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数字孪生黄河建设蹄疾步稳

乘“数”而上 治水向“新”

发表时间:2024-10-16
  □本报记者 齐欣然 通讯员 时爽
  云计算、人工智能、大模型与治黄业务深度融合,黄河智慧防汛平台、分布式洪水预报等算法模型逐步构建……近年来,水利部黄河水利委员会推进数字孪生水利建设赋能黄河保护治理,基于高质量发展总目标的数字孪生黄河建设蹄疾步稳。

  2024年,水利部发布《数字孪生水利建设十大样板名单(2023年)》,黄委主持建设的数字孪生黄河(中下游典型河段)项目名列其中。

  算据支撑

  把黄河“装进”计算机

  通过数字技术获取“原型黄河”的动态数据,构建智能高效的监测感知网络,一步步把黄河“装进”计算机——数字孪生黄河正加速形成。

  “目前,黄委已构建了黄河流域L1级数据底板共计75万平方千米,为数字孪生黄河数字化场景构建提供了统一的空间数据基础;集成黄河管理范围内省(自治区)和工程管理单位的建设成果,建成三门峡至黄河入海口典型河段统一的L2级数据底板,为流域和省(自治区)水利治理管理提供了翔实的工作底图;构建了三门峡坝区、小浪底坝区、西霞院坝区等重要水利工程区域共计91平方千米的精细实景三维模型,为工程管理单位提供了精准的信息支撑。”黄河设计院云河科技公司执行董事侯红雨介绍。

  数字化引领下,黄河流域监测体系蝶变升级——卫星遥感技术在黄河流域防汛、水资源管理、河湖管理等业务中广泛应用;145处水文站、93处水位站、900处雨量站、17处水土保持监测站点形成现代化监测站网,3411个水情站点实现实时报汛;黄河下游已建成全覆盖的“监测、感知、巡查、指挥”全流程系统……

  黄委信息中心充分发挥委级信息平台作用,聚焦信息采集、通信传输、数据管理、应用开发、运行维护全链条,加强系统研发与迭代升级,以遥感技术优势赋能数据采集,着力打造“四预”(预报、预警、预演、预案)应用系统,以算力突破实现技术之变。

  虚实交互

  为治黄业务装上“智慧大脑”

  算法是物理流域自然规律的数学表达,是构建数字孪生水利的关键。黄委集智创新,通过新建或升级改造等方式,带动功能强大的数学模型纷纷涌现。

  在迎战2023年第5号台风“杜苏芮”暴雨洪水过程中,由黄河设计院自主研发的分布式洪水预报模型,准确、快速预报了黄河一级支流伊洛河主要控制站的洪水过程,实现了洪水预报的“准、早、快”,为黄河防汛赢取了主动。

  黄科院推动“三条黄河”贯通融合,利用“模型黄河”持续开展大洪水模拟试验,升级黄河智慧防汛平台,集成应用多个核心业务模型、多种数字孪生技术,实现了数字化场景、智慧化模拟。

  黄河设计院自主研发的数字孪生三维仿真引擎——“云河地球”,在数字孪生世界中虚拟再现了水利工程孪生体,有力支持防汛调度、泥沙分析、工程安全等业务开展,相关核心技术摆脱了对国外软件的依赖。

  黄委现已基本形成涵盖水文预报、工程调度、灾情评估、冰凌预报、河口治理等拥有自主知识产权的黄河模型架构体系,同时开展流域特色人工智能模型和可视化模型建设,构筑基于云服务的黄河水利专业数学模拟系统和知识模型,可统筹分析上下游、左右岸、干支流各要素的关联性、耦合性……一个个模型,为黄河保护治理装上了“智慧大脑”。

  应用至上 

  为管理决策插上“智慧之翼”

  “以前浇水,完全凭感觉。现在可不一样了,有了智能需水预测系统,我按照预报结果来浇水,既能保证庄稼‘喝’饱,又能省下不少水。”山东省滨州市小开河灌区的张大爷站在自家地头上,看着汩汩水流顺着垄沟流进田间,脸上满是笑意。

  张大爷所说的智能需水预测系统,由黄科院引黄灌溉中心研发。该系统利用卫星遥感等技术手段,实时监测农田土壤墒情、农作物长势等,并结合气象数据,精准预测作物需水量,有效提高了水资源利用率。

  黄委近年来以流域防洪、水资源管理为建设重点,开展水工程安全、淤地坝、河湖管理保护等业务应用系统建设,初步形成了“2+N”智能业务应用体系。

  在黄委防汛调度中心,黄河中下游防汛会商预演系统能够清晰呈现和预演雨量预报、洪水预报预警、水库调度及工程险情等内容,让黄河防汛更科学高效;在山东黄河121个基层管理段(所),以智慧山东黄河防汛平台、水资源管理与调度平台为两翼的“2+N”智能业务应用系统已在山东黄河搭建成型;在黄委水保局,初步建成的淤地坝信息管理系统,将黄土高原1.69万座中型以上淤地坝数据整编入库,淤地坝身份认证做到“一坝一码”……

  大道之行,步履昂扬。黄委将按照“需求牵引、应用至上、数字赋能、提升能力”的要求,不断推动数字孪生黄河建设取得新进展。

  来源:中国水利报 2024年10月16日

作者:齐欣然 时爽
责任编辑:王瑜