□本報記者 李海川

　　云計算、人工智能、大模型等技術與水利業務深度融合，水利專業模型、仿真可視化模型、智能分析模型等算法模型逐步構建……作為新質生產力在水利領域的重要表現，數字孿生水利建設已從積極探索先行先試進入常態化推進和強化應用，加速實現對水的智能感知、精細管理和高效利用。

　　作為數字孿生水利建設的重要組成部分，數字孿生調水工程建設是加快推進國家水網建設、充分發揮國家水網整體效能的有力支撐。2021年以來，水利部部長李國英多次對數字孿生水利建設進行調研，要求不斷提高科學精準安全調度水平。當前，各地水利部門正加快推進跨流域跨區域數字孿生調水工程建設，為調水工程安裝“智慧大腦”，實現江河流域水資源科學精準調度。

　　護航精準科學調度

　　走進中國南水北調集團中線有限公司總調度中心，墻面中央大屏上輸水渠道模型圖映入眼簾，南水北調中線一期工程303座控制建筑物、476座排水建筑物、12座隧洞、1座泵站在圖上一一映射，閘門、渠道等水情數據實時更新。

　　南水北調中線一期工程跨越1432公里，且建筑物樣式多、交叉建筑物多，面臨著多水源、多供水目標，輸水調度情況十分復雜。如何實現精準調度，確保一泓清水永續北上？

　　這離不開數字孿生技術的“加持”。2023—2024年度冰期輸水期間，南水北調中線工程累計向沿線供水16.9億立方米，較水利部同期下達供水計劃多3.4億立方米。

　　顯著的輸水成效得益于數字孿生南水北調中線冰期輸水業務應用。“公司從2011年起組織開展冰情觀測工作，積累了大量冰期輸水數據，搭建了堅實的數據底板。”南水北調中線公司信息機電中心主任孫維亞介紹，“我們還建成了統計學、預報和精細模擬兩套模型，在水溫和冰情預測預報上互為參考、相互驗證，不僅可以預測預報未來3至15天各渠段位置的水溫、冰情，還可以在水溫、岸冰、流冰、冰蓋達到臨界值時及時預警，針對冰情生成相應預案。”

　　數字孿生南水北調中線工程入選全國首批數字孿生流域建設先行先試工程。目前，數字孿生南水北調中線一期工程1.0版創新構建了多模態算據匯集、多業務專業模型協同、多芯融合算力平臺建設的“四預”功能，形成了跨流域多目標聯合調度、長距離明渠輸水工程水質保護、冬季輸水安全保障等多個智慧應用場景。

　　作為實體調水工程在數字世界里的“孿生兄弟”，數字孿生調水工程進行全要素、全過程的數字化映射、智能化模擬，實現及時準確預報、全面精準預警、同步仿真預演、精細數字預案，助力科學調度每一立方米水資源。

　　浙江省東部區域密布著7000余條河流，浙東水網內控制性工程類型、數量眾多，共有8類2000余座。數字孿生技術，為在復雜平原河網地區實現水資源多目標精細化調度提供了有力支撐。

　　“我們初步建成浙東區域水網天空地一體監測感知體系，依托浙江省統一的政務‘一朵云’資源，部署29臺虛擬和實體服務器，實現基礎算力統一調度、統籌利用、高效配置、安全可控。同時構建有浙東引水特色的水網專業模型13個，智能識別模型3個，有力支撐浙東引水工程日常業務工作開展和水網運行調度管理。”浙江省錢塘江流域中心浙東引水部主任嚴雷說。

　　2023年杭州亞運會期間，浙東引水沿線河網水位始終維持在高水位，水質達到Ⅱ～Ⅲ類，實現了一江碧水護航亞運。

　　筑牢安全生產防線

　　2023年12月1日上午，隨著“啟動充水”一聲令下，汩汩西江水涌入輸水隧洞，珠江三角洲水資源配置工程西江干流順德鯉魚洲取水口順利啟動輸水隧洞充水。

　　“隧洞充水并不是簡單的開閥門放水，而是需要經過精確計算和設計，如果充水速度過快，會造成隧洞內空氣壓縮，對排氣閥門造成破壞性沖擊。”珠三角供水公司機電部高級經理侯征軍說。

　　與實體工程同步建設、同步投入應用，數字孿生珠三角工程成為全國首個在物理工程正式充水前利用數字孿生工程實現充、排水預演的調水工程。在實體工程開始充水前，通過多方案數字孿生預演，優化充水安全預案，精準預報隧洞內、工作井水位變化趨勢及排氣情況，為實體工程安全順利實現通水目標奠定基礎。

