,稳定达到地表水三类标准。

秉持这样的理念,共建成人工湿地水质净化工程近25万亩,修复自然湿地23余万亩,水生高等植物恢复到80余种。现在,南四湖像毛刀鱼、桃花水母这种对水质要求很高的鱼类又回归了。

数据显示,南水北调东线通水以来,化学需氧量和氨氮入河总量减少了85%以上,水质断面达标率由3%提高到100%。

天南与地北,共饮一江水。十年来,南来之水汩汩北上,惠及沿线超6800万人。“未来,南水北调东线将继续全力保障受水区供水安全,为北方地区经济社会发展提供有力资源支撑。”魏军国表示。

(中国南水北调集团供图)

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