□本報記者 趙力文 本報通訊員 陳林道
走進位于鄭州市金水區(qū)的模型黃河試驗基地1號大廳，一條800米長的微縮河道蜿蜒鋪展——這便是按1∶600水平比尺、1∶60垂直比尺復刻的黃河下游河床模型，將小浪底至陶城鋪河段476公里的黃河河道地貌濃縮于此。
自2016年起，每年汛前，這條模型黃河都會進行洪水預演試驗，為守護母親河尋得科學答案。隨著防汛決策邁向數(shù)據(jù)驅(qū)動時代，數(shù)字孿生黃河悄然誕生。數(shù)字孿生三門峽、數(shù)字孿生故縣、數(shù)字孿生小浪底、數(shù)字孿生萬家寨、數(shù)字孿生大汶河等系統(tǒng)陸續(xù)上線，在實踐中開展了迭代應用。
“數(shù)字孿生黃河將模型黃河的物理規(guī)律轉化為數(shù)字算法，把實體試驗升級為實時仿真，推動治黃從‘試驗優(yōu)化’邁向‘智能預判’。”黃河水利科學研究院泥沙所副所長張防修如此解釋了兩條黃河的關系。
作為黃河入豫第一市，三門峽市域干支流積極融入數(shù)字孿生黃河建設浪潮，以數(shù)字技術化作無形的手，為多個領域賦能，擔當起防洪預警先鋒、灌溉管家、生態(tài)守護者等角色，為黃河流域生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展注入數(shù)智動能。
“數(shù)字鏡像”賦能大壩管理
古有大禹治水，今有科技治黃。
9月7日15時，在三門峽水利樞紐運管中心，“接黃河水利委員會調(diào)度指令，開啟防汛閘門，按3000立方米每秒流量下瀉……”隨著值班人員一道道操作指令的下達，三門峽水利樞紐投入2025年汛期黃河調(diào)水調(diào)沙運用，相關信息同步更新至三門峽現(xiàn)代化水庫運行管理矩陣平臺的顯示屏上，“四全、四制、四預、四管”模塊清晰排布，實時水情、泄流孔洞狀態(tài)、庫區(qū)監(jiān)測數(shù)據(jù)一目了然。
作為黃河中游關鍵控制性工程，始建于第一個“五年計劃”的三門峽水利樞紐，承擔著防洪、防凌、灌溉、供水、發(fā)電等多重使命。在“十四五”期間，隨著數(shù)字孿生黃河加快建設，“孿生”而出的三門峽水利樞紐被建立在信息數(shù)據(jù)之上。
“當前正是主汛期，如何治水防汛？首先就是要充分了解水情沙情。過去僅靠人工繪圖、查表計算，汛期時電話打‘爆’也趕不上水勢變化，防汛純靠經(jīng)驗判斷。現(xiàn)在不一樣了，我們有了它。”三門峽水利樞紐網(wǎng)信中心主任劉謀指著數(shù)字孿生平臺自豪地介紹著。
作為水利部首批矩陣建設試點水庫，數(shù)字孿生三門峽水利樞紐平臺于2024年完成一期工程，潼關至三門峽庫區(qū)的L2級數(shù)據(jù)底板、樞紐工程的L3級BIM模型相繼建成，大壩安全分析預警模型、蓄水淹沒模型等投入運行，讓三門峽水利樞紐擁有了“數(shù)字鏡像”。
“我們系統(tǒng)還接入了衛(wèi)星遙感、大壩安全監(jiān)測、水文監(jiān)測、高清視頻等信息數(shù)據(jù)，實時采集水位、流速、含沙量、設備狀態(tài)等各項數(shù)據(jù)，正努力構建‘天空地水工’一體化監(jiān)測體系。”劉謀介紹。
如今，數(shù)字孿生平臺已基本實現(xiàn)對三門峽庫區(qū)的察“顏”觀“色”、把“脈”問“診”——
空中，無人機可按預設航線巡檢壩體、岸線，結合岸線監(jiān)控設備，實時回傳的4K影像可精準識別船只入侵、水面漂浮物等隱患；水中，無人測船搭載聲吶系統(tǒng)掃描河床地形，監(jiān)測泥沙淤積變化；壩體之中，數(shù)百個傳感器24小時采集應力、滲壓等數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)實時匯入大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)，與數(shù)字孿生平臺聯(lián)動，形成“監(jiān)測、分析、預警、處置”的全面管理。