　　工程安全、供水安全、水質安全是調水工程調度運行的生命線。數字孿生調水工程實現了工程安全動態綜合評估、供水安全滾動保障及水質安全精準模擬，讓科學處置“跑”在風險前面。

　　數字孿生南水北調中線工程構建水質保護業務場景，通過預測預警及時發現水質風險，通過預演模擬水污染事件發展過程和結果，自動生成應急處置預案，為應對水污染事件提供決策支持。

　　數字孿生珠三角工程通過接入水工安全監測數據，實時監測隧洞內外水壓、鋼筋應力、縫隙監測值等關鍵信息，對工程運行過程中管片的應力分布、位移等變化狀態進行監測預警，發現超限數據即可直觀快速準確定位，有效提升工程安全保障能力。

　　數字孿生引江濟淮工程（安徽段）實現對泵站、水閘、船閘、水情、工程安全等信息的全覆蓋感知監控，可實時監測各個樞紐建筑物運行狀態和安全狀態，一旦發現相關數據超過安全閾值，系統會實時預警。

　　賦能工程提質增效

　　智能控制終端精確精準執行調度指令；結合無人機自動巡檢，實現自動預警告警；針對不同工況，構建水力模擬預案庫，為可能出現的應急事件提供預案……

　　3月6日，山東膠東調水工程明渠段接到調度輸水干線閘泵群、執行分水工況切換的指令。安裝于閘站的智能控制終端通過實時控制模型進行邊緣計算，自動控制工程運行，滾動修正運行偏差，僅用6小時就完成了原本需要24個小時的工況切換，調度精度達到了分鐘級、厘米級，遠高于控制目標，同時極大減少了人員的工作強度。

　　山東膠東調水工程于1989年建成通水，已經運行35個年頭，數字孿生水利建設改變了傳統的以人工經驗為核心的運行管理模式，讓這座保障膠東地區用水安全的民生工程煥發生機。

　　“‘無人值守’是水利工程智能化的重要目標。”山東省調水工程運行維護中心主任馬玉擴介紹。山東膠東調水工程首創的“調控智能體”，將傳統服務于調度人員的調度執行方式升級為基于邊緣計算智能設備的“無人值守”方式，聯動無人機巡航系統，形成智能運行控制體系，全面提升調水運行及工程管理效能。

　　有了數字孿生的賦能，調水工程調度管理的數字化、網絡化、智能化水平極大提升，綜合效益越發顯著——

　　引洮供水工程通過構建BIM+GIS（建筑信息模型+地理信息系統）可視化模型，結合需水預測、水資源優化調度、退水分析、建筑物健康輔助等水利專業模型，在工程安全的前提下，實現全線供水精準調度和渠系集群控制，與數字孿生項目實施前相比，分配水設施能耗降低60%以上，管理成本降低40%以上，水資源利用率提升20%以上。

　　數字孿生引江濟淮工程（安徽段）實現梯級船閘聯合調度，船舶不停船、不靠岸便捷高效過閘。截至2024年5月中旬，航運App（應用程序）注冊用戶超2800人，調用服務超15萬次，服務通行船舶超9700閘次，服務通行船只超3萬艘次。

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　　數字孿生調水工程建設的全面加速，對于不斷提升跨流域跨區域水資源調配能力，加快構建國家水網、充分發揮水網運行整體效能意義重大。近兩年，結合全國56家先行先試單位的94項數字孿生流域以及兩批10個省級先導區數字孿生水網先行先試建設工作的開展，已有15個大中型調水工程開展了數字孿生建設的探索和試點，取得明顯成效。目前，水利部在試點基礎上，編制完成了《數字孿生調水工程建設技術導則（試行）》，指導全國更多的調水工程開展數字孿生建設。

　　“我們要充分認識推進數字孿生水利建設是發展水利新質生產力、推動水利高質量發展、保障國家水安全的重要路徑，將按照數字孿生水利建設總體要求，全力推進第一批數字孿生調水工程建設，突出需求牽引、應用至上、數字賦能、提升能力要求，聚焦工程安全監管、智能調度、水質保障、智慧運維等核心業務需求，形成一批可借鑒、可推廣的典型經驗，為全國200多項大中型調水工程數字孿生建設提供支撐，為國家水網調度奠定堅實基礎。”水利部調水管理司司長程曉冰說。