凯发K8淠史杭的“影分身”

　　凯发K8第一个淠史杭是实体的。始建于1958年，直到1972年主体工程才基本完工，此后一直在完善之中。它采用修水库、建渠道、切岭、填方、架渡槽、打涵洞、建倒虹吸、挖塘堰等几乎涵盖整个水利工程建设中所有的方式方法，在资金、技术、设备无一不缺，百废待兴的困难时期，用十字镐、独轮车等简单工具，依靠肩挑手抬，以最高日上工人数80万人、累计4亿工时，平均每亩不足40元的国家投资，建成的新中国成立后全国最大灌区。

　　第二个淠史杭则是数字的。始建于2020年，目前仍在进行之中。它以模拟仿真、AI、云计算等技术构建空间，通过对淠史杭灌区关键数据的精准描述和计算，反馈到物理空间进行诊断、预测、并形成决策，越来越深入地影响“第一个淠史杭”。

　　张宝忠是水利部直属中国水利水电科学研究院水利研究所所长，他把第二个淠史杭工程称为第一个淠史杭的“数字化孪生”。

　　这是一个已经蔓延至“元宇宙”的概念，但最早被使用于十年前的NASA和AFRL（美国空军研究实验室）。NASA期望，每向美军交付一架战机，也能够同步交付一套数字模型，通过这套数字模型就可以在虚拟场景下进行寿命和可靠性的估算。

　　在灌区跑了几十年的老水利人期望可以调用电脑或者手机中的淠史杭的“数字化孪生”掌握更多的水情、雨情甚至水位等数据，进而感知信息、资源共享、远程操作，甚至提供决策支持。

　　「理论上来说，它们两个（真实灌区和数字灌区）就像孪生的两兄弟一样，长得一模一样，真实世界发生了什么，数字世界就会同步什么。」

　　如果向上追溯，淠史杭的数字化孪生之路始于2020年。以此为契机，淠史杭灌区启动数字灌区规划与建设。

　　2020年5月7日，安徽省政府办公厅印发专题会议纪要。会议强调，随着引江济淮、南水北调东线等国家重大水利工程的加快建设，我省水资源优化配置面临千载难逄的历史机遇。要以高度的责任感和使命感，抢抓有利时机，加强研究谋划，统筹推进新的重大水利工程建设，为安徽长远发展奠定基础。

　　在此后数年里，淠史杭灌区的数字化在安徽一直颇受关注。安徽省淠史杭灌区管理总局委托中国水利水电科学研究院编制《淠史杭数字灌区建设规划》，并着手开始实施。

　　2022年，水利部选取了48处大中型灌区开展数字（孪生）灌区先行先试工作，涉及灌溉面积6000多万亩。同步印发的数字（孪生）灌区建设技术指南（试行），明确建设内容、技术框架和要求，解决建什么、怎么建等问题。淠史杭灌区入选首批先行先试名单。

　　目前，淠史杭数字（孪生）灌区已初步建设完成，大部分模块已完成了验收交付，目前正在试运行阶段。

　　在过去两年里，元新闻记者曾多次前往位于安徽省六安市的安徽省淠史杭灌区管理总局的调度中心，几乎亲眼目睹“数字灌区”一步步雕琢成型。

　　两年前，一群华为的工程师在那里通宵达旦建立模型，但对一堆水利术语“束手无策”；但到了2023年底，“数字灌区”已经初具雏形。

　　遍布整个灌区的摄像头和传感器将实时图像和数据传递到调度中心的大屏和人们的手机小屏之上，工作人员已经可以熟练地调用各种模块，“灌区感知”“供用水管理”“水资源配置与调配”“渠道防汛调度”一应俱全；人们既可以查看实时水情、雨情，也可以预测未来水情、雨情，甚至是农情、工情。

　　多个关键枢纽的“数字孪生”已经成型。在一位工作人员向记者展示的“横排头渠首枢纽数字孪生平台”上，作为整个淠史杭最重要的枢纽，一个三维的横排头渠首被呈现在屏幕上，栩栩如生，宛若游戏画面，中控室的每一个闸门，每一个实时水量数据，甚至每一扇窗户都跟现实一一对应，牵一发而动全身。

　　“不论是‘数字孪生’，还是‘数字灌区’，都不可能一蹴而就。”安徽省淠史杭灌区管理总局副局长陈来宝告诉元新闻记者：“整个灌区这么大，必须一步一步实现。当前重点还是放在灌区管理上，围绕用水计量、检测感知、水资源的配置和调度、水闸的自动控制、视频监控等重点建设。”

