四川省都江堰灌區(qū)指揮中心。

都江堰水利工程的渠首。

始建于戰(zhàn)國時(shí)期的都江堰水利工程，至今已連續(xù)運(yùn)行2279年，是造福當(dāng)時(shí)、澤被后世的大型生態(tài)水利工程。在兩千多年的歷史長河里，都江堰灌區(qū)一直在不斷“生長”。

【資料圖】

如今，都江堰灌區(qū)已發(fā)展為涉及7市40縣（市、區(qū)），灌溉面積達(dá)1133.3萬畝的全國第一大灌區(qū)。隨著灌溉面積持續(xù)增長、功能不斷拓展，都江堰灌區(qū)的服務(wù)、管理也迎來新挑戰(zhàn)。

2022年底，數(shù)字孿生都江堰（渠首樞紐）被水利部納入數(shù)字孿生灌區(qū)先行先試建設(shè)名單。數(shù)字孿生技術(shù)，正在給這個(gè)古老灌區(qū)注入新活力。近日，記者探訪都江堰水利工程的“超級(jí)大腦”——灌區(qū)指揮中心，深入了解相關(guān)技術(shù)給灌區(qū)帶來的新變化。

更高效

技術(shù)賦能灌區(qū)管理

都江堰灌區(qū)開啟數(shù)字孿生建設(shè)之路

走進(jìn)都江堰灌區(qū)指揮中心的大廳，映入眼簾的是一塊長30.72米、高5.76米的巨幅液晶顯示屏。顯示屏上，灌區(qū)地形地貌、渠系分布等一目了然，各類數(shù)據(jù)圖表、變化的線條以及動(dòng)態(tài)化的呈現(xiàn)方式，讓指揮中心科技感十足。

工作人員現(xiàn)場(chǎng)演示，點(diǎn)擊進(jìn)入大屏幕上的“灌區(qū)物聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)”界面，分布在全灌區(qū)各處的涉及水位、流量、工程安全、水質(zhì)以及閘控的1421個(gè)設(shè)備有序排列。隨機(jī)調(diào)取寶瓶口測(cè)站數(shù)據(jù)——流量160立方米/秒，水位725.32米。

“這些設(shè)備就是遍布灌區(qū)各地的不同類型的傳感器，也是未來數(shù)字孿生灌區(qū)建設(shè)的基礎(chǔ)性設(shè)施?！彼拇ㄊ《冀咚l(fā)展中心（簡稱都發(fā)中心）科學(xué)技術(shù)與信息化處副處長李勁告訴記者，建設(shè)數(shù)字孿生灌區(qū)，收集灌區(qū)海量基礎(chǔ)信息，建設(shè)數(shù)據(jù)底板是第一步。

何為數(shù)字孿生灌區(qū)？中國水利水電科學(xué)研究院水利研究所所長李益農(nóng)介紹，數(shù)字孿生灌區(qū)是一種新型基礎(chǔ)設(shè)施，它以物理灌區(qū)為單元、時(shí)空數(shù)據(jù)為底座、數(shù)學(xué)模型為核心、水利知識(shí)為驅(qū)動(dòng)，對(duì)物理灌區(qū)全要素和建設(shè)運(yùn)行全過程進(jìn)行數(shù)字映射、智能模擬、前瞻預(yù)演。

“數(shù)字孿生灌區(qū)建設(shè)是提升灌區(qū)建設(shè)管理水平的有效手段。”李勁表示，數(shù)字孿生灌區(qū)建設(shè)的最終目的是與物理灌區(qū)同步仿真運(yùn)行、虛實(shí)交互、迭代優(yōu)化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)物理灌區(qū)的實(shí)時(shí)監(jiān)控、發(fā)現(xiàn)問題、優(yōu)化調(diào)度。

“過去巡渠、控制閘門全靠人工，一些大點(diǎn)的閘站可能要配備十幾名甚至幾十名工作人員。”都發(fā)中心渠首處供水科副科長趙寅以都江堰灌區(qū)目前布設(shè)的1266處視頻監(jiān)控點(diǎn)位舉例，現(xiàn)在可以實(shí)現(xiàn)對(duì)灌區(qū)工程運(yùn)行的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)甚至遠(yuǎn)程操作，不僅減少了人的工作強(qiáng)度，還提高了效率。

