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数字技术赋能水利建设和发展

作者:  来源:   更新时间:2023-11-13  阅读数:275
水库、河道堤防、蓄滞洪区等55类1600多万个水利对象信息联动更新,动态汇聚业务管理数据26.2亿条,专线获取高分、资源、环境等系列23颗国产遥感卫星影像资源……数字技术赋能水利建设和发展,大江大河、国家水网、水利工程全部纳入管理,治水管水的数字化、网络化、智能化水平不断提升。
今年,水利部数字孪生平台基本建成,七大江河数字孪生流域建设相继实施,数字孪生水利框架体系基本形成,94项数字孪生流域建设先行先试任务进入收尾阶段,数字孪生水利建设稳健起步并取得阶段性成效。
数字赋能,治水管水更智慧
什么是数字孪生水利?“通俗说,是指运用云计算、大数据、人工智能、虚拟现实等新一代信息技术,采集全量数据,实现江河水库、水网建设、工程调度等的可视化展示,并进行智能化模拟和前瞻性预演。”水利部信息中心主任蔡阳解释。
——数字赋能,治水更智慧。
今年4月底,我国首个数字孪生流域建设重大项目——长江流域全覆盖水监控系统建设项目开工建设。建成后,监测站网将覆盖3791个断面和上万个规模以上取水口,视频监视体系能够覆盖160座控制性水利工程、96个重要防汛节点、28个重要采砂江段,助力持续推动长江大保护。
蔡阳介绍,自然水体投射到数字世界里,规划、设计、调度方案,以及未来可能发生的情形都能超前推演,为开展防汛抗旱、水资源管理与调配等提供科学决策。
——智慧管理,用水更集约。
坐落在成都平原上的都江堰灌区渠系交织,保障取水用水。“过去,因测量精度不高、标准不一,灌区用水效率有待提升。”四川省都江堰水利发展中心科信处处长雷刚介绍,灌区因渠制宜,安装先进计量设施,打造15款标准化量水秤。上百米宽的主干渠水位高、波浪大,安装侧扫雷达量水秤;几米宽的支渠和斗渠,水量小,配置接触式水位计量水秤。水量、水位等数据实时测量,用多少水,就放多少水,量水秤量出明白账。
大中型灌区是保障粮食安全的重要基础设施。物联网、人工智能、5G等现代信息技术覆盖田间地头,供、输、配、灌、排更智能,农业用水更有保障。水利部全面启动48处数字孪生灌区建设。
数字孪生流域、数字孪生水网、数字孪生工程等建设不断推进。广东、浙江等第一批省级水网先导区,安徽、宁夏等第二批省级水网先导区以及南水北调工程启动数字孪生水网建设;三峡、小浪底等11个重点数字孪生水利工程建设取得显著成效。目前全国取用水在线监测计量点增至5.9万个,3.8万多条(个)河湖管理范围内地物实现遥感图斑在线解译。
算据、算法、算力同步提升
推进数字孪生水利建设,离不开算据、算法和算力的支撑。
数字孪生水利,基础在“数”。“水能产生巨量数据。”水利部信息中心副主任钱峰介绍,河流长度、水库库容等相对固定的指标,形成了基础数据。气象卫星和测雨雷达、雨量站、水文(水位)站等实时数据,形成了监测数据。在流域防洪、水资源管理与调配等业务工作中生成的数据,形成了业务管理数据。下垫面高程、水下地形、BIM(建筑信息模型)等形成了地理空间数据。此外,经济社会、生态环境等其他领域也会产生与水利相关的大量数据。
数据庞杂丰富,如何收集?奔腾的黔江上,大藤峡水库大坝高耸,8225支仪器深埋大坝中,实时感知温度、湿度;约1700平方公里的坝区和155公里河道的建筑信息模型、水下地形等数据实现完整收集,与珠江流域共享水情、咸情信息。“我们成立数据中心,完成24个系统的数据集结,建立数据表1985张,接入548GB数据资源,构建了18个部门专题可视化页面及4个大屏页面,为建设数字孪生大藤峡提供数据基础。”广西大藤峡水利枢纽开发有限责任公司信息中心信息科副科长刘斌介绍。