　　陈来宝上世纪90年代进入灌区工作凯发K8。据他回忆，当年部分中小水闸还是手动控制。“那还是手摇的年代，必需根据水量数据算出螺杆上升的高度，然后手摇螺杆控制水量；后来改成电动，电动就是你按它就抬，到一个点你就停掉，但你还是要算准；现在连算都不用算了，你输入一个流量，它就自动开关，我们（的工作）变成核准。”

　　现在，陈来宝几乎每天都要在手机上打开“灌区移动平台”App，和他同事们一样，他已经逐渐习惯从手机软件上而不是从报表上查阅实时数据。

　　很多老水利人对数字孪生的“提效”深有感触。比如水资源配置，涉及到供需水预测，灌区以前是靠大量的雨情监测员、水情监测站收集数据凯发K8，再根据供需水预测模型来分析“供水量”和“需水量”。

　　“老办法就是一层一层上报数据，而配置方案制定主要依靠历史经验，这个主观性就很强，而且是静态的。搞一次要动员很多人，搞很长时间。”一位淠史杭灌区的调度专家说：“现在靠系统短时间内就有结果。而且方案是动态优化的，对保障灌区作物关键生育期用水作用很大。”

　　实际上，淠史杭数字（孪生）灌区除建设了包括立体感知、自动控制、支撑保障的信息化基础设施外，还搭建了包括供需水预测、水资源配置、供水调度、渠道防汛调度等专业模型，以及渠首枢纽等数字孪生工程，初步实现了灌区“四预”（预报、预警、预演和预案）功能，在全国尚属首例，处于国内领先水平。

　　张宝忠认为：在淠史杭当前阶段，尽管“数字化灌区”的辅助决策功能还不明朗，但确实已经可以“实现大量繁琐事情的简单化”。

　　他同时指出：“淠史杭灌区水源复杂的特点也决定了建设‘数字孪生’灌区的艰巨性和在全国灌区中的示范意义。这种示范意义体现在，在这里建设‘数字孪生’灌区，难度系数是最高的。如果淠史杭都可以，其它灌区就没什么不可以。”

　　淠史杭工程建设已经65周年了，一个绵延六十五周年的老牌水利工程为什么要搞“数字孪生”？

　　元新闻记者赴京与中国水利水电科学研究院水利研究所所长张宝忠对谈，以下是元新闻与张宝忠的对话：

　　张宝忠：从“十四五”开始，国家就逐步启动大中型灌区现代化改造工作，提升灌区的数字化、智慧化水平。

　　我记得是2020年5月，时任安徽省省长、现任水利部党组书记、部长李国英专题调研了大别山水库群运行管理、淠史杭灌区建设运行、江淮分水岭和淮河以北地区水资源优化配置等工作。当时就提出要加快数字灌区建设。

　　「把数字灌区建设摆上重要议事日程，抓紧做好规划，将天气预测、作物需求、旱情监测、水源调度等功能纳入系统，根据形势变化及时作出动态优化灌溉方案，实现灌区管理调度数字化、智能化和智慧化。」

　　以此为契机，淠史杭灌区启动数字灌区规划与建设。2020年底，安徽省淠史杭灌区管理总局就委托中国水利水电科学研究院做了《淠史杭数字灌区建设规划》，并通过专家评审。

　　回头来看，当时的决定很有前瞻性。在国家层面，后来提出搞“数字（孪生）灌区”，这实际上是“数字灌区”的延伸。2022年，水利部印发了关于开展数字（孪生）灌区先行先试工作的通知，启动48处大中型灌区开展数字（孪生）灌区先行先试建设，淠史杭名列其中；2023年，中央、国务院又印发了《数字中国建设整体布局规划》，提出“构建以数字孪生流域为核心的智慧水利体系”。

　　那么，到今天为止，淠史杭“数字孪生”灌区已初步建设完成，大部分模块已完成了验收交付，目前正在试运行阶段。

　　淠史杭数字（孪生）灌区除建设了包括立体感知、自动控制、支撑保障的信息化基础设施外，还搭建了包括供需水预测、水资源配置、供水调度、渠道防汛调度等专业模型，以及渠首枢纽等数字孪生工程，初步实现了灌区“四预”功能（预报、预警、预演和预案），在全国尚属首例，处于国内领先水平。

　　其中，淠史杭灌区立体感知网基本建成，汇集监测站点3865处，基本覆盖灌区水源工程、渠首及主要骨干渠道和建筑物，重点支撑了雨情系统、水情监测和供水计量系统、视频监控系统和闸控系统等应用。

