“智慧脑+千里眼”守护河流安澜 甘肃大力推进数字孪生流域建设
本文转自：人民日报客户端
付文
智慧水利建设是实现新阶段水利高质量发展的重要路径之一。国家“十四五”规划纲要要求构建智慧水利体系，“十四五”新型基础设施建设规划提出要推动大江大河大湖数字孪生。近年来，在水利部的大力支持下，甘肃省抢抓机遇，立足省情，创新打造智慧水利平台，大力推进数字孪生流域建设，助力甘肃水利高质量发展。
2022年2月，水利部正式启动数字孪生流域先行先试工作。甘肃省“疏勒河”和“引洮工程”成功入选全国试点，探索数字孪生流域标准化建设。同步增列白龙江干流甘肃舟曲段为省属数字孪生流域建设试点，建设学习型智慧水利大脑，构建甘肃水利算法中心、水利模型库和知识库，打造数字孪生流域模拟仿真平台，在数字化场景下，通过“真实”投影智慧化模拟流域和工程物理过程，为支撑甘肃省精准决策，提升流域和工程预报、预警、预演、预案“四预”能力，提供有益经验，取得了突出成效。
图为疏勒河灌区。
为疏勒河插上“数字翅膀”
疏勒河，是甘肃省河西走廊内流水系的第二大河，年均径流量10.31亿立方米，河道全长约670公里，总流域面积17万平方公里。疏勒河流域是我国西北干旱区典型的内陆河流域，它所辖的疏勒河灌区是甘肃省最大的自流灌区，承担着酒泉市玉门市、瓜州县134万亩农田灌溉任务。近年来通过全面实施灌区续建配套与现代化改造项目，补短板、强弱项、提质效，有效解决当地耕地“卡脖子旱”，下游河道和自然保护区生态环境明显好转。如今，疏勒河灌区正趁着智慧水利“春风”，为灌区现代化管理插上“数字翅膀”。
“我们把疏勒河缩进了计算机，在电脑上打造一个与实际疏勒河一样的‘数字孪生疏勒河’，对现实中的疏勒河及保护治理活动进行数字映射、智能模拟、前瞻预演，与现实中的疏勒河流域同步仿真运行、虚实交互、迭代优化，以实现对现实流域的实时监控、发现问题、优化调度。”甘肃省疏勒河流域水资源利用中心规划计划处工程师盛彩虹说。“数字孪生疏勒河”通过完善流域水利信息化基础设施，建设覆盖范围广、布控精度准、分布密度大、类别品类多的信息采集和监测站点，并运用整合、扩展、集成等方式，构建起数字孪生平台，形成具有“四预”功能的数字孪生流域。
“现在只需要10分钟，就能将整个管理范围内79.95公里的干渠巡查一遍，全程监控，问题及时发现及时处置。”疏勒河昌马灌区管理处干部李玉军说。目前，疏勒河灌区已建成了“一张图、一个库、一门户、一张网”的信息化管控平台，698个斗口计量监测点、106套测控一体化闸门和28处雷达水位监测点，从水库源头到末级渠系水情信息的实时监测和记录，灌区超90%以上灌溉面积自动计量，互联共享，灌溉管理精准化计量精度逐步实现从“厘米级”到“毫米级”。平台同样在流域防洪中发挥作用。2022年，实现极端暴雨条件下流域洪水防御预演，为灌区三座水库（昌马水库、双塔水库、赤金峡水库）及昌马西干渠、疏花干渠、双塔总干、水电站等重点水利工程安全运行保驾护航。
当数字孪生技术遇见流域，就等于给河流装上了“智慧脑”，一条条河流有了新生命，为一个个的灌区注入新鲜“活水”。
为人工地下长河安上“智慧双眼”
洮河，黄河上游第二大支流，流经甘肃境内，水量充沛，水清见底。喝上甘甜的洮河水，成为陇中人民半个多世纪的期盼。引洮供水工程全线通水，甘肃省约四分之一人口喝上了“安心水”，彻底甩掉了“陇中苦瘠甲天下”历史标签。
引洮供水工程自九甸峡水库取水口引水，穿山越岭，跨沟过峁，依势自流而下，惠及5个地级市13个县（区）600多万人，是目前甘肃引水渠线最长的大型跨流域引水工程。工程干支渠总长1069.83公里，超出洮河干流近400公里，是名副其实的“人工地下长河”。工程庞大复杂，沿线布满隧洞、干渠、支渠、暗渠、渡管、倒虹吸、输水管线等，直通田间最后一公里。如何管好用好，使甘肃人民的圆梦工程真正发挥效益？一直是甘肃水利人坚持不懈、努力奋斗的目标。
甘肃省水务投资有限责任公司作为引洮供水工程的建设者、运营者和管理者，长期致力改善工程运况，改进管理运行模式，在工程运行管理中大胆创新，引入数字孪生技术，改善工程运行调度条件。承建的“数字孪生引洮工程”，通过构建水资源管理与调配、工程安全巡检、水情监测与水费收缴等方面的业务应用体系，实现水量精准智能调度以及沟（河）道退水模拟分析，实现工程智能巡查、实时分析、智能诊断，实现水费自动精准计算和快速整编。