更深層的數(shù)智之變在于其管理邏輯。“我們不是在看數(shù)據(jù)，而是在看趨勢。”劉謀介紹。依托DeepSeek、千問等大模型構建的三門峽矩陣管理平臺，匯聚了樞紐運行以來的海量運行數(shù)據(jù)、調(diào)度方案、科研成果，形成了獨特的“水利大腦”，實現(xiàn)了“預測—預警—預演—預案”的閉環(huán)調(diào)度能力。
2025年黃河調(diào)水調(diào)沙期間，三門峽水利樞紐借助數(shù)字孿生平臺，與小浪底等水庫協(xié)同調(diào)度，泄流運用102個小時，最大出庫流量3690立方米每秒，最大出庫含沙量253千克每立方米，出庫沙量0.5億噸，精準沖刷下游河道，助力減少泥沙淤積，實現(xiàn)了騰庫迎汛、水庫排沙、生態(tài)補水等多目標共贏。
“一張圖”精準農(nóng)田灌溉
數(shù)智賦能不止于防洪安瀾，更延伸到保障農(nóng)業(yè)豐收的灌溉環(huán)節(jié)。
三門峽市域最大的黃河支流弘農(nóng)澗河，其配套水利工程——靈寶市窄口水庫及灌區(qū)，以智能灌溉系統(tǒng)實現(xiàn)水資源高效利用。
“過去澆地是大水漫灌，現(xiàn)在用淺埋滴灌，水肥順著‘毛細血管’直接到根。”在靈寶市焦村鎮(zhèn)西章村，農(nóng)技人員劉巧燕蹲在玉米壟間，道出了節(jié)水灌溉的新變化。
焦村鎮(zhèn)西章村位于靈寶市窄口灌區(qū)，該灌區(qū)是三門峽市唯一的大型灌區(qū)，設計灌溉面積35.5萬畝，涉及焦村鎮(zhèn)、五畝鄉(xiāng)、陽平鎮(zhèn)、函谷關鎮(zhèn)、西閻鄉(xiāng)等8個鄉(xiāng)鎮(zhèn)206個行政村，是當?shù)剞r(nóng)業(yè)灌溉的“命脈”。
近幾年，窄口灌區(qū)按照“需求牽引、應用至上、數(shù)字賦能、提升能力”要求，以灌區(qū)業(yè)務應用為導向，推動數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化改造，努力讓每一滴水都用在“刀刃上”，破解了黃河流域農(nóng)業(yè)用水效率不高的難題。
實灌面積、流量、水深、流速……走進窄口水務管理局調(diào)度指揮中心，灌區(qū)渠系、各類水工建筑物、監(jiān)測站點等灌區(qū)“神經(jīng)末梢”傳回的信息組成灌區(qū)管理“一張圖”系統(tǒng)，灌區(qū)全貌以二維圖像的形式展現(xiàn)在眼前。
“灌區(qū)‘一張圖’，是我們數(shù)字化和標準化管理的基礎。我們正努力通過該系統(tǒng)給灌區(qū)裝上‘會思考的大腦’（物聯(lián)網(wǎng)中樞）、‘靈敏的神經(jīng)’（傳感器網(wǎng)絡）、‘強健的四肢’（自動閘門系統(tǒng)），讓土地學會‘開口要水’，讓水流擁有‘導航地圖’。目前，‘一張圖’的視頻監(jiān)控、流量控制、遠程調(diào)控、預警監(jiān)測等功能已投入使用，‘按需供水、精準灌溉’正逐步實現(xiàn)。”窄口水務管理局辦公室主任孔令帥介紹。
2021年以來，三門峽市先后實施了靈寶市窄口灌區(qū)、陜州區(qū)張家河灌區(qū)等6個續(xù)建配套與節(jié)水改造項目，總投資4.46億元，運用渠道防滲襯砌、智能計量設施、自動化監(jiān)測系統(tǒng)等先進技術，有效降低輸水損耗，提升水資源利用效率。項目完成后，預計可新增改善恢復灌溉面積達55.53萬畝。
