数字孪生流域建设助力水资源管理和生态治理——

管水、用水、护水有个“智慧大脑”（深度阅读：建设数字中国）

数字孪生疏勒河数字灌区智慧管理平台。图片由疏勒河流域水资源利用中心提供

深圳“一张水图”系统水环境达标应用场景。图片由深圳市水务局提供

今年2月，中共中央、国务院印发了《数字中国建设总体布局规划》，提出“构建以数字孪生流域为核心的智慧水利体系”。如今，随着应用场景的不断拓展，数字孪生流域建设在防洪预警、供水调度、污染防治等方面发挥着积极作用。

智能监测预报，洪水预警更及时

微风吹拂，绿水流淌。潘其华家住江西省婺源县年城街道文博社区，家门口庭院正对贯穿城区的乐安河干流。刚下过几场雨，河水上涨，碧波荡漾，似波涛汹涌。潘其华时不时也会沿着河边步道散步放松。

往年，潘其华可没有这样的想法。每当水位上涨，就是担心的时候。“2017年，婺源被淹，我家就在河边，因为水位上涨快，撤离时间紧，家里的东西都来不及收拾，损失不小。”潘其华回忆道。

“受自然地理条件影响，婺源暴雨多、山洪凶猛。”婺源县水利局防洪办主任邱汉信说，婺源近十几年来不断加强雨量站、水文站、水位站建设，为降雨、地表径流的实时测报提供数据支撑。但洪水等相关预报仍需要各部门数据协同、人工计算。“可以说数据上报是自动化的，但预报预警还不智能。”

2017年，在水利部支持下，江西省水利厅投资2000余万元建设乐安河流域数字孪生流域。2020年4月1日，婺源智慧水文业务服务平台开始试运行。

在五原县水利局防汛抗旱指挥部，五原智慧水文业务服务平台登录大屏幕，可以看到系统集成了综合信息服务、三维虚拟演示、洪水预报预警等功能。“从降水到洪水，其实是一个复杂的过程。”邱汉信说。相比于以往采用单一指标或人工计算，智慧水文系统作为监测要素齐全的综合数据感知系统，可以将降雨、地表径流、蒸发、水位等要素纳入同一个模型，通过科学计算得出可能出现的洪涝形势，从而提高计算效率和预报准确率。

邱汉信指着3D虚拟演示界面上的蓝色区域说：“根据计算结果生成的蓝色区域，预测了一定参数范围内可能发生的洪水范围，可以实现快速、准确的测量和报告。”

2022年6月乐安河洪水，系统提前15小时发布自动预报预警，提前7小时发布相对准确预报信息，预报洪峰流量误差45立方米每秒，预报洪峰水位误差0.22米，预报洪峰时间误差30分钟，紧急疏散群众1.78万人。

去年，江西出台了《江西省数字孪生流域建设工作方案》，成立了数字孪生流域建设专项工作组，西江水利枢纽工程数字孪生、乐安河数字孪生、水库综合联测调度、山洪灾害防御能力提升等项目正在积极建设中。

自动计量，供水调度更精准

“昌马灌区东曲村需水30万立方米，正准备调水。”

接到命令后，工作人员将目标水量输入疏勒河闸门远程控制系统，随即，6公里外的泄水闸门自动升起，瞬间，渠水流经闸门，奔向渠沿的田地，同时，灌溉桶的水位高度、每秒水流量等信息实时显示在手机上。

“这是数字孪生渠道体系智能配水及闸群联合调度系统，利用测控闸门，实现从上游引水口到下游取水口闸门全渠道水量自动控制和按需配水。”甘肃省疏勒河流域水资源利用中心副主任李龙介绍，目前疏勒河灌区95%以上的渠道都实现了水量自动计量和实时监控。“从粗放灌溉到精准调度，数字孪生流域建设发挥了很大作用。”