　　《元新闻》：试运行的情况怎么样？“数字孪生”是不是已经在淠史杭发挥作用了？

　　受2022年旱情及2023年春季降雨来水持续偏少的影响，2023年春灌前淠史杭灌区上游水库蓄水仅为同期一半。灌区就运用了“水资源配置模型”，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。

　　去年6月，安徽省六安市金寨县内的“红石嘴渠首枢纽数字孪生系统”已经建成使用。也正是依靠这个智能系统，金寨城区在当年遭遇台风的时候，避免了因强降雨可能导致的内涝。

　　第二阶段，将数据“数字化”，并采用相关的模型将数据运行起来，为管理者提供一定的决策支持。

　　淠史杭目前大概处于第二个阶段。对于“数字孪生”灌区，国内还存在一定争议。我的看法是，先不要管这些争议。首先整个灌区先实现“数字化”；以此为基础，在灌区的渠首、梯级泵站等关键节点和典型示范片实现“局部数字孪生”。

　　当然，要想实现全部灌区的“数字孪生”，目前可能还做不到，未来还有很长的路要走。

　　《元新闻》：一个水利工程或者灌区运行了几十年了，可能已经很稳定了，为什么还要搞数字化？

　　一方面，大中型灌区是保障国家粮食生产的主战场，中国正在推动优先将大中型灌区建成高标准农田。在实践中更关注水源到田间的衔接问题。

　　前几年曾出现过一个现象，渠首放的水经过干渠、支渠后再到农田，中间出现了“梗阻”的现象。尤其在水资源紧张的时候，“梗阻”的矛盾更加突出。“数字孪生”的信息采集，会采集田间的蓄水信息。淠史杭骨干渠道就已经做到了管理精细化，农情的采集和气象预报基本覆盖整个灌区。

　　另一方面，以前灌区供水一直以农业为主，现在变成了“城镇供水、生态供水和安全饮水”并重。几十年前，很难预料淠史杭旁边的合肥会成长为千万人口的城市，有预测说2035年合肥的城市人口将超过1300万人。因此，这种变化伴随城镇化的进程加快是十分剧烈的，水资源供需矛盾日趋紧张。

　　与农业灌溉不同，城市供水面临两个更突出的问题：水的保证率要求很高，而且水质要求也很高。水质检测也在“数字灌区”的范畴之内。

　　此外，灌区水资源时空分布不均也在加剧，社会对于水资源调控能力的要求进入了新阶段，要求是“精细化调控”。

　　举个例子，合肥一带的农村，当地农民工作日在外地务工，只有周末回家；但如果他周末“要水”，到周一水才会来，但周一他又得去打工，这就会出现矛盾。

　　一直以来，灌区运行管理仍以传统方式为主，自动化用水测量设施配套不够，闸站智能化控制程度不高，网络覆盖程度不广，灌区供需水、配置调度的测算仍以历史经验估算为主，难以实现水资源优化配置与科学调度。

　　所以，“数字孪生”迫在眉睫。它最核心的功效就是“四预”，也就是（水利）部里提出的“把不可知的变为知道一些”。本质上就是要将灌区管理调度由以人工、经验为主上升到数字化、智能化的层面，应用一些精细化手段，去提高水效。

　　《元新闻》：“数字孪生”是个元宇宙概念，现在引入到水利工程中，技术上成熟了吗？

　　张宝忠：数字（孪生）灌区建设是庞大的系统工程，涉及计算机、信息技术、水利专业技术、通信网络技术、数学算法等各个专业技术，硬件设施，软件开发等。

　　但成败的关键，一是数据能否准确获取；二是决策模型与知识库能否满足场景需要：三是各系统的协调关系。

　　因此，它（“数字孪生”灌区）实际上越来越聪明，正在走向人工智能的路上。但还没有到那个阶段。当前的“数字孪生”更强调“对决策的支撑”凯发K8，但本身还不能决策。

　　比如，“数字孪生”灌区现在做“来水预测”，当前的重点是将“实验室中的研究成果”和“灌区资深管理者的经验及知识”用数字来固化，也就是定性和定量的结合。

　　这种结合有两种路径。第一是建立模型，再用历史数据去训练系统。现代水利发展了几百年，已经拥有一些比较成熟的模型，但需要本地化建模和调整参数；第二就是建立“知识图谱”，把历史场景固化到系统里面。

