□本報記者 李海川

　　云計算、人工智能、大模型等技術(shù)與水利業(yè)務(wù)深度融合，水利專業(yè)模型、仿真可視化模型、智能分析模型等算法模型逐步構(gòu)建……作為新質(zhì)生產(chǎn)力在水利領(lǐng)域的重要表現(xiàn)，數(shù)字孿生水利建設(shè)已從積極探索先行先試進(jìn)入常態(tài)化推進(jìn)和強(qiáng)化應(yīng)用，加速實現(xiàn)對水的智能感知、精細(xì)管理和高效利用。

　　作為數(shù)字孿生水利建設(shè)的重要組成部分，數(shù)字孿生調(diào)水工程建設(shè)是加快推進(jìn)國家水網(wǎng)建設(shè)、充分發(fā)揮國家水網(wǎng)整體效能的有力支撐。2021年以來，水利部部長李國英多次對數(shù)字孿生水利建設(shè)進(jìn)行調(diào)研，要求不斷提高科學(xué)精準(zhǔn)安全調(diào)度水平。當(dāng)前，各地水利部門正加快推進(jìn)跨流域跨區(qū)域數(shù)字孿生調(diào)水工程建設(shè)，為調(diào)水工程安裝“智慧大腦”，實現(xiàn)江河流域水資源科學(xué)精準(zhǔn)調(diào)度。

　　護(hù)航精準(zhǔn)科學(xué)調(diào)度

　　走進(jìn)中國南水北調(diào)集團(tuán)中線有限公司總調(diào)度中心，墻面中央大屏上輸水渠道模型圖映入眼簾，南水北調(diào)中線一期工程303座控制建筑物、476座排水建筑物、12座隧洞、1座泵站在圖上一一映射，閘門、渠道等水情數(shù)據(jù)實時更新。

　　南水北調(diào)中線一期工程跨越1432公里，且建筑物樣式多、交叉建筑物多，面臨著多水源、多供水目標(biāo)，輸水調(diào)度情況十分復(fù)雜。如何實現(xiàn)精準(zhǔn)調(diào)度，確保一泓清水永續(xù)北上？

　　這離不開數(shù)字孿生技術(shù)的“加持”。2023—2024年度冰期輸水期間，南水北調(diào)中線工程累計向沿線供水16.9億立方米，較水利部同期下達(dá)供水計劃多3.4億立方米。

　　顯著的輸水成效得益于數(shù)字孿生南水北調(diào)中線冰期輸水業(yè)務(wù)應(yīng)用。“公司從2011年起組織開展冰情觀測工作，積累了大量冰期輸水?dāng)?shù)據(jù)，搭建了堅實的數(shù)據(jù)底板。”南水北調(diào)中線公司信息機(jī)電中心主任孫維亞介紹，“我們還建成了統(tǒng)計學(xué)、預(yù)報和精細(xì)模擬兩套模型，在水溫和冰情預(yù)測預(yù)報上互為參考、相互驗證，不僅可以預(yù)測預(yù)報未來3至15天各渠段位置的水溫、冰情，還可以在水溫、岸冰、流冰、冰蓋達(dá)到臨界值時及時預(yù)警，針對冰情生成相應(yīng)預(yù)案。”

　　數(shù)字孿生南水北調(diào)中線工程入選全國首批數(shù)字孿生流域建設(shè)先行先試工程。目前，數(shù)字孿生南水北調(diào)中線一期工程1.0版創(chuàng)新構(gòu)建了多模態(tài)算據(jù)匯集、多業(yè)務(wù)專業(yè)模型協(xié)同、多芯融合算力平臺建設(shè)的“四預(yù)”功能，形成了跨流域多目標(biāo)聯(lián)合調(diào)度、長距離明渠輸水工程水質(zhì)保護(hù)、冬季輸水安全保障等多個智慧應(yīng)用場景。

　　作為實體調(diào)水工程在數(shù)字世界里的“孿生兄弟”，數(shù)字孿生調(diào)水工程進(jìn)行全要素、全過程的數(shù)字化映射、智能化模擬，實現(xiàn)及時準(zhǔn)確預(yù)報、全面精準(zhǔn)預(yù)警、同步仿真預(yù)演、精細(xì)數(shù)字預(yù)案，助力科學(xué)調(diào)度每一立方米水資源。

