河南日?qǐng)?bào)客戶端記者 趙力文 通訊員 陳林道
走進(jìn)位于鄭州市金水區(qū)的模型黃河試驗(yàn)基地1號(hào)大廳，一條800米長(zhǎng)的微縮河道蜿蜒鋪展——這便是按1∶600水平比尺、1∶60垂直比尺復(fù)刻的黃河下游河床模型，將小浪底至陶城鋪河段476公里的黃河河道地貌濃縮于此。
自2016年起，每年汛前，這條模型黃河都會(huì)進(jìn)行洪水預(yù)演試驗(yàn)，為守護(hù)母親河尋得科學(xué)答案。隨著防汛決策邁向數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)時(shí)代，數(shù)字孿生黃河悄然誕生。數(shù)字孿生三門峽、數(shù)字孿生故縣、數(shù)字孿生小浪底、數(shù)字孿生萬家寨、數(shù)字孿生大汶河等系統(tǒng)陸續(xù)上線，在實(shí)踐中開展了迭代應(yīng)用。
“數(shù)字孿生黃河將模型黃河的物理規(guī)律轉(zhuǎn)化為數(shù)字算法，把實(shí)體試驗(yàn)升級(jí)為實(shí)時(shí)仿真，推動(dòng)治黃從‘試驗(yàn)優(yōu)化’邁向‘智能預(yù)判’?！秉S河水利科學(xué)研究院泥沙所副所長(zhǎng)張防修如此解釋了兩條黃河的關(guān)系。
作為黃河入豫第一市，三門峽市域干支流積極融入數(shù)字孿生黃河建設(shè)浪潮，以數(shù)字技術(shù)化作無形的手，為多個(gè)領(lǐng)域賦能，擔(dān)當(dāng)起防洪預(yù)警先鋒、灌溉管家、生態(tài)守護(hù)者等角色，為黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展注入數(shù)智動(dòng)能。
三門峽市生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)人員進(jìn)行飲用水源地有機(jī)物污染物分析。 王阿芳 攝
“數(shù)字鏡像”賦能大壩管理
古有大禹治水，今有科技治黃。
9月7日15時(shí)，在三門峽水利樞紐運(yùn)管中心，“接黃河水利委員會(huì)調(diào)度指令，開啟防汛閘門，按3000立方米每秒流量下瀉……”隨著值班人員一道道操作指令的下達(dá)，三門峽水利樞紐投入2025年汛期黃河調(diào)水調(diào)沙運(yùn)用，相關(guān)信息同步更新至三門峽現(xiàn)代化水庫運(yùn)行管理矩陣平臺(tái)的顯示屏上，“四全、四制、四預(yù)、四管”模塊清晰排布，實(shí)時(shí)水情、泄流孔洞狀態(tài)、庫區(qū)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)一目了然。
作為黃河中游關(guān)鍵控制性工程，始建于第一個(gè)“五年計(jì)劃”的三門峽水利樞紐，承擔(dān)著防洪、防凌、灌溉、供水、發(fā)電等多重使命。在“十四五”期間，隨著數(shù)字孿生黃河加快建設(shè)，“孿生”而出的三門峽水利樞紐被建立在信息數(shù)據(jù)之上。
“當(dāng)前正是主汛期，如何治水防汛？首先就是要充分了解水情沙情。過去僅靠人工繪圖、查表計(jì)算，汛期時(shí)電話打‘爆’也趕不上水勢(shì)變化，防汛純靠經(jīng)驗(yàn)判斷?，F(xiàn)在不一樣了，我們有了它。”三門峽水利樞紐網(wǎng)信中心主任劉謀指著數(shù)字孿生平臺(tái)自豪地介紹著。
作為水利部首批矩陣建設(shè)試點(diǎn)水庫，數(shù)字孿生三門峽水利樞紐平臺(tái)于2024年完成一期工程，潼關(guān)至三門峽庫區(qū)的L2級(jí)數(shù)據(jù)底板、樞紐工程的L3級(jí)BIM模型相繼建成，大壩安全分析預(yù)警模型、蓄水淹沒模型等投入運(yùn)行，讓三門峽水利樞紐擁有了“數(shù)字鏡像”。
“我們系統(tǒng)還接入了衛(wèi)星遙感、大壩安全監(jiān)測(cè)、水文監(jiān)測(cè)、高清視頻等信息數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)采集水位、流速、含沙量、設(shè)備狀態(tài)等各項(xiàng)數(shù)據(jù)，正努力構(gòu)建‘天空地水工’一體化監(jiān)測(cè)體系?！眲⒅\介紹。
如今，數(shù)字孿生平臺(tái)已基本實(shí)現(xiàn)對(duì)三門峽庫區(qū)的察“顏”觀“色”、把“脈”問“診”——
