□通讯员 华夏炎 张哂昭 魏乘蛟 陆莹

　　在豫晋两省交界的黄河峡谷中，一座横跨两岸的混凝土重力坝巍然矗立，截断滔滔黄河，形成湖光山色、碧波万顷的库区，这就是被誉为“万里黄河第一坝”的三门峡水利枢纽。自1960年蓄水以来，默默守护着黄河安澜，也见证着新中国水利事业的沧桑巨变。　

　　时光流转至21世纪，当数字化浪潮席卷而来，这座历经半个多世纪风雨的水利工程，也踏上了一场前所未有的“智慧蝶变”之旅。按照水利部“需求牵引、应用至上、数字赋能、提升能力”的要求，三门峡枢纽正以数字孪生为核心引擎，全力构建现代化水库运行管理矩阵，一幅“四全、四制、四预、四管”的智慧水利新画卷，正在黄河之滨徐徐展开。

　　老坝新考 探寻千年治黄“密码”

　　三门峡枢纽居于黄河中游，上距潼关114千米，下距花园口260千米，作为黄河上首个大型综合性水利枢纽，控制着黄河流域91.5%的流域面积、89%的来水量和98%的来沙量，以及河龙区间和龙三区间两大洪水来源区的洪水，是黄河防洪体系和水沙调控体系的关键一环。然而，历经60余年运行，传统的管理模式已不足以适应新时代治黄需求。

　　黄河之难，难在水沙。“对于三门峡枢纽来说，想要解决‘水沙关系不协调’这个桎梏顽疾，关键一步就是要先实现从‘经验管理’到‘数字决策’的跨越。”三门峡黄河明珠（集团）有限公司相关负责人介绍。

　　2023年8月，数字孪生三门峡一期项目启动，围绕工程安全和防洪运用两大核心，搭建起数据底板、模型库和典型应用系统。2024年6月，一期工程如期完工，潼关至三门峡库区的L2级数据底板、枢纽工程的L3级BIM模型相继建成，大坝安全分析预警模型、蓄水淹没模型等投入运行，让三门峡枢纽首次拥有了“数字镜像”。

　　但这只是起点。2024年10月，提升项目实施方案出炉，一场聚焦泥沙分析、库区管理的“攻坚战”正式打响。

　　数字赋能 重塑治黄“神经中枢”

　　走进网信中心机房，技术人员检查着新录入的各种参数，这里是整个矩阵的“神经中枢”，承载着数据汇聚、模型计算、仿真推演等核心功能。

　　——数据底板：从“平面地图”到“立体世界”。在数字孪生领域，数据底板是基础。一期项目已构建起L2级地形数据和L3级工程模型，但面对复杂的泥沙分析需求，这些还远远不够。“我们需要更精细的水下地形数据，来模拟泥沙冲淤过程。”明珠集团水库研究中心技术人员介绍，提升项目中，团队采用无人船搭载多波束传感器、无人机激光雷达等先进手段，对库区52条大断面、坝前6公里河道进行了高精度测绘，分辨率达到0.5米，首次实现了水陆地形的无缝融合。

　　如今，打开数字孪生场景，不仅能看到库区陆域的山川村落，还能“透视”水下的地形起伏。黄色代表淤积区域，蓝色显示冲刷带，随着鼠标滑动，不同年份的冲淤变化动态呈现，宛如一部“泥沙演变纪录片”。

　　——模型库：从“经验驱动”到“算法精准”。如果说数据底板是“骨架”，那么模型库就是“灵魂”。在三门峡枢纽的模型库中，既有传统的水利专业模型，也有前沿的智能识别模型。

　　为破解泥沙难题，团队开发了一维、二维泥沙动力学模型，能模拟渭河入汇口至三门峡库区的水沙运动，预测潼关高程变化；引入雨洪沙相似分析模型，通过大数据挖掘，从历史案例中寻找水沙调度的最优解；视频监控图像AI识别模型更是“火眼金睛”，能实时捕捉库区漂浮物、人员入侵等异常情况，识别准确率超过95%。

　　在工程安全领域，重力坝抗滑稳定分析等模型成为三门峡大坝安全运行的“守护者”。它直接接入库水位、扬压力等实时监测数据，实时计算安全系数，一旦数值逼近阈值，系统立即发出预警。“过去靠人工巡检和经验判断，现在算法秒级响应，隐患无所遁形。” 三门峡大坝安全监测人员感慨地说。

　　——知识库：从“资料堆砌”到“智能问答”。在三门峡枢纽运行管理矩阵中，新部署的知识库服务器正在高速运转。基于DeepSeek、千问等大模型，这里汇聚了三门峡枢纽60余年的运行数据、调度方案、科研成果，形成了独特的“水利大脑”。

　　“输入‘潼关高程抬升原因’，系统不仅能列出淤积量、水沙条件等因素，还能关联推荐历史调度方案和专家论文。”网信中心技术人员一边演示一边讲解，“更厉害的是，它能根据实时数据生成预案，比如当前水情下，建议开启哪几个底孔排沙，流量控制在多少，这些都能自动计算生成。”

　　如今，知识库已初步实现语音问答、场景标注等功能，未来还将与GIS、三维场景深度融合，成为决策者的“智能参谋”。 

　　场景落地 矩阵功能“多点开花”

