世界微资讯！科创未来丨数字孪生，让2279岁的都江堰开启“新技能”
发布时间：2023-04-24 19:34:19
来源：川观新闻
始建于战国时期的都江堰水利工程，至今已连续运行2279年，是造福当时、泽被后世的大型生态水利工程。在两千多年的历史长河里，都江堰灌区一直在不断“生长”。
如今，都江堰灌区已发展为涉及7市40县（市、区），灌溉面积达1133.2万亩的全国第一大灌区。随着灌溉面积持续增长、功能不断拓展，都江堰灌区的服务、管理也迎来新挑战。
(资料图片仅供参考)
2022年底，数字孪生都江堰（渠首枢纽）被水利部纳入数字孪生灌区先行先试建设。数字孪生技术，正在给这个古老灌区注入新活力。近日，四川在线记者探访都江堰水利工程的“超级大脑”——灌区指挥中心，深入了解相关技术给灌区带来的新变化。
都江堰水利工程渠首。 韦维 摄
A/更高效
技术赋能灌区管理，都江堰灌区开启数字孪生建设之路
走进都江堰灌区指挥中心的大厅，映入眼帘的是一块长30.72米、高5.76米的巨幅液晶显示屏。显示屏上，灌区地形地貌、渠系分布等一目了然，各类数据图表、变化的线条以及动态化的呈现方式，让指挥中心科技感十足。
工作人员现场演示，点击进入大屏幕上的“灌区物联网管理系统”界面，分布在全灌区各处的涉及水位、流量、工程安全、水质以及闸控的1421个设备有序排列。随机调取宝瓶口测站数据——流量160立方米/秒，水位725.32米。
“这些设备就是遍布灌区各地的不同类型的传感器，也是未来数字孪生灌区建设的基础性设施。”四川省都江堰水利发展中心（简称都发中心）科学技术与信息化处副处长李劲告诉记者，建设数字孪生灌区，收集灌区海量基础信息，建设数据底板是第一步。
何为数字孪生灌区？中国水利水电科学研究院水利研究所所长李益农介绍，数字孪生灌区是一种新型基础设施，它以物理灌区为单元、时空数据为底座、数学模型为核心、水利知识为驱动，对物理灌区全要素和建设运行全过程进行数字映射、智能模拟、前瞻预演。
“数字孪生灌区建设是提升灌区建设管理水平的有效手段。”李劲表示，数字孪生灌区建设的最终目的是与物理灌区同步仿真运行、虚实交互、迭代优化，进而实现对物理灌区的实时监控、发现问题、优化调度。
“过去巡渠、控制闸门全靠人工，一些大点的闸站可能要配备十几名甚至数十名工作人员。”都发中心渠首处供水科副科长赵寅以都江堰灌区目前布设的1266处视频监控点位举例，但现在可以实现对灌区工程运行的实时监测甚至远程操作，不仅减少了人的工作强度，还提高了效率。
都发中心相关负责人表示，随着当前都江堰灌区服务功能不断拓展，粮食安全、城乡供水、生态环境等用水需求日益迫切，亟需转变管理思路，用现代技术和手段提升管理水平，而数字孪生灌区作为深化智慧水利建设的重要一环，有建设的必要性和紧迫性。
都江堰渠首数字孪生展示平台（截图）。 受访者供图
B/更深化
“摸着石头过河”，数字孪生灌区与前期信息化建设一脉相承
其实，都江堰灌区的数字孪生建设并非凭空而来。早在2018年，都江堰灌区就启动“都江堰灌区水利信息化建设项目”相关工作，二者是一脉相承的。
在李益农看来，灌区信息化建设可分为两个阶段，首先是信息化阶段，即通过数据入库上图，重点实现查询、浏览和监视等功能；第二个阶段才是数字孪生阶段，通过数字赋能，实现灌区水资源优化配置、需水实时感知、供水精准调度和应急处置等功能。
“数字孪生灌区建成后，可以实现自我判断、自我决策和自我执行，实现无人值班、少人值守。”李益农表示，目前我国数字孪生灌区建设工作也刚起步，也迫切需要一批积极性高、具有典型示范意义的大中型灌区开展先行先试建设。
