智慧水利建設(shè)是實現(xiàn)新階段水利高質(zhì)量發(fā)展的重要路徑之一。國家“十四五”規(guī)劃綱要要求構(gòu)建智慧水利體系，“十四五”新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)劃提出要推動大江大河大湖數(shù)字孿生。近年來，在水利部的大力支持下，甘肅省搶抓機遇，立足省情，創(chuàng)新打造智慧水利平臺，大力推進(jìn)數(shù)字孿生流域建設(shè)，助力甘肅水利高質(zhì)量發(fā)展。

2022年2月，水利部正式啟動數(shù)字孿生流域先行先試工作。甘肅省“疏勒河”和“引洮工程”成功入選全國試點，探索數(shù)字孿生流域標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)。同步增列白龍江干流甘肅舟曲段為省屬數(shù)字孿生流域建設(shè)試點，建設(shè)學(xué)習(xí)型智慧水利大腦，構(gòu)建甘肅水利算法中心、水利模型庫和知識庫，打造數(shù)字孿生流域模擬仿真平臺，在數(shù)字化場景下，通過“真實”投影智慧化模擬流域和工程物理過程，為支撐甘肅省精準(zhǔn)決策，提升流域和工程預(yù)報、預(yù)警、預(yù)演、預(yù)案“四預(yù)”能力，提供有益經(jīng)驗，取得了突出成效。

圖為疏勒河灌區(qū)。

(相關(guān)資料圖)

為疏勒河插上“數(shù)字翅膀”

疏勒河，是甘肅省河西走廊內(nèi)流水系的第二大河，年均徑流量10.31億立方米，河道全長約670公里，總流域面積17萬平方公里。疏勒河流域是我國西北干旱區(qū)典型的內(nèi)陸河流域，它所轄的疏勒河灌區(qū)是甘肅省最大的自流灌區(qū)，承擔(dān)著酒泉市玉門市、瓜州縣134萬畝農(nóng)田灌溉任務(wù)。近年來通過全面實施灌區(qū)續(xù)建配套與現(xiàn)代化改造項目，補短板、強弱項、提質(zhì)效，有效解決當(dāng)?shù)馗亍翱ú弊雍怠?，下游河道和自然保護(hù)區(qū)生態(tài)環(huán)境明顯好轉(zhuǎn)。如今，疏勒河灌區(qū)正趁著智慧水利“春風(fēng)”，為灌區(qū)現(xiàn)代化管理插上“數(shù)字翅膀”。

“我們把疏勒河縮進(jìn)了計算機，在電腦上打造一個與實際疏勒河一樣的‘?dāng)?shù)字孿生疏勒河’，對現(xiàn)實中的疏勒河及保護(hù)治理活動進(jìn)行數(shù)字映射、智能模擬、前瞻預(yù)演，與現(xiàn)實中的疏勒河流域同步仿真運行、虛實交互、迭代優(yōu)化，以實現(xiàn)對現(xiàn)實流域的實時監(jiān)控、發(fā)現(xiàn)問題、優(yōu)化調(diào)度?！备拭C省疏勒河流域水資源利用中心規(guī)劃計劃處工程師盛彩虹說。“數(shù)字孿生疏勒河”通過完善流域水利信息化基礎(chǔ)設(shè)施，建設(shè)覆蓋范圍廣、布控精度準(zhǔn)、分布密度大、類別品類多的信息采集和監(jiān)測站點，并運用整合、擴展、集成等方式，構(gòu)建起數(shù)字孿生平臺，形成具有“四預(yù)”功能的數(shù)字孿生流域。

“現(xiàn)在只需要10分鐘，就能將整個管理范圍內(nèi)79.95公里的干渠巡查一遍，全程監(jiān)控，問題及時發(fā)現(xiàn)及時處置?！笔枥蘸硬R灌區(qū)管理處干部李玉軍說。目前，疏勒河灌區(qū)已建成了“一張圖、一個庫、一門戶、一張網(wǎng)”的信息化管控平臺，698個斗口計量監(jiān)測點、106套測控一體化閘門和28處雷達(dá)水位監(jiān)測點，從水庫源頭到末級渠系水情信息的實時監(jiān)測和記錄，灌區(qū)超90%以上灌溉面積自動計量，互聯(lián)共享，灌溉管理精準(zhǔn)化計量精度逐步實現(xiàn)從“厘米級”到“毫米級”。平臺同樣在流域防洪中發(fā)揮作用。2022年，實現(xiàn)極端暴雨條件下流域洪水防御預(yù)演，為灌區(qū)三座水庫（昌馬水庫、雙塔水庫、赤金峽水庫）及昌馬西干渠、疏花干渠、雙塔總干、水電站等重點水利工程安全運行保駕護(hù)航。

