數(shù)字技術(shù)賦能水利建設(shè)和發(fā)展
水庫、河道堤防、蓄滯洪區(qū)等55類1600多萬個(gè)水利對(duì)象信息聯(lián)動(dòng)更新,動(dòng)態(tài)匯聚業(yè)務(wù)管理數(shù)據(jù)26.2億條,專線獲取高分、資源、環(huán)境等系列23顆國產(chǎn)遙感衛(wèi)星影像資源……數(shù)字技術(shù)賦能水利建設(shè)和發(fā)展,大江大河、國家水網(wǎng)、水利工程全部納入管理,治水管水的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化水平不斷提升。
今年,水利部數(shù)字孿生平臺(tái)基本建成,七大江河數(shù)字孿生流域建設(shè)相繼實(shí)施,數(shù)字孿生水利框架體系基本形成,94項(xiàng)數(shù)字孿生流域建設(shè)先行先試任務(wù)進(jìn)入收尾階段,數(shù)字孿生水利建設(shè)穩(wěn)健起步并取得階段性成效。
數(shù)字賦能,治水管水更智慧
什么是數(shù)字孿生水利?“通俗說,是指運(yùn)用云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)等新一代信息技術(shù),采集全量數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)江河水庫、水網(wǎng)建設(shè)、工程調(diào)度等的可視化展示,并進(jìn)行智能化模擬和前瞻性預(yù)演?!彼啃畔⒅行闹魅尾剃柦忉?。
——數(shù)字賦能,治水更智慧。
今年4月底,我國首個(gè)數(shù)字孿生流域建設(shè)重大項(xiàng)目——長(zhǎng)江流域全覆蓋水監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)項(xiàng)目開工建設(shè)。建成后,監(jiān)測(cè)站網(wǎng)將覆蓋3791個(gè)斷面和上萬個(gè)規(guī)模以上取水口,視頻監(jiān)視體系能夠覆蓋160座控制性水利工程、96個(gè)重要防汛節(jié)點(diǎn)、28個(gè)重要采砂江段,助力持續(xù)推動(dòng)長(zhǎng)江大保護(hù)。
蔡陽介紹,自然水體投射到數(shù)字世界里,規(guī)劃、設(shè)計(jì)、調(diào)度方案,以及未來可能發(fā)生的情形都能超前推演,為開展防汛抗旱、水資源管理與調(diào)配等提供科學(xué)決策。
——智慧管理,用水更集約。
坐落在成都平原上的都江堰灌區(qū)渠系交織,保障取水用水。“過去,因測(cè)量精度不高、標(biāo)準(zhǔn)不一,灌區(qū)用水效率有待提升?!彼拇ㄊ《冀咚l(fā)展中心科信處處長(zhǎng)雷剛介紹,灌區(qū)因渠制宜,安裝先進(jìn)計(jì)量設(shè)施,打造15款標(biāo)準(zhǔn)化量水秤。上百米寬的主干渠水位高、波浪大,安裝側(cè)掃雷達(dá)量水秤;幾米寬的支渠和斗渠,水量小,配置接觸式水位計(jì)量水秤。水量、水位等數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)測(cè)量,用多少水,就放多少水,量水秤量出明白賬。
大中型灌區(qū)是保障糧食安全的重要基礎(chǔ)設(shè)施。物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、5G等現(xiàn)代信息技術(shù)覆蓋田間地頭,供、輸、配、灌、排更智能,農(nóng)業(yè)用水更有保障。水利部全面啟動(dòng)48處數(shù)字孿生灌區(qū)建設(shè)。
數(shù)字孿生流域、數(shù)字孿生水網(wǎng)、數(shù)字孿生工程等建設(shè)不斷推進(jìn)。廣東、浙江等第一批省級(jí)水網(wǎng)先導(dǎo)區(qū),安徽、寧夏等第二批省級(jí)水網(wǎng)先導(dǎo)區(qū)以及南水北調(diào)工程啟動(dòng)數(shù)字孿生水網(wǎng)建設(shè);三峽、小浪底等11個(gè)重點(diǎn)數(shù)字孿生水利工程建設(shè)取得顯著成效。目前全國取用水在線監(jiān)測(cè)計(jì)量點(diǎn)增至5.9萬個(gè),3.8萬多條(個(gè))河湖管理范圍內(nèi)地物實(shí)現(xiàn)遙感圖斑在線解譯。