都江堰数字孪生灌区建设，虽然有灌区供用水管理基础好等优势，但痛点也不少。
“没有可供参考的成熟经验，是我们在数字孪生灌区建设过程中的一大痛点。”李劲表示，都江堰灌区作为全国第一大灌区，在数字孪生灌区建设过程中有很强的特殊性，很多东西都需要“摸着石头过河”。
以标准体系建设为例，作为全国第一大灌区，都江堰灌区渠系十分复杂，包括干渠、支渠、斗渠、农渠等各种渠道，测量方式、统计标准也很难统一。为了解决灌区计量精准度不高，取水量规模难以掌握等问题，都发中心启动灌区标准化“量水秤”体系建设，因地制宜打造了15类标准化“量水秤”。
“有了统一的标准，灌区相关信息被统一收集、编码存储到数据中台，才能为后期数字孪生灌区建设提供技术数据的支撑。”李劲说。
此外，数字孪生灌区建设还具有复杂性。李劲表示，相比于数字孪生流域或者数字孪生工程，数字孪生灌区所涉及的水利对象更多，因此采集的各类基础信息更加庞大，包括灌区内河湖岸线、工程设备、建筑物等。
当然，作为一种新兴事物，数字孪生灌区建设在推进过程中也有阻力，对于很多早已习惯于现行灌区运行模式的人来说，数字孪生灌区建设的意义还需进一步阐明。
“统一思想、深化认识，对数字孪生灌区同样重要。”李劲表示，数字孪生灌区建设过程中，灌区基层工作人员、高层管理人员、水利专业人员、信息化公司人员之间必须展开深度融合与协作。
四川省都江堰灌区指挥中心。 韦维 摄
C/更智慧
先行先试取得成效，渠首数字孪生平台将拓展更多新功能
数字孪生灌区建设如此复杂，那它建成后又能发挥什么作用？
在采访中，记者向都江堰灌区指挥中心的工作人员提出一个假设——当都江堰灌区范围内的资阳市乐至县提出应急用水需求，都发中心研判可行后开始调水，但在调水过程中，乐至县突发局地强降雨，已经不需要外来供水，这种特殊情况如果真的出现，如何应对？
“数字孪生灌区建设就是不断开启‘新技能’，这样的问题今后可能几分钟甚至几十秒就能解决。”赵寅表示，未来的数字孪生都江堰灌区可以实现智慧化模拟、精准化决策。
如果发生上述情况，首先，灌区指挥中心可以通过对全灌区各地水量、水位的监测，并结合渠系连通情况，自动生成水量分配方案，让灌区“供水可靠、调度灵活、用水精准、防灾有力、管理智能”，实现“四预”（预报、预警、预演、预案）功能。
尽管整个都江堰灌区的数字孪生建设尚处于起步阶段，但都发中心已经在渠首枢纽先行先试，目前已经初步建成了渠首数字孪生平台。在上述平台上，已基本能够实现对物理渠首全要素和运行全过程进行数字映射、智能模拟、前瞻预演。
以渠首水资源调度预演为例，上述平台可利用水动力模型对水资源调度方案的执行影响进行模拟，并在二三维数字场景下动态展示水资源调度的各个关键环节与水位流量演进全过程，为决策者提供直观、准确的辅助信息，有效提升水资源调度决策速度、精度。
“数字孪生灌区建设是一个连续和不断更新迭代的过程，不可能一次完成，为避免数据孤岛、工程碎片化，从国家到地方管理部门都要强化顶层设计。”李劲表示，目前很多客观条件与数字孪生灌区的建设要求还有很大差距，必须逐一破除。
都发中心相关负责人表示，数字孪生灌区是推进智慧水利建设的一大抓手，在建设数字孪生都江堰渠首枢纽的基础上，未来还将加快推进整个都江堰灌区的数字孪生建设，并起到行业引领示范作用。
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