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需求为先 实用为本
建设管用实用好用的数字孪生灌区
来源:中国水利报社网站
  王鹏翔  
    编辑:管理员 归档时间:2023/10/25    

为灌溉用水决策提供前瞻性、科学性、精准性、安全性支持,离不开数字孪生灌区的建设。2022年年底,水利部选取48处大中型灌区开展数字孪生先行先试,以点带面示范引领。近一年时间,各试点灌区进展成效如何?如何锚定灌区发展需求,利用数字孪生手段推进现代化灌区建设?

2023年10月20日,水利部在山东省聊城市召开数字孪生灌区现场会,强调要按照“需求牵引、应用至上、数字赋能、提升能力”的要求,以数字化场景、智能化模拟、精准化决策为重点,整体提升灌区现代化发展水平。

一年来的试点充分说明,以灌区高质量发展需求为指引,以提升系统功能实用性为标准,坚持需求为先、实用为本,才能建出管用实用好用的数字孪生灌区,为加强水资源节约集约利用、提升粮食产能、推进灌区现代化发展增添“智慧”力量。

管用——坚持问题导向 精准破解难题

来到聊城市位山灌区智慧调度中心,显示屏上动态显示灌区供水、用水情况,各类水利工程设施在屏幕上一目了然。

“这是灌区数字孪生平台,可以实现配水调度预演可视化。”位山灌区管理服务中心工作人员梁以昌点击几下按钮,屏幕上蓝色的“河水”就按照指令在渠道里缓缓流动。“平台可以实时看到水头的流量变化情况,系统还能通过卫星遥感分析的灌溉进度及灌溉面积进行验证,及时修正参数。”

过去,受水县申请农业用水计划,位山灌区管理服务中心需要统筹各方因素,制订静态配水计划,容易出现配水不及时等问题。如今,锚定供用水管理节约集约这一发展需求,位山灌区利用数字孪生手段制订各区域需水过程条件下的最优调度方案,使供用水管理从“人工经验决策”向“智慧精准决策”转变。

“通过科学配水、优化调度,灌区春灌周期从45天缩短至40天,配水效率提高了11%,有效灌溉面积增加10万亩以上。” 位山灌区管理服务中心主任王会忠介绍。

位于河北省的石津灌区是典型的北方平原自流型灌区,渠道落差小、运行水头低,需层层节制、逐级配水才能满足末端用水对水位和流量的要求。如何更精准配水、更规范测水、更准确控水成为灌区实现水资源高效利用的“必答题”。

数字孪生灌区先行先试为石津灌区解决现实需求问题带来新机遇。“我们利用感知体系、控制体系、数字孪生平台、专题模型等初步搭建起综合业务平台,进行需水分析、制定供水计划、开展水情调度、组织灌溉用水,做到稳定供水、高效用水。”石津灌区事务中心副主任张彬介绍,通过精确配水管理,石津灌区灌溉水利用系数提高0.5%,水费实收率保持100%。

不同灌区的实践探索得出相同的结论:数字孪生灌区建设的需求分析要做到精准、管用、高效。只有需求分析准确、建设内容突出,才能充分运用数字孪生手段对症下药,解决灌区运行管理中存在的实际问题。

实用——坚持需求牵引 实现迭代升级

灌区信息化建设并不是一个新名词。早在20世纪末,水利部就组织部分灌区开展信息化建设试点,建设水情监测系统、网络通信系统等。随着新一代信息技术的快速发展,灌区的智能应用设备也需要迭代升级。但新技术更新速度快,如何在有限的项目资金下,实现技术升级的最优化?

按照“整合已建、统筹在建、规范新建”原则,分期分批对原有水利设施进行数字化改造,做到充分利旧、节省投资,成为当下数字孪生灌区建设的“关键一招”。

山西大禹渡灌区数字孪生先行先试工作,就是伴随着灌区“十四五”续建配套与现代化改造项目实施的。大禹渡灌区具有高扬程、高泥沙、高耗电的“三高”特性,需要通过数字孪生手段实现节水节能增效。

“我们构建泵站节能降耗模型,实现泵站优化调度,降低泵站高耗电成本及高泥沙对机组的磨损,节能降耗约10%;开发应用干支渠输配优化节水模型,实现输配水过程预演、异常水位预警,节水约10%;搭建灌溉配水优化模型,实现灌溉用水管理自动分配,生产管理减员约20%。”大禹渡扬水工程服务中心主任董曾武说。

建设一个实用的数字孪生灌区,不仅要在建设方面充分共享已建成果和信息,还要做到经济合理,与灌区现代化改造、地方水网、高标准农田等项目、资金和资源统筹利用,实现“花小钱办大事”。

内蒙古河套灌区积极实施永济灌域数字孪生先行先试建设,按照“两手发力”要求多渠道筹集项目资金,整合2194万元用于加快推动试点建设。

“我们利用地债资金1300万元,在重点断面建设自动化测流监测系统;利用灌区续建配套与节水改造结余资金约210万元,建设闸门远控、视频监控等;安排‘十四五’灌区续建配套与现代化改造项目资金254万元,已完成招标。”河套灌区水利发展中心党组书记李根东说,“我们还积极争取中国水科院承担的国家重点研发计划、国家重点专项等科研资金,整合推动数字孪生灌区项目建设。”

通过与中国水科院、通信企业、当地银行开展科研项目研究、通信网络建设等试点工作,河套灌区吸引了多元化投资,解决了数字孪生灌区建设资金不足问题。

好用——创新发展路径 带来实在成效

受2022年旱情及2023年春季降雨来水持续偏少的影响,2023年春灌前,安徽淠史杭灌区上游水库蓄水仅为同期的50%,水源严重不足。

淠史杭灌区运用水资源配置模型,根据降雨来水形势变化,动态优化调整供水计划,让栽插水稻面积由初期的632万亩恢复到常年水平的960万亩,为灌区粮食丰产丰收提供有力保障。

这是淠史杭灌区综合运用数字孪生手段提高水资源配置效率、保障粮食安全的真实写照。

数字孪生灌区是否好用并实现可持续运行,关键在于能否为灌区管理单位和农户带来实实在在的效益,实现省时省工、节水节能、增产增效。

在浙江,上塘河灌区供用水管理初步实现预报、预警、预演、预案“四预”功能,全灌区水情监测数据5分钟实时更新,每年汇总数据3542万条,模型运行近一年减少灌溉次数11.4%,减少灌溉水用量15.4%。

在陕西,东雷抽黄灌区通过数字孪生灌区建设实现泵站群统一调度,提高运行效率,斗口单方水耗电量下降0.19千瓦时,年节水1500万立方米,年节电2100万千瓦时。

在江苏,高邮灌区科学编制水稻灌溉生产管理概略图,印发灌溉时间表,充实管理“知识库”,让农民用水早知道、农事作业早安排,水稻单产由500公斤提高到600公斤以上。

…………

依托数字孪生灌区建设,越来越多的农户增强了面对旱情汛情的底气,实现了连年丰收。

在此次数字孪生灌区现场会上,水利部还公布了灌区高精度旱情监测与智能预测预警模型、中长期来水预报模型等13个数字孪生灌区模型推荐清单。先进实用的技术成果将进一步发挥科技引领作用,支撑保障更多的数字孪生灌区越来越“好用”。

随着数字孪生灌区建设在各试点高质量推进,“配水调度更科学、供水服务更精准、工程巡护更智能”的智慧灌区将在祖国大地上多点开花、全面铺展。

来源:中国水利报 2023年10月25日

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