空中，無人機(jī)可按預(yù)設(shè)航線巡檢壩體、岸線，結(jié)合岸線監(jiān)控設(shè)備，實(shí)時(shí)回傳的4K影像可精準(zhǔn)識(shí)別船只入侵、水面漂浮物等隱患；水中，無人測(cè)船搭載聲吶系統(tǒng)掃描河床地形，監(jiān)測(cè)泥沙淤積變化；壩體之中，數(shù)百個(gè)傳感器24小時(shí)采集應(yīng)力、滲壓等數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)匯入大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，與數(shù)字孿生平臺(tái)聯(lián)動(dòng)，形成“監(jiān)測(cè)、分析、預(yù)警、處置”的全面管理。
更深層的數(shù)智之變?cè)谟谄涔芾磉壿嫛！拔覀儾皇窃诳磾?shù)據(jù)，而是在看趨勢(shì)?！眲⒅\介紹。依托DeepSeek、千問等大模型構(gòu)建的三門峽矩陣管理平臺(tái)，匯聚了樞紐運(yùn)行以來的海量運(yùn)行數(shù)據(jù)、調(diào)度方案、科研成果，形成了獨(dú)特的“水利大腦”，實(shí)現(xiàn)了“預(yù)測(cè)—預(yù)警—預(yù)演—預(yù)案”的閉環(huán)調(diào)度能力。
2025年黃河調(diào)水調(diào)沙期間，三門峽水利樞紐借助數(shù)字孿生平臺(tái)，與小浪底等水庫協(xié)同調(diào)度，泄流運(yùn)用102個(gè)小時(shí)，最大出庫流量3690立方米每秒，最大出庫含沙量253千克每立方米，出庫沙量0.5億噸，精準(zhǔn)沖刷下游河道，助力減少泥沙淤積，實(shí)現(xiàn)了騰庫迎汛、水庫排沙、生態(tài)補(bǔ)水等多目標(biāo)共贏。
三門峽水利樞紐矩陣平臺(tái)智慧大屏。 趙帥 攝
“一張圖”精準(zhǔn)農(nóng)田灌溉
數(shù)智賦能不止于防洪安瀾，更延伸到保障農(nóng)業(yè)豐收的灌溉環(huán)節(jié)。
三門峽市域最大的黃河支流弘農(nóng)澗河，其配套水利工程——靈寶市窄口水庫及灌區(qū)，以智能灌溉系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)水資源高效利用。
“過去澆地是大水漫灌，現(xiàn)在用淺埋滴灌，水肥順著‘毛細(xì)血管’直接到根?！痹陟`寶市焦村鎮(zhèn)西章村，農(nóng)技人員劉巧燕蹲在玉米壟間，道出了節(jié)水灌溉的新變化。
焦村鎮(zhèn)西章村位于靈寶市窄口灌區(qū)，該灌區(qū)是三門峽市唯一的大型灌區(qū)，設(shè)計(jì)灌溉面積35.5萬畝，涉及焦村鎮(zhèn)、五畝鄉(xiāng)、陽平鎮(zhèn)、函谷關(guān)鎮(zhèn)、西閻鄉(xiāng)等8個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)206個(gè)行政村，是當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)灌溉的“命脈”。
近幾年，窄口灌區(qū)按照“需求牽引、應(yīng)用至上、數(shù)字賦能、提升能力”要求，以灌區(qū)業(yè)務(wù)應(yīng)用為導(dǎo)向，推動(dòng)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化改造，努力讓每一滴水都用在“刀刃上”，破解了黃河流域農(nóng)業(yè)用水效率不高的難題。
實(shí)灌面積、流量、水深、流速……走進(jìn)窄口水務(wù)管理局調(diào)度指揮中心，灌區(qū)渠系、各類水工建筑物、監(jiān)測(cè)站點(diǎn)等灌區(qū)“神經(jīng)末梢”傳回的信息組成灌區(qū)管理“一張圖”系統(tǒng)，灌區(qū)全貌以二維圖像的形式展現(xiàn)在眼前。
“灌區(qū)‘一張圖’，是我們數(shù)字化和標(biāo)準(zhǔn)化管理的基礎(chǔ)。我們正努力通過該系統(tǒng)給灌區(qū)裝上‘會(huì)思考的大腦’（物聯(lián)網(wǎng)中樞）、‘靈敏的神經(jīng)’（傳感器網(wǎng)絡(luò)）、‘強(qiáng)健的四肢’（自動(dòng)閘門系統(tǒng)），讓土地學(xué)會(huì)‘開口要水’，讓水流擁有‘導(dǎo)航地圖’。目前，‘一張圖’的視頻監(jiān)控、流量控制、遠(yuǎn)程調(diào)控、預(yù)警監(jiān)測(cè)等功能已投入使用，‘按需供水、精準(zhǔn)灌溉’正逐步實(shí)現(xiàn)。”窄口水務(wù)管理局辦公室主任孔令帥介紹。