　　在数字孪生平台支撑下，三门峡水库运行管理矩阵的各项功能正逐步落地，渗透到前沿一线的每个环节。

　　——泥沙分析：揭开“沙患”背后的科学逻辑。三门峡枢纽20余年的调水调沙实践，见证了从“数字”到“数智”的演变，走进水库研究中心，技术人员轻点鼠标，一场虚拟的调水调沙试验正在进行。屏幕上，黄色的“泥沙流”从潼关顺流而下，整个河道中不同河段的流速、水深、含沙量实时在屏幕上显示。“这是二维泥沙动力学模型的预演结果，不同流量下的排沙效果一目了然。”技术人员介绍。

　　通过整合泥沙监测数据、历史冲淤资料和模型计算，系统能实时生成库区冲淤报告，预测潼关高程变化趋势，甚至模拟古贤水库建成后对三门峡枢纽的影响。“过去制定调水调沙方案，靠的是经验和试错，现在有了数字孪生，方案预演成本大幅降低，科学性显著提升。”明珠集团水库研究中心负责人说。

　　——防洪运用：构建“四预”全链条体系。60余年的防汛抗旱担当，给予了三门峡枢纽厚重的使命感和责任感，如今，防洪运用系统实现了“预报、预警、预演、预案”全流程数字化。对接黄委水文预报数据后，系统能提前7天预测来水过程；预警模块整合了水位、流量等20项阈值指标，一旦超标立即通过短信推送至责任人；预演功能则能模拟不同洪水场景下的调度方案，还可结合当前三门峡水库实际，对来水预报、水库调度、蓄水淹没等模型进行参数设置，制定调度方案，并推送至预演模块进行方案预演，为三门峡枢纽防洪决策提供精准支撑。

　　在一次关于模拟“启动三门峡水利枢纽防汛工程I级应急响应”的演练现场，工作人员熟练操作着设备，显示屏上，当前坝前水位、各防汛设施运行状况一目了然，通过对枢纽在不同高程水位运行的模拟推演，直观地显示了洪水演进、淹没区域、工程险情等内容，连续、准确地为决策者提供着研判依据……不到20分钟模拟演练圆满结束，其中响应启动、防汛会商、洪水预演、防洪部署等多个环节加在一起用时仅约10分钟左右。“矩阵平台不仅提升了研判的效率和精准度，还让我们真正做到了心中有数、应对有术。”水调部负责人说。

　　——工程安全：给老坝装上“智能监护仪”。大坝安全监测系统升级后，监测项目从9项扩展到16项，涵盖了坝体安全指标、坝基安全指标、电站厂房安全指标等六大关键指标板块数据，实时更新着三门峡大坝安全综合评价。在数字孪生场景中，327处监测点都对应着三维模型上的“传感器节点”，实时数据以热力图形式动态渲染，哪里出现异常，“病灶”一目了然。

　　“你看，这个坝段的扬压力（模拟）数值偏高，系统已经触发橙色预警。”技术人员操作键盘，调出有限元分析结果，“模型显示，可能是帷幕灌浆区局部失效，（如果实际中出现此类情况）我们会安排专业人员‘会诊’，制定加固方案。”这种“监测、分析、预警、处置” 的闭环管理，让工程安全管理从“被动响应”转向“主动预防”。

　　——库区管理：从“九龙治水”到“一网统管”。三门峡库区横跨豫晋两省，涉及5个县（市、区），岸线开发、水政监察等管理难度极大。如今，库区管理系统成为“超级管理员”，整合了水资源管理、岸线利用、“四乱”整治等10类全要素数据，形成“库区一张图”。在监控中心，值班人员可通过大屏查看库区实时画面，无人机巡查数据同步上传，一旦发现涉水问题，系统自动标记并推送至责任单位；此外，系统开发的“淹没分析功能”，通过输入水位值，受影响的村庄、耕地立即高亮显示，为守护库区周边群众生命财产安全提供了坚实保障。

　　挑战与突破 在探索中前行

　　站在三门峡大坝之巅远眺，库区水面波光粼粼，远处的无人机正掠过水面，将实时画面传回中心机房，这是一个传统水利工程与现代科技深度融合的交汇点。

　　尽管从“单一枢纽”到“流域智慧”进展显著，但三门峡水库矩阵建设仍面临诸多挑战。

　　“最大的难点是数据整合。”技术人员坦言，库区涉及多个地方政府和部门，数据标准不统一、更新不及时等问题突出。为此，技术团队创新采用“1+5”模式，联合5家库区管理单位建立数据共享机制，目前已梳理出25项需求清单，明确了更新频次和技术要求，并持续开展好相关宣传培训，确保每个基层单位都有“数字明白人”，确保矩阵平台管用、实用、好用。

　　按照计划，2025年汛前三门峡水库矩阵核心功能将全部上线，实现数字孪生与矩阵管理的深度融合；年底前，完成档案数字化处理，建成全周期工程数字档案；未来，还将持续丰富枢纽“天空地水工”一体化监测设备建设，夯实与黄河流域水库群数据互通、联合调度的“软硬件”。

　　当传统水利遇见数字时代，这座承载共和国治黄史诗的世纪工程“数字镜像”中，数据正化作流动的“智慧血液”，滋养着这三门峡枢纽迈步在生态智慧的进化之路上，实现着从“工程安全”到“流域安全”的跨越，延续千年的黄河治理变革缩影在这里翻开新的篇章，为开创黄河流域生态保护和高质量发展新局面贡献着“智慧枢纽”的力量。

　　来源：中国水利网站 2025年6月4日