數(shù)字孿生流域建設(shè)助力水資源管理和生態(tài)治理——

治水用水護水有了“智慧大腦”（深閱讀·建設(shè)數(shù)字中國）

數(shù)字孿生疏勒河數(shù)字灌區(qū)智慧管理平臺。疏勒河流域水資源利用中心供圖

深圳市“水務(wù)一張圖”系統(tǒng)水環(huán)境達(dá)標(biāo)應(yīng)用場景。深圳市水務(wù)局供圖

今年2月，中共中央、國務(wù)院印發(fā)《數(shù)字中國建設(shè)整體布局規(guī)劃》，提出“構(gòu)建以數(shù)字孿生流域為核心的智慧水利體系”。如今，隨著應(yīng)用場景不斷拓展，數(shù)字孿生流域建設(shè)正在防洪預(yù)警、供水調(diào)度、污染防治等方面發(fā)揮積極作用。

智慧測報，防洪預(yù)警更及時

微風(fēng)拂面，綠水悠悠。潘期花家住江西省婺源縣蚺城街道文博社區(qū)，家中小院正對著穿城而過的樂安河主干流。剛下過幾場雨，河里的水漲了，看上去碧波白浪，潘期花不時也去沿河步道遛彎散心。

往年，潘期花可沒有這心思，每每漲水，正是叫人發(fā)愁的時候?！?017年，婺源發(fā)洪水，我家離河近，由于漲水快、疏散時間緊，家里的東西都來不及收拾，損失不小?！迸似诨ɑ貞?。

“受自然地理條件影響，婺源暴雨強度大、山洪來勢猛?！辨脑纯h水利局防辦主任邱漢欣介紹，婺源過去十幾年不斷加強雨量站、水文站、水位站等建設(shè)，為實時測報雨情、地表徑流情況提供數(shù)據(jù)支撐，但洪水等相關(guān)預(yù)測仍需協(xié)調(diào)各部門數(shù)據(jù)，利用人工展開具體測算，“可以說是數(shù)據(jù)上報自動化，但預(yù)測預(yù)警并未智慧化?！?/p>

2017年，在水利部的支持下，江西省水利廳先后投入2000多萬元用于樂安河數(shù)字孿生流域建設(shè)。2020年4月1日，婺源智慧水文業(yè)務(wù)服務(wù)平臺開始試運行。

在婺源縣水利局防汛抗旱指揮部，登錄婺源智慧水文業(yè)務(wù)服務(wù)平臺，大屏幕上可以看到該系統(tǒng)集納了綜合信息服務(wù)、三維虛擬演示、洪水預(yù)報預(yù)警等功能。“從降水到洪水，其實是個復(fù)雜的過程。”邱漢欣介紹，相比以往用單一指標(biāo)判斷或者人力測算，該智慧系統(tǒng)作為監(jiān)測要素齊全的空天地一體化數(shù)據(jù)感知體系，可將雨量、地表徑流量、蒸發(fā)量、水位等要素匯聚在同一模型內(nèi)，通過科學(xué)計算得出洪水可能發(fā)生的情況，提高運算效率和預(yù)報準(zhǔn)確性。

邱漢欣指著三維虛擬演示界面上的藍(lán)色區(qū)域說：“根據(jù)運算結(jié)果生成的藍(lán)色區(qū)域，預(yù)報了在一定參數(shù)范圍內(nèi)洪水可能淹沒的范圍，可做到快速、精準(zhǔn)測報。”

2022年6月樂安河洪水，該系統(tǒng)提前15小時發(fā)布自動預(yù)報告警，提前7小時發(fā)出較為準(zhǔn)確的預(yù)報信息。預(yù)報洪峰流量誤差為45立方米每秒，預(yù)報洪峰水位誤差0.22米，預(yù)報洪峰出現(xiàn)時間誤差為30分鐘，緊急轉(zhuǎn)移人口1.78萬。

去年，江西印發(fā)《江西省數(shù)字孿生流域建設(shè)工作方案》，成立數(shù)字孿生流域建設(shè)工作專班，數(shù)字孿生峽江水利樞紐工程、數(shù)字孿生樂安河、水庫聯(lián)合預(yù)報調(diào)度一體化、山洪災(zāi)害防御能力提升等項目正積極建設(shè)中。

自動計量，供水調(diào)度更精準(zhǔn)

“昌馬灌區(qū)東渠村需水30萬立方米，準(zhǔn)備調(diào)水?！?/p>

收到指令后，工作人員在疏勒河閘門遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)上輸入目標(biāo)水量，隨即，6公里外的水閘自動抬升，頃刻間，渠水穿過閘門，順著渠道涌向田間地頭。與此同時，灌溉斗口水位高度和每秒鐘水流量在手機上實時顯示。

“這是數(shù)字孿生渠系智能配水和閘群聯(lián)合調(diào)度系統(tǒng)，利用測控閘門，實現(xiàn)從上游進水閘到下游取水閘的全渠道水量自動控制、按需配水?！备拭C省疏勒河流域水資源利用中心副主任李龍介紹，目前疏勒河灌區(qū)95%以上的斗口已實現(xiàn)水量自動計量和實時監(jiān)測，“從粗放灌溉到精準(zhǔn)調(diào)度，數(shù)字孿生流域建設(shè)發(fā)揮了很大作用?！?/p>

疏勒河發(fā)源于祁連山西段，干流全長670公里。依托河流建起的疏勒河灌區(qū)總灌溉面積超過134萬畝。然而，由于深處內(nèi)陸，降水稀少、蒸發(fā)量大，地多水少的矛盾突出，對精準(zhǔn)調(diào)水需求迫切。