2021年以來，三門峽市先后實(shí)施了靈寶市窄口灌區(qū)、陜州區(qū)張家河灌區(qū)等6個(gè)續(xù)建配套與節(jié)水改造項(xiàng)目，總投資4.46億元，運(yùn)用渠道防滲襯砌、智能計(jì)量設(shè)施、自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等先進(jìn)技術(shù)，有效降低輸水損耗，提升水資源利用效率。項(xiàng)目完成后，預(yù)計(jì)可新增改善恢復(fù)灌溉面積達(dá)55.53萬畝。
數(shù)據(jù)是鮮明的注腳。2025年，三門峽根據(jù)作物需水規(guī)律和土壤墑情監(jiān)測(cè)，科學(xué)安排全市大中型灌區(qū)灌溉輪次，精準(zhǔn)調(diào)度水量灌溉。截至目前，累計(jì)引水量達(dá)3398.5萬立方米，灌溉面積22.84萬畝次；依托高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田項(xiàng)目，新發(fā)展高效節(jié)水灌溉5.3萬畝，推動(dòng)農(nóng)業(yè)灌溉變革躍升，努力做到藏糧于水、藏水于技。
三門峽水庫現(xiàn)代化管理矩陣平臺(tái)功能展示。 張哂昭 攝
“生態(tài)眼睛”監(jiān)測(cè)流域水質(zhì)
除了抵御洪水威脅、保障農(nóng)田豐收，數(shù)字技術(shù)還為守護(hù)流域生態(tài)賦能。
在靈寶市弘農(nóng)澗河離入黃口4公里的區(qū)域，一派“荷”顏悅色。層層疊疊的荷葉、姿態(tài)萬千的荷花間，一艘?？康你y色小船隨著河水起起伏伏。
“這是我們的采樣浮船，它實(shí)時(shí)對(duì)河水進(jìn)行提水采樣。”在河南省地表水水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)黃河流域靈寶坡頭橋站，三門峽生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心工作人員王根指著小船和河水流向介紹，“這里距離入黃口僅有4公里，提取水樣后設(shè)備會(huì)對(duì)其進(jìn)行自動(dòng)分析。”
pH濃度8.00、電導(dǎo)率625.35μS/cm、濁度134.65NTU、溶解氧4.95mg/L、水溫27.5攝氏度……走進(jìn)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站，監(jiān)測(cè)設(shè)備屏幕上的一組組數(shù)據(jù)被實(shí)時(shí)傳輸至省生態(tài)環(huán)境廳。
“監(jiān)測(cè)因子共9項(xiàng)，包括水質(zhì)五參數(shù)（pH、電導(dǎo)率、濁度、溶解氧、溫度）、氨氮、高錳酸鹽指數(shù)、總磷、總氮等?！泵鎸?duì)監(jiān)測(cè)設(shè)備屏幕，王根娓娓道來，“這些設(shè)備與國家、省、市平臺(tái)聯(lián)網(wǎng)，每4小時(shí)上傳一組最新數(shù)據(jù)，并且數(shù)據(jù)不可更改，確保了水質(zhì)監(jiān)測(cè)的真實(shí)有效?！?/p>
在黃河流經(jīng)的三門峽市域，支流密集，一級(jí)支流有18條，流域面積30平方公里以上的河流更是有107條。這些支流的水質(zhì)直接關(guān)系著黃河干流水環(huán)境安全。
三門峽水利樞紐網(wǎng)信人員在機(jī)房核對(duì)參數(shù)。 趙帥 攝
“之前，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)大部分是監(jiān)測(cè)人員手工采集樣品、實(shí)驗(yàn)室分析監(jiān)測(cè)獲得，不僅耗時(shí)費(fèi)力，時(shí)效性也不理想。近年來，我們采取先進(jìn)的技術(shù)手段，建成了水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站，讓監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)更加真實(shí)、準(zhǔn)確、全面、快速?！闭f起這些年水質(zhì)監(jiān)測(cè)的變化，王根深有感觸。
目前，三門峽市在黃河干支流沿線設(shè)8個(gè)水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站以及多個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，構(gòu)建起全天候、立體化的生態(tài)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，為流域生態(tài)保護(hù)裝上“智慧眼睛”。
