□本報(bào)記者 李海川

　　云計(jì)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(shí)現(xiàn)對(duì)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(guó)家水網(wǎng)建設(shè)、充分發(fā)揮國(guó)家水網(wǎng)整體效能的有力支撐。2021年以來，水利部部長(zhǎng)李國(guó)英多次對(duì)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(shí)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(guó)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(shí)時(shí)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(shí)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(jì)向沿線供水16.9億立方米，較水利部同期下達(dá)供水計(jì)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(cè)工作，積累了大量冰期輸水?dāng)?shù)據(jù)，搭建了堅(jiān)實(shí)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(jì)學(xué)、預(yù)報(bào)和精細(xì)模擬兩套模型，在水溫和冰情預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)上互為參考、相互驗(yàn)證，不僅可以預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)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(shí)及時(shí)預(yù)警，針對(duì)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(guó)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(tái)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(zhǎng)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(gè)智慧應(yīng)用場(chǎng)景。

　　作為實(shí)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(shí)現(xiàn)及時(shí)準(zhǔn)確預(yù)報(bào)、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(shí)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(cè)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(tái)虛擬和實(shí)體服務(wù)器，實(shí)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(shí)構(gòu)建有浙東引水特色的水網(wǎng)專業(yè)模型13個(gè)，智能識(shí)別模型3個(gè)，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(yùn)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(yùn)會(huì)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(shí)現(xiàn)了一江碧水護(hù)航亞運(yùn)。

　　筑牢安全生產(chǎn)防線

　　2023年12月1日上午，隨著“啟動(dòng)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(dòng)輸水隧洞充水。

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

　　與實(shí)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(guó)首個(gè)在物理工程正式充水前利用數(shù)字孿生工程實(shí)現(xiàn)充、排水預(yù)演的調(diào)水工程。在實(shí)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(bào)隧洞內(nèi)、工作井水位變化趨勢(shì)及排氣情況，為實(shí)體工程安全順利實(shí)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(yùn)行的生命線。數(shù)字孿生調(diào)水工程實(shí)現(xiàn)了工程安全動(dòng)態(tài)綜合評(píng)估、供水安全滾動(dòng)保障及水質(zhì)安全精準(zhǔn)模擬，讓科學(xué)處置“跑”在風(fēng)險(xiǎn)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(chǎng)景，通過預(yù)測(cè)預(yù)警及時(shí)發(fā)現(xiàn)水質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)，通過預(yù)演模擬水污染事件發(fā)展過程和結(jié)果，自動(dòng)生成應(yīng)急處置預(yù)案，為應(yīng)對(duì)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(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)隧洞內(nèi)外水壓、鋼筋應(yīng)力、縫隙監(jiān)測(cè)值等關(guān)鍵信息，對(duì)工程運(yùn)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(cè)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(shí)現(xiàn)對(duì)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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各個(gè)樞紐建筑物運(yùn)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(huì)實(shí)時(shí)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(dòng)巡檢，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)預(yù)警告警；針對(duì)不同工況，構(gòu)建水力模擬預(yù)案庫(kù)，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(shí)時(shí)控制模型進(jìn)行邊緣計(jì)算，自動(dòng)控制工程運(yùn)行，滾動(dòng)修正運(yùn)行偏差，僅用6小時(shí)就完成了原本需要24個(gè)小時(shí)的工況切換，調(diào)度精度達(dá)到了分鐘級(jí)、厘米級(jí)，遠(yuǎn)高于控制目標(biāo)，同時(shí)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(yùn)行35個(gè)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(yàn)為核心的運(yùn)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(yùn)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(jí)為基于邊緣計(jì)算智能設(shè)備的“無人值守”方式，聯(lián)動(dòng)無人機(jī)巡航系統(tǒng)，形成智能運(yùn)行控制體系，全面提升調(diào)水運(yùn)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(cè)、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(shí)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(xiàng)目實(shí)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(shí)現(xiàn)梯級(jí)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(yùn)App（應(yīng)用程序）注冊(cè)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(duì)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(guó)家水網(wǎng)、充分發(fā)揮水網(wǎng)運(yùn)行整體效能意義重大。近兩年，結(jié)合全國(guó)56家先行先試單位的94項(xiàng)數(shù)字孿生流域以及兩批10個(gè)省級(jí)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(gè)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(diǎn)，取得明顯成效。目前，水利部在試點(diǎn)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(guó)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(shí)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(dòng)水利高質(zhì)量發(fā)展、保障國(guó)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(yùn)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(yàn)，為全國(guó)200多項(xiàng)大中型調(diào)水工程數(shù)字孿生建設(shè)提供支撐，為國(guó)家水網(wǎng)調(diào)度奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。”水利部調(diào)水管理司司長(zhǎng)程曉冰說。