當(dāng)數(shù)字孿生技術(shù)遇見流域，就等于給河流裝上了“智慧腦”，一條條河流有了新生命，為一個個的灌區(qū)注入新鮮“活水”。

為人工地下長河安上“智慧雙眼”

洮河，黃河上游第二大支流，流經(jīng)甘肅境內(nèi)，水量充沛，水清見底。喝上甘甜的洮河水，成為隴中人民半個多世紀(jì)的期盼。引洮供水工程全線通水，甘肅省約四分之一人口喝上了“安心水”，徹底甩掉了“隴中苦瘠甲天下”歷史標(biāo)簽。

引洮供水工程自九甸峽水庫取水口引水，穿山越嶺，跨溝過峁，依勢自流而下，惠及5個地級市13個縣（區(qū)）600多萬人，是目前甘肅引水渠線最長的大型跨流域引水工程。工程干支渠總長1069.83公里，超出洮河干流近400公里，是名副其實的“人工地下長河”。工程龐大復(fù)雜，沿線布滿隧洞、干渠、支渠、暗渠、渡管、倒虹吸、輸水管線等，直通田間最后一公里。如何管好用好，使甘肅人民的圓夢工程真正發(fā)揮效益？一直是甘肅水利人堅持不懈、努力奮斗的目標(biāo)。

甘肅省水務(wù)投資有限責(zé)任公司作為引洮供水工程的建設(shè)者、運營者和管理者，長期致力改善工程運況，改進(jìn)管理運行模式，在工程運行管理中大膽創(chuàng)新，引入數(shù)字孿生技術(shù)，改善工程運行調(diào)度條件。承建的“數(shù)字孿生引洮工程”，通過構(gòu)建水資源管理與調(diào)配、工程安全巡檢、水情監(jiān)測與水費收繳等方面的業(yè)務(wù)應(yīng)用體系，實現(xiàn)水量精準(zhǔn)智能調(diào)度以及溝（河）道退水模擬分析，實現(xiàn)工程智能巡查、實時分析、智能診斷，實現(xiàn)水費自動精準(zhǔn)計算和快速整編。

“通過在手機或顯示屏操作，一體化測控板閘可把洮河水分流到各受益縣區(qū)，工程末端安裝智能控制槽閘，一旦有緊急情況，可以退水?！笔∷豆鞠聦僮庸靖拭C水務(wù)節(jié)水科技發(fā)展有限責(zé)任公司董事長馬國印介紹。針對引洮供水工程長距離多隧洞全年運行調(diào)度的工況，構(gòu)建涵蓋引洮供水工程總干渠渠首至斗農(nóng)口末端的智慧化管理系統(tǒng)，綜合運用高精度渠道及斷面數(shù)據(jù)、高頻遙感數(shù)據(jù)，與現(xiàn)有視頻實時監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行融合建模，實現(xiàn)渠道物理流場水面－水位－流量一體化實時化感知孿生。采取異構(gòu)交錯感知+多源數(shù)據(jù)融合、BIM+GIS一體化嵌套還原、視頻AI與測控單元耦合等技術(shù),結(jié)合空間數(shù)據(jù)相關(guān)計算、分析，實現(xiàn)了工程全生命周期可視化管理，提高工程安全運行、科學(xué)調(diào)度能力。已經(jīng)建成投入使用的120余孔一體化測控閘站，采用數(shù)字孿生技術(shù)，搭載引洮供水工程多源全景水量調(diào)度實時推演系統(tǒng)，配水設(shè)施能耗大大降低、供水利用率提升至95%以上，降低運行管理成本，故障響應(yīng)時間大大縮短。

為白龍江干流舟曲段山洪災(zāi)害防御當(dāng)好“吹哨人”