實現(xiàn)精準(zhǔn)調(diào)度，數(shù)字化建設(shè)是關(guān)鍵。近年來，疏勒河流域水資源利用中心陸續(xù)建成覆蓋全灌區(qū)的通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，設(shè)置地表水、地下水、水庫大壩、主要水閘等信息采集和監(jiān)測點。“基于信息化成果，中心初步構(gòu)建了符合流域?qū)嶋H的水資源調(diào)配、防洪管理等多種水利模型，對流域各項工作進行數(shù)字映射、智能模擬、前瞻預(yù)演。”李龍說。

“管護范圍內(nèi)將近80公里的干渠，全程使用視頻監(jiān)控，不足半小時就能巡查完畢。測量水量也不用總跑現(xiàn)場，避免了人工誤差?！辈R灌區(qū)管理處總干渠工程管理所職工張玉霞說。如今，隨著數(shù)字孿生疏勒河建設(shè)進程加快，灌溉過程實現(xiàn)全跟蹤，閘口計量精度也從“厘米級”升至“毫米級”。張玉霞介紹，以50厘米的渠道斷面為例，若閘口開度達(dá)到“毫米級”，每天每個斗口將節(jié)約用水860多立方米，而疏勒河灌區(qū)這樣的智能斗口有698個。

據(jù)了解，甘肅省水利廳已投資約4000萬元開展疏勒河、引洮工程、白龍江干流舟曲段數(shù)字孿生流域建設(shè)，讓數(shù)字賦能水資源管理和應(yīng)用。

數(shù)字模擬，污染防治更高效

“坪山河新和河道上游氨氮濃度每升達(dá)8.1毫克，請組織排查?！?月12日，一條水質(zhì)異常事件工單被提交到廣東省深圳市水務(wù)局的工單管理系統(tǒng)，系統(tǒng)自動分派給深圳市坪山區(qū)水務(wù)局。隨即，巡查人員展開實地溯源。

“坪山區(qū)一家公司圈養(yǎng)家禽，將產(chǎn)生的污水抽排至雨水管道并流入新和河道，導(dǎo)致水質(zhì)異常。”已辦結(jié)的工單中詳細(xì)記錄著處置過程。在排污行為被叫停后，河道水質(zhì)恢復(fù)了正常。

在深圳，借助數(shù)字孿生流域技術(shù)，這種“人在線、物在線、事在線”的水務(wù)設(shè)施運行管理模式已見雛形。全市“河、庫、廠、網(wǎng)、站、線”六大類約5300個重點水務(wù)對象的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)按照統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)歸集，再加上水情、雨情、工情等約6000個測站的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，以及自然資源與空間地理數(shù)據(jù)，匯聚成“水務(wù)數(shù)字底座”，以“水務(wù)一張圖”的方式呈現(xiàn)，為水務(wù)應(yīng)用場景數(shù)字化奠定了基礎(chǔ)。

“相當(dāng)于為深圳河灣流域創(chuàng)造了一個數(shù)字‘雙胞胎’?！鄙钲谑兴畡?wù)局信息辦負(fù)責(zé)人王曉輝介紹，目前已搭建出水環(huán)境達(dá)標(biāo)、水旱災(zāi)害防御等多項數(shù)字化應(yīng)用場景，實現(xiàn)智慧化模擬、精準(zhǔn)化決策。

在水環(huán)境達(dá)標(biāo)應(yīng)用場景中，全市河流水質(zhì)實時情況和45座水質(zhì)凈化廠的實時信息，以及420個河流斷面檢測數(shù)據(jù)一目了然。若遇到水質(zhì)異常事件，則立即生成工單，派發(fā)相關(guān)單位處理。

對已發(fā)水污染事件的處置，仍屬事后監(jiān)管。眼下，深圳市水務(wù)局正在依托數(shù)字孿生流域技術(shù)以及海量的水務(wù)數(shù)據(jù)，探索提升水污染預(yù)防能力。

“短時強降雨可能導(dǎo)致排水系統(tǒng)雨水量驟增，擠占污水通道，污水溢流進入河道影響水質(zhì)。為此，我們利用知識圖譜技術(shù)，建立數(shù)字孿生深圳河灣流域布吉河知識平臺，分析不同降雨情勢下各類溢流污染成因、對河道水質(zhì)的影響，為水污染事件的預(yù)防和溯源提供決策輔助?！鄙钲谑兴畡?wù)局相關(guān)負(fù)責(zé)人吉海介紹。

作為探索，深圳市水務(wù)局對布吉河道2019年到2021年間的100多場降雨及斷面水質(zhì)數(shù)據(jù)進行深度挖掘分析，形成了包含96項典型模式的歷史場景模式庫。

“我們根據(jù)雨情預(yù)報，分析出今年3月25日至27日特大暴雨的降雨雨型與2020年3月27日至31日的降雨相似，推理出可能出現(xiàn)溢流污染風(fēng)險的位置，建議泵站提前做好部署、清疏風(fēng)險管道等?！奔Ｕf。

去年以來，深圳全市已有66個需重點關(guān)注的小流域和163個溢流風(fēng)險排口被系統(tǒng)精準(zhǔn)找出，得到迅速處理，深圳市生活污水收集率等穩(wěn)步提升。

“我們希望數(shù)字化的深圳河灣流域無限接近真實，更高效地助力污染防治。”王曉輝說。（記者 王 丹 趙帥杰 程遠(yuǎn)州）