算據(jù)、算法、算力同步提升
推進(jìn)數(shù)字孿生水利建設(shè),離不開算據(jù)、算法和算力的支撐。
數(shù)字孿生水利,基礎(chǔ)在“數(shù)”?!八墚a(chǎn)生巨量數(shù)據(jù)?!彼啃畔⒅行母敝魅五X峰介紹,河流長(zhǎng)度、水庫庫容等相對(duì)固定的指標(biāo),形成了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。氣象衛(wèi)星和測(cè)雨雷達(dá)、雨量站、水文(水位)站等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),形成了監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。在流域防洪、水資源管理與調(diào)配等業(yè)務(wù)工作中生成的數(shù)據(jù),形成了業(yè)務(wù)管理數(shù)據(jù)。下墊面高程、水下地形、BIM(建筑信息模型)等形成了地理空間數(shù)據(jù)。此外,經(jīng)濟(jì)社會(huì)、生態(tài)環(huán)境等其他領(lǐng)域也會(huì)產(chǎn)生與水利相關(guān)的大量數(shù)據(jù)。
數(shù)據(jù)龐雜豐富,如何收集?奔騰的黔江上,大藤峽水庫大壩高聳,8225支儀器深埋大壩中,實(shí)時(shí)感知溫度、濕度;約1700平方公里的壩區(qū)和155公里河道的建筑信息模型、水下地形等數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)完整收集,與珠江流域共享水情、咸情信息?!拔覀兂闪?shù)據(jù)中心,完成24個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集結(jié),建立數(shù)據(jù)表1985張,接入548GB數(shù)據(jù)資源,構(gòu)建了18個(gè)部門專題可視化頁面及4個(gè)大屏頁面,為建設(shè)數(shù)字孿生大藤峽提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)?!睆V西大藤峽水利樞紐開發(fā)有限責(zé)任公司信息中心信息科副科長(zhǎng)劉斌介紹。
全息感知,萬物皆“數(shù)”。水利部提出著力加強(qiáng)“天空地”一體化的感知系統(tǒng)建設(shè),統(tǒng)籌完善水文、水資源、水利工程、水土保持等地面監(jiān)測(cè)站網(wǎng)的結(jié)構(gòu)、布局、密度,強(qiáng)化衛(wèi)星遙感解譯以及無人機(jī)、無人船圖像快速采集與自動(dòng)識(shí)別等新型監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用等。
數(shù)字孿生水利,重點(diǎn)在“演”。今年主汛期,水利部信息中心構(gòu)建海河流域8處蓄滯洪區(qū)的二維水動(dòng)力學(xué)洪水演進(jìn)模型,利用遙感、無人機(jī)等監(jiān)測(cè)信息,動(dòng)態(tài)識(shí)別水體范圍和行進(jìn)速度等洪水演進(jìn)信息,逐日推演洪水演進(jìn)趨勢(shì),有效支撐精準(zhǔn)化決策。
水利部門夯實(shí)算法支撐,深化流域水文、水力學(xué)、工程調(diào)度等模型的研發(fā)應(yīng)用。水利部數(shù)字孿生平臺(tái)投入運(yùn)行以來,率先賦能流域防洪“預(yù)報(bào)、預(yù)警、預(yù)演、預(yù)案”。目前,全國降雨形勢(shì)展望期由20天延長(zhǎng)至30天,主要江河關(guān)鍵期預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率達(dá)90%以上,預(yù)警信息靶式覆蓋1.3萬多座水庫責(zé)任人。