　　《元新闻》：如果天气预报说灌区今天要降雨一百毫米，“数字孪生”能为人类做什么？

　　张宝忠：它一方面可以通过物理模型来运算并预测未来影响；另一方面知识图谱也为决策者展示历史上相似的场景和预期效果。

　　它不仅要回答，渠首如果放水一百个流量，五个小时后可以到哪个闸门；也要能够回答，历史上我们面对这种降雨，是如何调控的；今天我们又要怎么调控，有什么新的变量。

　　西北灌区的特点是缺水，有灌溉的地方一片绿油油，没灌溉的地方就是戈壁荒漠。因此，西北灌区更强调灌区生产和节水本身，新疆地区的滴灌设施发展就很快；内蒙古河套灌区的体量与淠史杭相当，但它一直面临着盐碱地和乌兰素海环境治理问题的双重挑战，因此河套灌区采用“一首制”引水工程。

　　但是在南方，情况又有所不同。比如浙江，作为南方比较发达的省份，浙江灌区的发展理念、管理水平较为先进，经济实力也比较强。当地政府将灌区视为全社会发展统筹的一部分，对水网进行精细化管理，提升水质和综合生产能力。

　　我们去浙江考察发现，当地灌区环境十分优美，不仅有小桥流水，还发展了鱼、虾、稻的养殖产业。

　　第一，淠史杭灌区是新中国成立后兴建的全国最大灌区，与内蒙古河套灌区、四川都江堰灌区并称为全国三个特大型灌区。

　　第三，淠史杭灌区的水源复杂程度位于全国第一方阵。淠史杭工程上引大别山区佛子岭、磨子潭、白莲崖、响洪甸、梅山及龙河口6座大型水库之水，下连1200多座中小型水库和21万座塘坝，形成了蓄、引、提相结合的“长藤结瓜”式灌排体系。

　　北方灌区，降雨少，灌区中一般有一个渠首（“一首制”），渠道中段的水基本都是由渠首而来。但是在淠史杭灌区，灌区内塘坝和中小型水库数量众多。别的灌区若渠首没水，渠道中间就会断流，但是淠史杭如果渠首没水了，它中间的还有塘坝和中小型水库可以调节。

　　张宝忠：没错。在淠史杭建设“数字孪生”灌区，不敢说是最难的，但也基本差不多了。

　　这也决定了在淠史杭建设“数字孪生”灌区的艰巨性和在全国灌区中的示范意义。

　　如果淠史杭的“数字孪生”都能搞得好，那全国别的灌区就没问题。因为，你把淠史杭经验“搬”到其他灌区实际上是在“做减法”。你在淠史杭可能要考虑50个因素，但其他灌区你只要考虑20个因素。

　　淠史杭“数字孪生”灌区实际上也是全国首例“数字孪生”灌区，相关经验、认知都很有价值。

　　历史上三大灌区，相较于河套灌区和都江堰灌区，淠史杭灌区的信息化建设相对较弱，但是在“数字孪生”领域，淠史杭灌区已经成功“超车”。

　　在全国来看，淠史杭灌区的数字孪生建设与水利业务的结合是最深的，它（灌区）已经开始在训练自己的（AI）模型了。

　　《元新闻》：公众可能普遍都认为，水利是一个非常传统的领域，而“数字孪生”是一个很新的概念。你怎么看待全国部分大中型灌区在“数字孪生”领域的先行先试？

　　张宝忠：中央最早提出“智慧水利建设”；紧接着提出“数字中国”；现在“数字孪生”实际上正是“数字化在水利领域的应用”，是“智慧水利建设”的重要组成部分。

　　中国要迈向现代化，数字化是必经之路。就像数码相机取代了传统的图像式相机一样，既是生产方式的转变，也体现时代的进步。

　　在水利上，中央大的布局是在流域层面实现“数字孪生”,往下是水网层面实现“数字孪生”，再往下就是水利工程的“数字孪生”。

　　对于水利部来说，灌区是较早提出要建设“数字孪生”的，它是最末端的毛细血管，也是数字（孪生）灌区的创建者、使用者和受益者。这也体现出灌区搞“数字孪生”的必要性。

　　张宝忠：我的观点，真正要让使用“数字孪生”的灌区人员觉得好用，这一点排第一位。

　　国内有些灌区建设“数字孪生”，过度追求展示画面好看。这让我很担心，如果实际功能让位展示功能，长此以往，不仅灌区自己没信心，行业也会认为其效果不佳，最终结果就是不可持续。

　　我想，第一要务还是能先用起来。就像手机刚开始普及时，刚开始并不是很好看，但大家用手机联系很方便。这跟建设“数字孪生”灌区是一个道理。

　　“数字孪生”灌区未来在精度上能够做到哪一步，这个很难预测，但是我希望它是一个最贴近灌区的实际应用。

　　「一直以来，我们也在不停引导全国各地的灌区管理部门，先用起来再说。如果全国各大灌区管理局灌溉调度部门上班的第一件事就是打开‘数字孪生’，这个事就成了。」