都發(fā)中心相關(guān)負(fù)責(zé)人表示，隨著當(dāng)前都江堰灌區(qū)服務(wù)功能不斷拓展，糧食安全、城鄉(xiāng)供水、生態(tài)環(huán)境等用水需求日益迫切，亟須轉(zhuǎn)變管理思路，用現(xiàn)代技術(shù)和手段提升管理水平，而數(shù)字孿生灌區(qū)作為深化智慧水利建設(shè)的重要一環(huán)，有建設(shè)的必要性和緊迫性。

更深化

“摸著石頭過河”

數(shù)字孿生灌區(qū)與前期信息化建設(shè)一脈相承

其實(shí)，都江堰灌區(qū)的數(shù)字孿生建設(shè)并非憑空而來。早在2018年，都江堰灌區(qū)就啟動(dòng)“都江堰灌區(qū)水利信息化建設(shè)項(xiàng)目”相關(guān)工作，二者是一脈相承的。

在李益農(nóng)看來，灌區(qū)信息化建設(shè)可分為兩個(gè)階段，首先是信息化階段，即通過數(shù)據(jù)入庫上圖，重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)查詢、瀏覽和監(jiān)視等功能；第二個(gè)階段才是數(shù)字孿生階段，通過數(shù)字賦能，實(shí)現(xiàn)灌區(qū)水資源優(yōu)化配置、需水實(shí)時(shí)感知、供水精準(zhǔn)調(diào)度和應(yīng)急處置等功能。

“數(shù)字孿生灌區(qū)建成后，可以實(shí)現(xiàn)自我判斷、自我決策和自我執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)無人值班、少人值守?！崩钜孓r(nóng)表示，目前我國數(shù)字孿生灌區(qū)建設(shè)工作也剛起步，也迫切需要一批積極性高、具有典型示范意義的大中型灌區(qū)開展先行先試建設(shè)。

都江堰數(shù)字孿生灌區(qū)建設(shè)，雖然有灌區(qū)供用水管理基礎(chǔ)好等優(yōu)勢(shì)，但痛點(diǎn)也不少。

“沒有可供參考的成熟經(jīng)驗(yàn)，是我們?cè)跀?shù)字孿生灌區(qū)建設(shè)過程中的一大痛點(diǎn)?！崩顒疟硎?，都江堰灌區(qū)作為全國第一大灌區(qū)，在數(shù)字孿生灌區(qū)建設(shè)過程中有很強(qiáng)的特殊性，很多東西都需要“摸著石頭過河”。

以標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)為例，作為全國第一大灌區(qū)，都江堰灌區(qū)渠系十分復(fù)雜，包括干渠、支渠、斗渠、農(nóng)渠等各種渠道，測(cè)量方式、統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)也很難統(tǒng)一。為了解決灌區(qū)計(jì)量精準(zhǔn)度不高，取水量規(guī)模難以掌握等問題，都發(fā)中心啟動(dòng)灌區(qū)標(biāo)準(zhǔn)化“量水秤”體系建設(shè)，因地制宜打造了15類標(biāo)準(zhǔn)化“量水秤”。

“有了統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，灌區(qū)相關(guān)信息被統(tǒng)一收集、編碼存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)中臺(tái)，才能為后期數(shù)字孿生灌區(qū)建設(shè)提供技術(shù)數(shù)據(jù)的支撐。”李勁說。

此外，數(shù)字孿生灌區(qū)建設(shè)還具有復(fù)雜性。李勁表示，相比于數(shù)字孿生流域或者數(shù)字孿生工程，數(shù)字孿生灌區(qū)所涉及的水利對(duì)象更多，因此采集的各類基礎(chǔ)信息更加龐大，包括灌區(qū)內(nèi)河湖岸線、工程設(shè)備、建筑物等。

