Гидроузел Трёх Ущелий является одной из крупнейших и важнейших гидротехнических сооружений в мире, играя ключевую роль в регулировании стока мощной реки Янцзы. Каждый год китайские специалисты сталкиваются с непростой задачей — защитить близлежащие регионы от разрушительных наводнений, наносящих огромный ущерб как экономике, так и жизням людей. Для решения этой проблемы на базе современных информационных технологий был создан и внедрён уникальный проект — цифровой двойник Трёх Ущелий версии 1.0, который стал мощным инструментом интеллектуального управления и противодействия стихии. Цифровой двойник позволяет создать виртуальную копию гидроузла и прилегающего водохранилища, соединяя в единую систему огромные массивы данных о гидрологических и метеорологических условиях, параметрах водоёма и состояниях оборудования.
Благодаря этому формируется реалистичная модель поведения системы в различных сценариях развития событий. Именно эта детальная визуализация и прогнозирование обеспечивают высокоточную подготовку и оперативное принятие решений в период критических паводков. В 2024 году во время борьбы с вторым серьёзным паводком на реке Янцзы три водохранилища совместно задержали около 52,8 миллиардов кубометров воды, что составило рекордные 77% от общего объёма задержанной воды в верховьях реки. Такая масштабная регуляция позволила снизить уровень воды на средних и нижних участках на 0,7–3,1 метра, существенно уменьшая угрозу затопления населённых пунктов и сельхозугодий. Центральным элементом цифрового двойника стала система анализа зон затопления в акватории Трёх Ущелий, которая ежедневно используется во время регулярных заседаний по мониторингу водной ситуации.
С помощью этой функции специалисты могут динамично просчитывать, где именно осадки выпадают и как формируется уровень воды, а также прогнозировать риски угрозы затопления в районе, прилегающем к нижнему бьефу водохранилища. Применение этой технологии позволяет не просто оценить, сколько и куда будет сброшено воды, а провести многовариантные сравнительные оценки различных сценариев развития событий и подобрать оптимальную стратегию открывания плотины. Кроме того, для оценки экстремальных рисков был создан специальный цифровой метод моделирования на основе исторических паводков 2020 года. Это позволило воссоздать динамику течения паводковых волн в наиболее уязвимых сегментах, например, в районе школы Чаншоу №2, чтобы предусмотреть возможные затопления и минимизировать потери. Данный подход существенно расширил возможности аналитиков и специалистов в области гидрологии, предоставляя им возможность с высоким уровнем детализации и предсказуемости отслеживать и оценивать потенциальные угрозы.
Фундаментом функционирования цифрового двойника стал массив данных высокого качества, обработанных и интегрированных в единую платформу. Эти данные включают гидрометеорологическую информацию и цифровые модели водохозяйственных систем, что позволяет преодолеть прежние разрывы между сбором, обработкой и применением информации, а также скоординировать взаимодействия между прогнозированием, предупреждением, симуляциями и планированием действий. Одна из инновационных особенностей цифрового двойника — двунаправленная модель предсказания и ретроспективного анализа. С одной стороны, система осуществляет прямое моделирование и прогнозирование гидрологических условий и возможных рисков затопления. С другой стороны, она позволяет обратным путём анализировать оптимальное распределение объёмов сброса воды и регулировочных ресурсов для достижения баланса между защитой территории и эксплуатационными задачами.
Такая взаимосвязанность и динамическое взаимодействие обеспечивают полноценную поддержку выработки многоцельных, комплексных планов по управлению водными ресурсами, учитывающих ряд ограничений и приоритетов. Среди важнейших инноваций цифрового двойника — система прогнозирования вероятности поступления паводковых расходов в водохранилище, построенная с учётом статистической достоверности и неопределённости данных. Это даёт возможность принимать обоснованные управленческие решения на основе анализа уровня риска и вероятностей вероятных сценариев. Также создан усовершенствованный комплекс инструментов для оценки различных вариантов распорядка открытий плотины, позволяющий оператору в режиме реального времени оценивать последствия возможных действий, в том числе площадь затопления, площадь орошаемых или пострадавших сельскохозяйственных земель, уровень материальных потерь и другие ключевые индикаторы риска. Кроме прогнозирования и анализирования паводков, чрезвычайно важную роль в обеспечении безопасности гидроузла играет непрерывный мониторинг состояния водохранилища и динамики перемещений наносов — осадков, оседающих на дне акватории и существенно влияющих на объём и качество хранилища.
Именно на основании этих данных формируется вся слаженная система предупреждений и корректировок операционного режима. В период борьбы с первого и второго паводков 2024 года постоянно велся мониторинг наполнения и сноса наносов, что позволило своевременно отрегулировать сбросы и минимизировать негативные эффекты накопления ила и песка. Система динамического контроля на основе цифрового двойника непрерывно анализирует текущие данные поступления наносов с притоков и их взаимодействия с уровнем воды. Эта инновационная методика позволяет моделировать эффективность различных режимов регулирования для оптимального решения задачи сохранения полезного объёма водохранилища. В рамках этого модуля реализованы функции по моделированию и прогнозированию режимов управления песчаными массами в разных фазах паводка, а также в межпаводковый период, обеспечивая долгосрочную устойчивость и работоспособность гидротехнического комплекса.
Внедрение цифрового двойника Трёх Ущелий кардинально изменило подход к управлению и противодействию наводнениям на крупнейшей реке Китая. Сочетание современных информационных технологий, больших данных и интеллектуального анализа стало залогом повышения точности прогнозов, оперативности действий и минимизации рисков для населения и инфраструктуры. Усовершенствованная система мониторинга и моделирования позволяет специалистам принимать своевременные решения, базирующиеся как на исторических данных, так и на динамически меняющихся условиях. Это, в свою очередь, повышает надёжность и безопасность всей водохозяйственной системы, делая значительный вклад в устойчивое развитие и защиту региона. Планы дальнейшего развития цифрового двойника включают расширение масштабов моделирования, интеграцию с новыми источниками данных и применение технологий искусственного интеллекта для повышения уровня автоматизации и саморегуляции систем.
Всё это обеспечит ещё большую эффективность и адаптивность системы управления, укрепляя позиции Китая как мирового лидера в области гидротехнических инноваций и противодействия природным катаклизмам.
