解读“数字孪生流域”建设的“甘肃样本”

2022-11-20 08:00

疏勒河灌区。
新甘肃·每日甘肃网记者李萍
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，并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。
通俗讲，数字孪生流域标准化建设是在数字化场景下打造一条一模一样的河流，通过数据整合分析，实现“真实”投影智慧化模拟流域和工程物理过程。
为探索数字孪生流域标准化建设，甘肃省通过建设学习型智慧水利大脑、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，提升流域和工程预报、预警、预演、预案“四预”能力提供了有益经验，取得了突出成效。
　　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，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，疏勒河流域通过全面实施灌区续建配套与现代化改造项目，有效解决当地耕地干旱问题，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”。
“我们等于给河流装上了‘智慧脑’。”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介绍，他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，以实现对现实流域的实时监控,发现问题、优化调度。

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数字孪生疏勒河水资源管理效果图。
据介绍，“数字孪生疏勒河”是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，形成了具有“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”。
　　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。2021年9月28日，甘肃陇中群众渴盼了半个多世纪的圆梦工程——引洮工程全线贯通，全省约1/4人口喝上了“安心水”。
引洮供水工程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。

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引洮工程数字孪生平台。
如何管好用好洮河水，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，承建了数字孪生引洮供水工程。
该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，可以实现水量精准智能调度以及沟（河）道退水模拟分析以及工程智能巡查、实时分析、智能诊断，实现水费自动精准计算和快速整编。

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数字孪生引洮供水工程输水调度监控平台。
“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。”甘肃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，公司构建了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。
“通过建设‘数字孪生引洮工程’，可以将洮河水精准调度到兰州、定西、白银、平凉、天水5个市的11个重点县（区）、161个乡镇。与项目实施前相比，该工程可降低分配水设施能耗60%以上，降低管理成本40%以上，提升水资源利用率20%以上。”马国印说，同时，在长距离供水和灌溉过程中，还实现了从用水客户端订单到分水口、农渠口闸门由一个系统控制，水资源的利用效率大大提高。
　　当好山洪灾害防御“吹哨人”
白龙江，是长江流域嘉陵江上游最大一级支流，由西向东南流经四川若尔盖县,甘肃迭部、舟曲、宕昌、武都、文县等地，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、黄土高原地形交会地带，地质构造复杂，地貌类型多样，是全国地质灾害最严重的区域之一。
为加强山洪灾害防治，构建山洪灾害监测预警系统，甘肃省水利厅启动了“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。

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白龙江电子防洪沙盘。
据了解，“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，可探究灾害成因，有效弥补白龙江干流无资料河段实时水位观测数据。该试点项目，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，可以实现舟曲县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以及完成8个防灾对象精准防控图和避险转移图的生成和发布。
同时，在白龙江干流舟曲段，甘肃省水利厅还开发了白龙江舟曲县城段防洪电子沙盘智慧应用试点，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，为决策部门提供10天内区域降雨、洪水预报、淹没分析、历史场景重现等数据服务，为山洪灾害防御治理提供有力支撑。

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白龙江电子防洪沙盘。
截至目前，“白龙江舟曲县城段防洪电子沙盘”已覆盖白龙江干流123平方公里人口密集区域，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。

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