　　浙江省東部區(qū)域密布著7000余條河流，浙東水網(wǎng)內(nèi)控制性工程類型、數(shù)量眾多，共有8類2000余座。數(shù)字孿生技術(shù)，為在復(fù)雜平原河網(wǎng)地區(qū)實現(xiàn)水資源多目標(biāo)精細(xì)化調(diào)度提供了有力支撐。

　　“我們初步建成浙東區(qū)域水網(wǎng)天空地一體監(jiān)測感知體系，依托浙江省統(tǒng)一的政務(wù)‘一朵云’資源，部署29臺虛擬和實體服務(wù)器，實現(xiàn)基礎(chǔ)算力統(tǒng)一調(diào)度、統(tǒng)籌利用、高效配置、安全可控。同時構(gòu)建有浙東引水特色的水網(wǎng)專業(yè)模型13個，智能識別模型3個，有力支撐浙東引水工程日常業(yè)務(wù)工作開展和水網(wǎng)運行調(diào)度管理。”浙江省錢塘江流域中心浙東引水部主任嚴(yán)雷說。

　　2023年杭州亞運會期間，浙東引水沿線河網(wǎng)水位始終維持在高水位，水質(zhì)達(dá)到Ⅱ～Ⅲ類，實現(xiàn)了一江碧水護(hù)航亞運。

　　筑牢安全生產(chǎn)防線

　　2023年12月1日上午，隨著“啟動充水”一聲令下，汩汩西江水涌入輸水隧洞，珠江三角洲水資源配置工程西江干流順德鯉魚洲取水口順利啟動輸水隧洞充水。

　　“隧洞充水并不是簡單的開閥門放水，而是需要經(jīng)過精確計算和設(shè)計，如果充水速度過快，會造成隧洞內(nèi)空氣壓縮，對排氣閥門造成破壞性沖擊。”珠三角供水公司機(jī)電部高級經(jīng)理侯征軍說。

　　與實體工程同步建設(shè)、同步投入應(yīng)用，數(shù)字孿生珠三角工程成為全國首個在物理工程正式充水前利用數(shù)字孿生工程實現(xiàn)充、排水預(yù)演的調(diào)水工程。在實體工程開始充水前，通過多方案數(shù)字孿生預(yù)演，優(yōu)化充水安全預(yù)案，精準(zhǔn)預(yù)報隧洞內(nèi)、工作井水位變化趨勢及排氣情況，為實體工程安全順利實現(xiàn)通水目標(biāo)奠定基礎(chǔ)。

　　工程安全、供水安全、水質(zhì)安全是調(diào)水工程調(diào)度運行的生命線。數(shù)字孿生調(diào)水工程實現(xiàn)了工程安全動態(tài)綜合評估、供水安全滾動保障及水質(zhì)安全精準(zhǔn)模擬，讓科學(xué)處置“跑”在風(fēng)險前面。

　　數(shù)字孿生南水北調(diào)中線工程構(gòu)建水質(zhì)保護(hù)業(yè)務(wù)場景，通過預(yù)測預(yù)警及時發(fā)現(xiàn)水質(zhì)風(fēng)險，通過預(yù)演模擬水污染事件發(fā)展過程和結(jié)果，自動生成應(yīng)急處置預(yù)案，為應(yīng)對水污染事件提供決策支持。

　　數(shù)字孿生珠三角工程通過接入水工安全監(jiān)測數(shù)據(jù)，實時監(jiān)測隧洞內(nèi)外水壓、鋼筋應(yīng)力、縫隙監(jiān)測值等關(guān)鍵信息，對工程運行過程中管片的應(yīng)力分布、位移等變化狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測預(yù)警，發(fā)現(xiàn)超限數(shù)據(jù)即可直觀快速準(zhǔn)確定位，有效提升工程安全保障能力。

　　數(shù)字孿生引江濟(jì)淮工程（安徽段）實現(xiàn)對泵站、水閘、船閘、水情、工程安全等信息的全覆蓋感知監(jiān)控，可實時監(jiān)測各個樞紐建筑物運行狀態(tài)和安全狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)超過安全閾值，系統(tǒng)會實時預(yù)警。

　　賦能工程提質(zhì)增效

　　智能控制終端精確精準(zhǔn)執(zhí)行調(diào)度指令；結(jié)合無人機(jī)自動巡檢，實現(xiàn)自動預(yù)警告警；針對不同工況，構(gòu)建水力模擬預(yù)案庫，為可能出現(xiàn)的應(yīng)急事件提供預(yù)案……