白龍江，是長江流域嘉陵江上游最大一級支流，發(fā)源于川、甘、青三省交界的西傾山東側(cè)郎木寺附近，由西向東南流經(jīng)四川若爾蓋縣、甘肅迭部、舟曲、宕昌、武都、文縣等縣，在文縣中廟鄉(xiāng)的營子溝復(fù)入四川省，于廣元市昭化鎮(zhèn)流入嘉陵江，干流全長562公里，流域面積3.18萬平方公里。干流沿線屬秦巴山區(qū)、六盤山區(qū)、青藏高原、黃土高原地形交匯地帶，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，地貌類型多樣，山巒疊嶂，溝壑縱橫，是全國地質(zhì)災(zāi)害最嚴(yán)重的區(qū)域之一。流域內(nèi)發(fā)生的2010年“8·7甘肅舟曲特大泥石流”、2020年“8·12隴南市特大暴洪泥石流”，給當(dāng)?shù)厝罕娫斐蓢?yán)重經(jīng)濟(jì)損失，一場暴雨奪走了上千人寶貴的生命，數(shù)十萬人受災(zāi)。

痛定思痛，甘肅省上下齊力，推進(jìn)災(zāi)區(qū)江河干流、中小河流、山洪溝道等堤防修復(fù)重建，加強山洪災(zāi)害防治，構(gòu)建山洪災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)。甘肅省水利廳自我加壓，啟動“數(shù)字孿生白龍江干流舟曲段”省級數(shù)字孿生流域建設(shè)試點，選擇在全國滑坡、泥石流、地震三大地質(zhì)災(zāi)害高發(fā)頻發(fā)區(qū)——白龍江干流甘肅舟曲段，創(chuàng)新探索一條具有典型特征、具備“四預(yù)”功能、可復(fù)制推廣的路子，精準(zhǔn)支撐山洪災(zāi)害防御的決策體系，讓山洪來得不那么突然，給群眾提前轉(zhuǎn)移贏得更充分時間。

“數(shù)字孿生白龍江干流舟曲段”由甘肅省水利廳聯(lián)合聯(lián)通數(shù)字科技有限公司和華中科技大學(xué)共同建設(shè)，探究災(zāi)害成因，研制了復(fù)雜河道浮標(biāo)式北斗水位高精度測報儀，有效彌補白龍江干流無資料河段實時水位觀測數(shù)據(jù)。研發(fā)適用于高山峽谷地貌的降雨徑流預(yù)報、一二維水動力洪水演進(jìn)、洪災(zāi)預(yù)案分析等模型，實現(xiàn)舟曲縣53個小流域出口斷面未來5天的流量預(yù)報預(yù)警、白龍江干流關(guān)鍵斷面未來12小時的洪水流量滾動預(yù)報和動態(tài)推演，完成了8個防災(zāi)對象精準(zhǔn)防控圖和避險轉(zhuǎn)移圖的生成和發(fā)布。

建成的“白龍江電子防洪沙盤”現(xiàn)已覆蓋白龍江干流123平方公里人口密集區(qū)域，通過構(gòu)建流域全要素、多維度、多尺度、實時監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)和區(qū)域自動化串聯(lián)耦合預(yù)報體系，采用孿生流域建模技術(shù)、大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、北斗監(jiān)測技術(shù)、空間分析技術(shù)、水利模擬技術(shù)，面向53個小流域以及66公里主河道水雨災(zāi)情，建立了“10天風(fēng)險預(yù)警，3天預(yù)報預(yù)警，實時監(jiān)測預(yù)警”相嵌套的洪澇災(zāi)害防御預(yù)警體系。借助這套防御預(yù)警體系，通過多維度研判，科學(xué)化決策及系統(tǒng)性復(fù)盤，可實現(xiàn)保護(hù)區(qū)域防洪業(yè)務(wù)一圖全覽、一鏈貫通和“四預(yù)”管理。防御預(yù)警體系運行以來，“3天預(yù)報預(yù)警”預(yù)測15毫米以上降雨11次，降雨監(jiān)測準(zhǔn)確率為78.5%。2022年7月22日三眼峪小流域提前三天預(yù)測數(shù)據(jù)24.55mm，實測降雨26.5mm，雨量準(zhǔn)確度達(dá)到92.6%，為防洪預(yù)警提供了科學(xué)決策依據(jù)。

百舸爭流千帆競，借海揚帆奮者先。甘肅省牢牢堅持“需求牽引、應(yīng)用至上、數(shù)字賦能、提升能力”總要求，乘著智慧水利東風(fēng)，加快推進(jìn)數(shù)字孿生流域建設(shè)，創(chuàng)新驅(qū)動新階段水利高質(zhì)量發(fā)展，為建設(shè)幸福美好新甘肅提供強有力的水安全保障。