當(dāng)然，作為一種新興事物，數(shù)字孿生灌區(qū)建設(shè)在推進(jìn)過程中也有阻力，對(duì)于很多早已習(xí)慣于現(xiàn)行灌區(qū)運(yùn)行模式的人來說，數(shù)字孿生灌區(qū)建設(shè)的意義還需進(jìn)一步闡明。

“統(tǒng)一思想、深化認(rèn)識(shí)，對(duì)數(shù)字孿生灌區(qū)同樣重要。”李勁表示，數(shù)字孿生灌區(qū)建設(shè)過程中，灌區(qū)基層工作人員、高層管理人員、水利專業(yè)人員、信息化公司人員之間必須展開深度融合與協(xié)作。

更智慧

先行先試取得成效

渠首數(shù)字孿生平臺(tái)將拓展更多新功能

數(shù)字孿生灌區(qū)建設(shè)如此復(fù)雜，那它建成后又能發(fā)揮什么作用？

在采訪中，記者向都江堰灌區(qū)指揮中心的工作人員提出一個(gè)假設(shè)——當(dāng)都江堰灌區(qū)范圍內(nèi)的資陽市樂至縣提出應(yīng)急用水需求，都發(fā)中心研判可行后開始調(diào)水，但在調(diào)水過程中，樂至縣突發(fā)局地強(qiáng)降雨，已經(jīng)不需要外來供水，這種特殊情況如果真的出現(xiàn)，如何應(yīng)對(duì)？

“數(shù)字孿生灌區(qū)建設(shè)就是不斷開啟新技能，這樣的問題今后可能幾分鐘甚至幾十秒就能解決?！壁w寅表示，未來的數(shù)字孿生都江堰灌區(qū)可以實(shí)現(xiàn)智慧化模擬、精準(zhǔn)化決策。

如果發(fā)生上述情況，首先，灌區(qū)指揮中心可以通過對(duì)全灌區(qū)各地水量、水位的監(jiān)測(cè)，并結(jié)合渠系連通情況，自動(dòng)生成水量分配方案，讓灌區(qū)“供水可靠、調(diào)度靈活、用水精準(zhǔn)、防災(zāi)有力、管理智能”，實(shí)現(xiàn)“四預(yù)”（預(yù)報(bào)、預(yù)警、預(yù)演、預(yù)案）功能。

盡管整個(gè)都江堰灌區(qū)的數(shù)字孿生建設(shè)尚處于起步階段，但都發(fā)中心已經(jīng)在渠首樞紐先行先試，目前已經(jīng)初步建成了渠首數(shù)字孿生平臺(tái)。在上述平臺(tái)上，已基本能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)物理渠首全要素和運(yùn)行全過程進(jìn)行數(shù)字映射、智能模擬、前瞻預(yù)演。

以渠首水資源調(diào)度預(yù)演為例，上述平臺(tái)可利用水動(dòng)力模型對(duì)水資源調(diào)度方案的執(zhí)行影響進(jìn)行模擬，并在二三維數(shù)字場(chǎng)景下動(dòng)態(tài)展示水資源調(diào)度的各個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)與水位流量演進(jìn)全過程，為決策者提供直觀、準(zhǔn)確的輔助信息，有效提升水資源調(diào)度決策速度、精度。

“數(shù)字孿生灌區(qū)建設(shè)是一個(gè)連續(xù)和不斷更新迭代的過程，不可能一次完成，為避免數(shù)據(jù)孤島、工程碎片化，從國家到地方管理部門都要強(qiáng)化頂層設(shè)計(jì)?！崩顒疟硎荆壳昂芏嗫陀^條件與數(shù)字孿生灌區(qū)的建設(shè)要求還有很大差距，必須逐一破除。

都發(fā)中心相關(guān)負(fù)責(zé)人表示，數(shù)字孿生灌區(qū)是推進(jìn)智慧水利建設(shè)的一大抓手，在建設(shè)數(shù)字孿生都江堰渠首樞紐的基礎(chǔ)上，未來還將加快推進(jìn)整個(gè)都江堰灌區(qū)的數(shù)字孿生建設(shè)，并起到行業(yè)引領(lǐng)示范作用。（四川日?qǐng)?bào)全媒體記者 邵明亮 攝影 韋維）