全息感知,万物皆“数”。水利部提出着力加强“天空地”一体化的感知系统建设,统筹完善水文、水资源、水利工程、水土保持等地面监测站网的结构、布局、密度,强化卫星遥感解译以及无人机、无人船图像快速采集与自动识别等新型监测技术应用等。
数字孪生水利,重点在“演”。今年主汛期,水利部信息中心构建海河流域8处蓄滞洪区的二维水动力学洪水演进模型,利用遥感、无人机等监测信息,动态识别水体范围和行进速度等洪水演进信息,逐日推演洪水演进趋势,有效支撑精准化决策。
水利部门夯实算法支撑,深化流域水文、水力学、工程调度等模型的研发应用。水利部数字孪生平台投入运行以来,率先赋能流域防洪“预报、预警、预演、预案”。目前,全国降雨形势展望期由20天延长至30天,主要江河关键期预报准确率达90%以上,预警信息靶式覆盖1.3万多座水库责任人。
数字孪生水利,关键在“算”。在南水北调东线工程,大型泵站接力提水,长江水攀爬65米北上。“大型泵站机电耦合,技术复杂,仅靠人工巡查隐患,难免会有疏漏。”南水北调东线江苏水源有限责任公司科技信息分公司总经理莫兆祥说,声纹AI监测模型让巡检从听声音变为“算”声音。模型具备高性能算力,能够从声音大数据库中精准捕捉异常,及时发出预警。精细管理,为大型泵站群持续健康运行增添保障。
看全国,算力突破催生技术之变。黄河物联网“智能石头”、浙江横锦水库大坝安全“体检单”、国产重力卫星高分辨率地下水储量变化反演技术等一批创新应用涌现。水库调度、河冰动力学、潮汐上溯影响及咸情分析等35项水利专业模型集成应用取得阶段性进展。
数据共建共享,科技成果加快转化
数字孪生水利建设,是一项技术密集、人才密集、资金密集的创新工程,实现高质量推进任重道远。
共建共享,让数据流动起来。
1.7万多座水库、385座报汛水文监测站、5万多个取水口……各类数据源源不断汇集,助力数字孪生珠江建设。“在上下游、干支流共同协作下,珠江流域(片)138条省界河流、近3000条集雨面积50平方公里以上的河流数据得到更新补充,完善了珠江流域数据底板。”珠江水利委员会珠江水利综合技术中心信息室副主任何虹说。
七大流域全力推动数据共建共享。淮河水利委员会获取安徽省2000余座小型水库雨水情监测信息,集成了约300GB的山洪灾害、洪水风险图和水利普查数据。太湖流域管理局扩大省际、涉水部门信息共享,印发信息共享清单,新增53座水利工程调度及水量信息、40个河道断面水质信息。“水利部门加强数据资源跨地区、跨部门、跨层级的统筹管理,推动解决数据碎片化问题,为江河湖库精准画像。”水利部信息中心副主任成建国介绍。水利部将建立全覆盖的数字孪生资源共享平台,实现数据采集、处理等协调推进。
自主创新,加快科技成果转化。
位于北京市房山区的南水北调中线惠南庄泵站,是“南水”入京重要节点。多部门联合攻关、新技术先行先试,水下机器人、水质应急监测车等设备应用到工程管护中。“软件、硬件同步提升,构建了集工程安全监测、防汛应急、输水调度、水质安全保障为一体的数字化场景。”中国南水北调集团中线有限公司北京分公司分调度中心副处长耿兴宁介绍。
水利部有关负责人表示,接下来将继续聚焦人才、资金、技术等关键要素,强化资源整合和力量协同,引导在水利工程建设和运行管护预算中科学安排资金,推进自主知识产权的工程控制体系、专业模型、模拟仿真等关键技术问题研究,持续优化人才培养引进,大力推进数字孪生水利建设,为全面提升国家水安全保障能力提供更有力支撑。(记者 王 浩)