數(shù)據(jù)是鮮明的注腳。2025年，三門峽根據(jù)作物需水規(guī)律和土壤墑情監(jiān)測，科學安排全市大中型灌區(qū)灌溉輪次，精準調(diào)度水量灌溉。截至目前，累計引水量達3398.5萬立方米，灌溉面積22.84萬畝次；依托高標準農(nóng)田項目，新發(fā)展高效節(jié)水灌溉5.3萬畝，推動農(nóng)業(yè)灌溉變革躍升，努力做到藏糧于水、藏水于技。
“生態(tài)眼睛”監(jiān)測流域水質(zhì)
除了抵御洪水威脅、保障農(nóng)田豐收，數(shù)字技術還為守護流域生態(tài)賦能。
在靈寶市弘農(nóng)澗河離入黃口4公里的區(qū)域，一派“荷”顏悅色。層層疊疊的荷葉、姿態(tài)萬千的荷花間，一艘停靠的銀色小船隨著河水起起伏伏。
“這是我們的采樣浮船，它實時對河水進行提水采樣。”在河南省地表水水質(zhì)自動監(jiān)測網(wǎng)黃河流域靈寶坡頭橋站，三門峽生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心工作人員王根指著小船和河水流向介紹，“這里距離入黃口僅有4公里，提取水樣后設備會對其進行自動分析。”
pH濃度8.00、電導率625.35μS/cm、濁度134.65NTU、溶解氧4.95mg/L、水溫27.5攝氏度……走進自動監(jiān)測站，監(jiān)測設備屏幕上的一組組數(shù)據(jù)被實時傳輸至省生態(tài)環(huán)境廳。
“監(jiān)測因子共9項，包括水質(zhì)五參數(shù)（pH、電導率、濁度、溶解氧、溫度）、氨氮、高錳酸鹽指數(shù)、總磷、總氮等。”面對監(jiān)測設備屏幕，王根娓娓道來，“這些設備與國家、省、市平臺聯(lián)網(wǎng)，每4小時上傳一組最新數(shù)據(jù)，并且數(shù)據(jù)不可更改，確保了水質(zhì)監(jiān)測的真實有效。”
在黃河流經(jīng)的三門峽市域，支流密集，一級支流有18條，流域面積30平方公里以上的河流更是有107條。這些支流的水質(zhì)直接關系著黃河干流水環(huán)境安全。
“之前，監(jiān)測數(shù)據(jù)大部分是監(jiān)測人員手工采集樣品、實驗室分析監(jiān)測獲得，不僅耗時費力，時效性也不理想。近年來，我們采取先進的技術手段，建成了水質(zhì)自動監(jiān)測站，讓監(jiān)測數(shù)據(jù)更加真實、準確、全面、快速。”說起這些年水質(zhì)監(jiān)測的變化，王根深有感觸。
目前，三門峽市在黃河干支流沿線設8個水質(zhì)自動監(jiān)測站以及多個監(jiān)測斷面，構建起全天候、立體化的生態(tài)監(jiān)測網(wǎng)絡，為流域生態(tài)保護裝上“智慧眼睛”。
三門峽市生態(tài)環(huán)境部門還通過河道巡檢無人機與水質(zhì)監(jiān)測站形成聯(lián)動，不僅能掌握水體質(zhì)量，還能監(jiān)測岸線生態(tài)變化，如植被覆蓋、濕地面積等。通過長期數(shù)據(jù)積累，可分析水質(zhì)變化趨勢，評估生態(tài)保護措施成效，為科學決策提供依據(jù)。
如今，黃河三門峽段水質(zhì)常年保持在Ⅲ類以上，部分河段達Ⅱ類標準，讓黃河岸邊成為鳥類的天堂。每年冬季，數(shù)萬只白天鵝從西伯利亞飛抵三門峽越冬，成為城市的生態(tài)名片。
“盡管目前仍面臨著多部門數(shù)據(jù)融合難、技術與基層實踐適配性差等問題，但數(shù)智賦能治黃是大勢所趨。”張防修說，當數(shù)字技術深度融入防洪、灌溉、生態(tài)治理等流域治理全場景，推動經(jīng)驗驅(qū)動向數(shù)據(jù)驅(qū)動、被動應對向主動預判、分段治理向系統(tǒng)協(xié)同轉型，其價值早已超越工具升級。
從水利樞紐的智能調(diào)度到田間地頭的智慧灌溉，再到筑牢生態(tài)屏障，三門峽市以數(shù)智之力解碼治水難題，重塑流域治理模式，讓千年黃河治理煥發(fā)生機，繪就新圖景。