疏勒河发源于齐连山西段，全长670公里，依河修建的疏勒河灌区总灌溉面积134万余亩，但由于其地处内陆，降水稀少，蒸发量大，地多水少矛盾突出，亟待精准调水。

数字化建设是实现精准调度的关键。近年来，疏勒河流域水资源利用中心相继建成了覆盖整个灌区的通信网络体系，设置了地表水、地下水、水库大坝、主要泄水闸等信息采集监测点。“基于信息化成果，中心初步构建了符合流域实际情况的水资源配置、防洪管理等多种水利模型，并对流域各项任务进行了数字化测绘、智能化仿真和前瞻性演练。”李龙说。

“养护范围内近80公里干渠全程视频监控，巡检不到半小时就能完成，无需时时到现场测量水量，避免了人为失误。”昌马灌区管理处干渠工程管理处工作人员张玉霞说。如今，随着疏勒河数字孪生建设提速，灌溉过程实现全程可追溯，闸门测量精度也从“厘米级”提升到“毫米级”。张玉霞介绍，以50厘米渠段为例，如果闸门开度达到“毫米级”，每道闸门每天可节水860多立方米，而疏勒河灌区共有698道这样的智能闸门。

据了解，甘肃省水利厅已投资约4000万元，开展疏勒河、引洮工程、白龙江干流舟曲段数字孪生流域建设，让数字技术赋能水资源管理和应用。

数字化仿真让污染防治更加高效

“坪山河新河上游氨氮浓度已达8.1毫克/升，请组织调查。”5月12日，广东省深圳市水务局工单管理系统收到一份水质异常工单，系统自动分配给深圳市坪山区水务局，督查人员随即赶赴现场追查源头。

“坪山区某企业养殖家禽，将废水排入雨水管道，排入新河，导致水质异常。”这份已完成的工单详细记录了处置过程，停止污水排放后，河水水质恢复正常。

在深圳，借助数字孪生流域技术，这种“人在线、物在线、事在线”的水利设施运行管理模式已初具规模。全市“河、库、厂、网、站、线”六大类约5300个重点水利对象基础数据按统一标准采集，将约6000个测站的水情、雨情、工情等实时监测数据以及自然资源、空间地理数据汇聚到“水利数字库”中，以“水务一张图”的形式呈现，为水利应用场景数字化奠定基础。

“相当于给深圳河流域打造了一个数字‘孪生’。”深圳市水务局信息化处处长王晓晖介绍，目前已建设了水环境达标、水旱灾害防治等一批数字化应用场景，实现智能模拟、精准决策。

在水环境达标应用场景中，全市河道水质实时情况、45家净水厂实时信息、420个河段检测数据一目了然，若遇到水质异常事件，会立即生成工单，派送相关单位处理。

对于已经发生的水污染事件的处理，仍属于事后监管。目前，深圳市水务局正在探索基于数字孪生流域技术、海量水务数据，提升水污染防治能力。

“短时强降雨可能造成排水系统雨水量突增，占用污水通道，导致污水溢流入河，影响水质。为此，我们利用知识图谱技术，建立数字孪生深圳河流域布吉河知识平台，分析不同降雨条件下各类溢流污染成因及其对河流水质影响，为水污染事件预防和溯源提供决策辅助。”深圳市水务局相关负责人季海介绍。

作为探索，深圳市水务局对布吉河2019年至2021年100余次降雨和断面水质数据进行了深度挖掘分析，形成了包含96种典型模式的历史情景模式库。

“我们根据降雨预报，分析认为今年3月25日至27日的强降雨降雨模式与2020年3月27日至31日的降雨类似，推断出可能发生溢流污染风险的部位，建议提前部署泵站、疏通风险管道。”姬海说。

去年以来，深圳66个重点关注小流域、163个溢流风险口均被系统准确识别、及时处置，深圳生活污水收集率稳步提升。

“我们希望数字化深圳河流域能够尽可能贴近现实，更有效地助力污染防治。”王晓晖说。

本期由郭跃协调

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