　　3月6日，山東膠東調(diào)水工程明渠段接到調(diào)度輸水干線閘泵群、執(zhí)行分水工況切換的指令。安裝于閘站的智能控制終端通過實時控制模型進(jìn)行邊緣計算，自動控制工程運行，滾動修正運行偏差，僅用6小時就完成了原本需要24個小時的工況切換，調(diào)度精度達(dá)到了分鐘級、厘米級，遠(yuǎn)高于控制目標(biāo)，同時極大減少了人員的工作強(qiáng)度。

　　山東膠東調(diào)水工程于1989年建成通水，已經(jīng)運行35個年頭，數(shù)字孿生水利建設(shè)改變了傳統(tǒng)的以人工經(jīng)驗為核心的運行管理模式，讓這座保障膠東地區(qū)用水安全的民生工程煥發(fā)生機(jī)。

　　“‘無人值守’是水利工程智能化的重要目標(biāo)。”山東省調(diào)水工程運行維護(hù)中心主任馬玉擴(kuò)介紹。山東膠東調(diào)水工程首創(chuàng)的“調(diào)控智能體”，將傳統(tǒng)服務(wù)于調(diào)度人員的調(diào)度執(zhí)行方式升級為基于邊緣計算智能設(shè)備的“無人值守”方式，聯(lián)動無人機(jī)巡航系統(tǒng)，形成智能運行控制體系，全面提升調(diào)水運行及工程管理效能。

　　有了數(shù)字孿生的賦能，調(diào)水工程調(diào)度管理的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化水平極大提升，綜合效益越發(fā)顯著——

　　引洮供水工程通過構(gòu)建BIM+GIS（建筑信息模型+地理信息系統(tǒng)）可視化模型，結(jié)合需水預(yù)測、水資源優(yōu)化調(diào)度、退水分析、建筑物健康輔助等水利專業(yè)模型，在工程安全的前提下，實現(xiàn)全線供水精準(zhǔn)調(diào)度和渠系集群控制，與數(shù)字孿生項目實施前相比，分配水設(shè)施能耗降低60%以上，管理成本降低40%以上，水資源利用率提升20%以上。

　　數(shù)字孿生引江濟(jì)淮工程（安徽段）實現(xiàn)梯級船閘聯(lián)合調(diào)度，船舶不停船、不靠岸便捷高效過閘。截至2024年5月中旬，航運App（應(yīng)用程序）注冊用戶超2800人，調(diào)用服務(wù)超15萬次，服務(wù)通行船舶超9700閘次，服務(wù)通行船只超3萬艘次。

　　…………

　　數(shù)字孿生調(diào)水工程建設(shè)的全面加速，對于不斷提升跨流域跨區(qū)域水資源調(diào)配能力，加快構(gòu)建國家水網(wǎng)、充分發(fā)揮水網(wǎng)運行整體效能意義重大。近兩年，結(jié)合全國56家先行先試單位的94項數(shù)字孿生流域以及兩批10個省級先導(dǎo)區(qū)數(shù)字孿生水網(wǎng)先行先試建設(shè)工作的開展，已有15個大中型調(diào)水工程開展了數(shù)字孿生建設(shè)的探索和試點，取得明顯成效。目前，水利部在試點基礎(chǔ)上，編制完成了《數(shù)字孿生調(diào)水工程建設(shè)技術(shù)導(dǎo)則（試行）》，指導(dǎo)全國更多的調(diào)水工程開展數(shù)字孿生建設(shè)。

　　“我們要充分認(rèn)識推進(jìn)數(shù)字孿生水利建設(shè)是發(fā)展水利新質(zhì)生產(chǎn)力、推動水利高質(zhì)量發(fā)展、保障國家水安全的重要路徑，將按照數(shù)字孿生水利建設(shè)總體要求，全力推進(jìn)第一批數(shù)字孿生調(diào)水工程建設(shè)，突出需求牽引、應(yīng)用至上、數(shù)字賦能、提升能力要求，聚焦工程安全監(jiān)管、智能調(diào)度、水質(zhì)保障、智慧運維等核心業(yè)務(wù)需求，形成一批可借鑒、可推廣的典型經(jīng)驗，為全國200多項大中型調(diào)水工程數(shù)字孿生建設(shè)提供支撐，為國家水網(wǎng)調(diào)度奠定堅實基礎(chǔ)。”水利部調(diào)水管理司司長程曉冰說。