三門峽市生態(tài)環(huán)境部門還通過河道巡檢無人機(jī)與水質(zhì)監(jiān)測(cè)站形成聯(lián)動(dòng)，不僅能掌握水體質(zhì)量，還能監(jiān)測(cè)岸線生態(tài)變化，如植被覆蓋、濕地面積等。通過長(zhǎng)期數(shù)據(jù)積累，可分析水質(zhì)變化趨勢(shì)，評(píng)估生態(tài)保護(hù)措施成效，為科學(xué)決策提供依據(jù)。
如今，黃河三門峽段水質(zhì)常年保持在Ⅲ類以上，部分河段達(dá)Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)，讓黃河岸邊成為鳥類的天堂。每年冬季，數(shù)萬只白天鵝從西伯利亞飛抵三門峽越冬，成為城市的生態(tài)名片。
“盡管目前仍面臨著多部門數(shù)據(jù)融合難、技術(shù)與基層實(shí)踐適配性差等問題，但數(shù)智賦能治黃是大勢(shì)所趨?！睆埛佬拚f，當(dāng)數(shù)字技術(shù)深度融入防洪、灌溉、生態(tài)治理等流域治理全場(chǎng)景，推動(dòng)經(jīng)驗(yàn)驅(qū)動(dòng)向數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)、被動(dòng)應(yīng)對(duì)向主動(dòng)預(yù)判、分段治理向系統(tǒng)協(xié)同轉(zhuǎn)型，其價(jià)值早已超越工具升級(jí)。
從水利樞紐的智能調(diào)度到田間地頭的智慧灌溉，再到筑牢生態(tài)屏障，三門峽市以數(shù)智之力解碼治水難題，重塑流域治理模式，讓千年黃河治理煥發(fā)生機(jī)，繪就新圖景。
三門峽水利樞紐進(jìn)行調(diào)水調(diào)沙運(yùn)用。 梁倩瑤 攝
專家點(diǎn)評(píng)
黃河水利科學(xué)研究院泥沙所副所長(zhǎng)張防修
黃河是世界上最為復(fù)雜難治的河流之一，水少沙多、水沙關(guān)系不協(xié)調(diào)，下游“地上懸河”面臨復(fù)雜的洪水防御和水沙調(diào)控問題，對(duì)黃河下游的水沙調(diào)控和防洪能力構(gòu)成了巨大的挑戰(zhàn)。
為科學(xué)應(yīng)對(duì)黃河下游洪水風(fēng)險(xiǎn)，黃河水利委員會(huì)創(chuàng)新性提出“三條黃河”概念，即原型黃河、模型黃河與數(shù)字孿生黃河。隨著現(xiàn)代水利信息技術(shù)和智能化技術(shù)發(fā)展，“三條黃河”聯(lián)動(dòng)成科研新范式，旨在構(gòu)建全方位、多角度的河流治理與防洪減災(zāi)體系。通過對(duì)其聯(lián)動(dòng)性、協(xié)同性、參證性的研究運(yùn)用，長(zhǎng)期為河流治理提供科技保障。
當(dāng)下，水利部大力推進(jìn)以“預(yù)報(bào)、預(yù)警、預(yù)演、預(yù)案”為核心的防洪減災(zāi)工作體系?！叭龡l黃河”作為黃河科研范式，能有效提升“預(yù)”的能力，提高流域防洪智能化水平。黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展已成為重大國家戰(zhàn)略并進(jìn)入關(guān)鍵期，“三條黃河”聯(lián)動(dòng)建設(shè)不斷加強(qiáng)，數(shù)字孿生黃河建設(shè)全面展開。
數(shù)字孿生黃河建設(shè)運(yùn)用新一代信息技術(shù)，打造黃河流域數(shù)字場(chǎng)景，構(gòu)建業(yè)務(wù)模型體系，建成具有“四預(yù)”功能的數(shù)字孿生黃河，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化場(chǎng)景、智慧化模擬、精準(zhǔn)化決策，為水旱災(zāi)害防御、水資源管理調(diào)配等核心業(yè)務(wù)賦能，有力支撐黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展。
從大禹治水到數(shù)字治黃，從經(jīng)驗(yàn)判斷到智能決策，三門峽、故縣等樞紐的實(shí)踐，重塑黃河治理現(xiàn)代化圖景，探索出數(shù)字技術(shù)推動(dòng)流域高質(zhì)量發(fā)展新路徑。在母親河數(shù)字化轉(zhuǎn)型路上，科技賦予古老治水智慧新內(nèi)涵，讓黃河真正成為造福人民的幸福河。