“通过在手机或显示屏操作，一体化测控板闸可把洮河水分流到各受益县区，工程末端安装智能控制槽闸，一旦有紧急情况，可以退水。”省水投公司下属子公司甘肃水务节水科技发展有限责任公司董事长马国印介绍。针对引洮供水工程长距离多隧洞全年运行调度的工况，构建涵盖引洮供水工程总干渠渠首至斗农口末端的智慧化管理系统，综合运用高精度渠道及断面数据、高频遥感数据，与现有视频实时监测数据进行融合建模，实现渠道物理流场水面－水位－流量一体化实时化感知孪生。采取异构交错感知+多源数据融合、BIM+GIS一体化嵌套还原、视频AI与测控单元耦合等技术,结合空间数据相关计算、分析，实现了工程全生命周期可视化管理，提高工程安全运行、科学调度能力。已经建成投入使用的120余孔一体化测控闸站，采用数字孪生技术，搭载引洮供水工程多源全景水量调度实时推演系统，配水设施能耗大大降低、供水利用率提升至95%以上，降低运行管理成本，故障响应时间大大缩短。
为白龙江干流舟曲段山洪灾害防御当好“吹哨人”
白龙江，是长江流域嘉陵江上游最大一级支流，发源于川、甘、青三省交界的西倾山东侧郎木寺附近，由西向东南流经四川若尔盖县、甘肃迭部、舟曲、宕昌、武都、文县等县，在文县中庙乡的营子沟复入四川省，于广元市昭化镇流入嘉陵江，干流全长562公里，流域面积3.18万平方公里。干流沿线属秦巴山区、六盘山区、青藏高原、黄土高原地形交汇地带，地质构造复杂，地貌类型多样，山峦叠嶂，沟壑纵横，是全国地质灾害最严重的区域之一。流域内发生的2010年“8·7甘肃舟曲特大泥石流”、2020年“8·12陇南市特大暴洪泥石流”，给当地群众造成严重经济损失，一场暴雨夺走了上千人宝贵的生命，数十万人受灾。
痛定思痛，甘肃省上下齐力，推进灾区江河干流、中小河流、山洪沟道等堤防修复重建，加强山洪灾害防治，构建山洪灾害监测预警系统。甘肃省水利厅自我加压，启动“数字孪生白龙江干流舟曲段”省级数字孪生流域建设试点，选择在全国滑坡、泥石流、地震三大地质灾害高发频发区——白龙江干流甘肃舟曲段，创新探索一条具有典型特征、具备“四预”功能、可复制推广的路子，精准支撑山洪灾害防御的决策体系，让山洪来得不那么突然，给群众提前转移赢得更充分时间。
“数字孪生白龙江干流舟曲段”由甘肃省水利厅联合联通数字科技有限公司和华中科技大学共同建设，探究灾害成因，研制了复杂河道浮标式北斗水位高精度测报仪，有效弥补白龙江干流无资料河段实时水位观测数据。研发适用于高山峡谷地貌的降雨径流预报、一二维水动力洪水演进、洪灾预案分析等模型，实现舟曲县53个小流域出口断面未来5天的流量预报预警、白龙江干流关键断面未来12小时的洪水流量滚动预报和动态推演，完成了8个防灾对象精准防控图和避险转移图的生成和发布。
建成的“白龙江电子防洪沙盘”现已覆盖白龙江干流123平方公里人口密集区域，通过构建流域全要素、多维度、多尺度、实时监测网络和区域自动化串联耦合预报体系，采用孪生流域建模技术、大数据挖掘技术、北斗监测技术、空间分析技术、水利模拟技术，面向53个小流域以及66公里主河道水雨灾情，建立了“10天风险预警，3天预报预警，实时监测预警”相嵌套的洪涝灾害防御预警体系。借助这套防御预警体系，通过多维度研判，科学化决策及系统性复盘，可实现保护区域防洪业务一图全览、一链贯通和“四预”管理。防御预警体系运行以来，“3天预报预警”预测15毫米以上降雨11次，降雨监测准确率为78.5%。2022年7月22日三眼峪小流域提前三天预测数据24.55mm，实测降雨26.5mm，雨量准确度达到92.6%，为防洪预警提供了科学决策依据。
百舸争流千帆竞，借海扬帆奋者先。甘肃省牢牢坚持“需求牵引、应用至上、数字赋能、提升能力”总要求，乘着智慧水利东风，加快推进数字孪生流域建设，创新驱动新阶段水利高质量发展，为建设幸福美好新甘肃提供强有力的水安全保障。
签发：董洪亮
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