數(shù)字孿生水利,關(guān)鍵在“算”。在南水北調(diào)東線工程,大型泵站接力提水,長(zhǎng)江水攀爬65米北上。“大型泵站機(jī)電耦合,技術(shù)復(fù)雜,僅靠人工巡查隱患,難免會(huì)有疏漏?!蹦纤闭{(diào)東線江蘇水源有限責(zé)任公司科技信息分公司總經(jīng)理莫兆祥說,聲紋AI監(jiān)測(cè)模型讓巡檢從聽聲音變?yōu)椤八恪甭曇?。模型具備高性能算力,能夠從聲音大?shù)據(jù)庫中精準(zhǔn)捕捉異常,及時(shí)發(fā)出預(yù)警。精細(xì)管理,為大型泵站群持續(xù)健康運(yùn)行增添保障。
看全國,算力突破催生技術(shù)之變。黃河物聯(lián)網(wǎng)“智能石頭”、浙江橫錦水庫大壩安全“體檢單”、國產(chǎn)重力衛(wèi)星高分辨率地下水儲(chǔ)量變化反演技術(shù)等一批創(chuàng)新應(yīng)用涌現(xiàn)。水庫調(diào)度、河冰動(dòng)力學(xué)、潮汐上溯影響及咸情分析等35項(xiàng)水利專業(yè)模型集成應(yīng)用取得階段性進(jìn)展。
數(shù)據(jù)共建共享,科技成果加快轉(zhuǎn)化
數(shù)字孿生水利建設(shè),是一項(xiàng)技術(shù)密集、人才密集、資金密集的創(chuàng)新工程,實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量推進(jìn)任重道遠(yuǎn)。
共建共享,讓數(shù)據(jù)流動(dòng)起來。
1.7萬多座水庫、385座報(bào)汛水文監(jiān)測(cè)站、5萬多個(gè)取水口……各類數(shù)據(jù)源源不斷匯集,助力數(shù)字孿生珠江建設(shè)?!霸谏舷掠?、干支流共同協(xié)作下,珠江流域(片)138條省界河流、近3000條集雨面積50平方公里以上的河流數(shù)據(jù)得到更新補(bǔ)充,完善了珠江流域數(shù)據(jù)底板?!敝榻瘑T會(huì)珠江水利綜合技術(shù)中心信息室副主任何虹說。
七大流域全力推動(dòng)數(shù)據(jù)共建共享。淮河水利委員會(huì)獲取安徽省2000余座小型水庫雨水情監(jiān)測(cè)信息,集成了約300GB的山洪災(zāi)害、洪水風(fēng)險(xiǎn)圖和水利普查數(shù)據(jù)。太湖流域管理局?jǐn)U大省際、涉水部門信息共享,印發(fā)信息共享清單,新增53座水利工程調(diào)度及水量信息、40個(gè)河道斷面水質(zhì)信息?!八块T加強(qiáng)數(shù)據(jù)資源跨地區(qū)、跨部門、跨層級(jí)的統(tǒng)籌管理,推動(dòng)解決數(shù)據(jù)碎片化問題,為江河湖庫精準(zhǔn)畫像?!彼啃畔⒅行母敝魅纬山▏榻B。水利部將建立全覆蓋的數(shù)字孿生資源共享平臺(tái),實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、處理等協(xié)調(diào)推進(jìn)。
自主創(chuàng)新,加快科技成果轉(zhuǎn)化。
位于北京市房山區(qū)的南水北調(diào)中線惠南莊泵站,是“南水”入京重要節(jié)點(diǎn)。多部門聯(lián)合攻關(guān)、新技術(shù)先行先試,水下機(jī)器人、水質(zhì)應(yīng)急監(jiān)測(cè)車等設(shè)備應(yīng)用到工程管護(hù)中?!败浖⒂布教嵘?,構(gòu)建了集工程安全監(jiān)測(cè)、防汛應(yīng)急、輸水調(diào)度、水質(zhì)安全保障為一體的數(shù)字化場(chǎng)景?!敝袊纤闭{(diào)集團(tuán)中線有限公司北京分公司分調(diào)度中心副處長(zhǎng)耿興寧介紹。
水利部有關(guān)負(fù)責(zé)人表示,接下來將繼續(xù)聚焦人才、資金、技術(shù)等關(guān)鍵要素,強(qiáng)化資源整合和力量協(xié)同,引導(dǎo)在水利工程建設(shè)和運(yùn)行管護(hù)預(yù)算中科學(xué)安排資金,推進(jìn)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的工程控制體系、專業(yè)模型、模擬仿真等關(guān)鍵技術(shù)問題研究,持續(xù)優(yōu)化人才培養(yǎng)引進(jìn),大力推進(jìn)數(shù)字孿生水利建設(shè),為全面提升國家水安全保障能力提供更有力支撐。(記者王 浩)
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