农村水利水电工作简报2023年第7期（总第7期）

　　按语：今年以来，水利部大力推进数字孪生灌区建设，建立数字孪生灌区专家库，组织专家对所有数字孪生灌区建设方案进行把关，以“一灌区一单”形式反馈；组织院士和知名专家对山东位山、河北石津、河南红旗渠、湖南欧阳海等灌区数字孪生建设方案进行咨询，打造典型样板；开展49处数字孪生灌区（含河南省红旗渠灌区）建设进展调度，加快推进建设进度；广泛征集并发布13个数字孪生灌区模型，强化科技支撑。试点灌区积极探索，积累了很多典型经验做法，取得了明显进展和成效。现将数字孪生灌区现场会典型发言材料进行摘编，供各地各灌区学习借鉴。

山东“慧”就灌区蓝图 谱写“智”水新篇

　　近年来，山东省水利系统紧紧围绕国家省级水网先导区建设，按照“需求牵引、应用至上、数字赋能、提升能力”的要求，全面加快数字孪生灌区建设，努力提高智慧化管理水平，为灌区高质量发展提供有力支撑。

　　一是坚持系统施策，筑牢数据底板。充分利用已建成灌区信息中心122处、通讯光缆969公里，统筹相关项目资金，实现干支渠重要水情、工情在线传输。推进省级水利数据中心平台和灌区运行管理系统建设，整合灌区墒情监测点1192处、水位流量监测点1058处、水质监测4385点次，融合黄河水情、用水统计、取水许可等系统数据以及整编灌区图表数据220万条。

　　二是坚持试点先行，打造智慧灌区。以滨州市三大引黄灌区为试点，整合1060处信息化设施，建设统一数据底板，探索全省数字资源整合模式。以位山灌区为试点，整编近20年长序列灌溉试验数据和连续40年水沙测验数据，强化涉水数据汇集、治理和共享，构建“知识库”。建设供需水预报、水资源配置、渠道水力仿真等模型，依托可视化模型对灌区供水调度推演模拟，逐步实现“四预”功能。

　　三是坚持多轮驱动，突出应用至上。打造“智能巡渠”场景，第一时间识别、处置涉水违法活动，构建自动量测水体系，省工50%以上、精度提高3%，变“人工巡查”为“网络测控”。与公检法系统连接融合，通过二维码收集群众意见，实现“码上监督马上办”。综合分析旱情遥感、墒情监测、气象预报等数据，科学测定需水量，制定供水计划，实时监测渠系流量和受益面积，供水调配由“拼脑力”转为“拼算力”，春灌周期缩短3—5天。

　　四是坚持“两手发力”，实现长效发展。齐河县豆腐窝灌区统筹数字孪生灌区和深化农业水价综合改革推进现代化灌区建设试点，新建水电双控设备140套，提升改造射频器300套，实现计量到户、在线管理。积极拓展融资渠道，引入国企、种植大户和民营企业投资9000万元，累计落实3.4亿元。实现改革试点区增产16.7%，省工83%，每亩年节水50方、水费降低5.4元，亩均增收182元。县财政对豆腐窝灌区每年减少开支32万元，实现多方共赢。

湖南数字孪生灌区建设进展顺利

　　湖南省大中型灌区650多处，总耕地灌溉面积达2773万亩。以澧阳平原、欧阳海两个大型灌区和长沙县为省级农业水价综合改革试点，创新灌区投融资方式，两手发力筹集资金，示范带动全省灌区良性运行。欧阳海灌区纳入水利部数字孪生流域建设先行先试试点，并获得中期评估“优秀”等次，全省形成了多点突破、多面提升的发展格局。

　　一是坚持标准引领。强化全省顶层设计，统一灌区信息互联互通和运行管护技术标准，规范数据库表结构，确保省市县三级信息共享。组织院士和知名专家，对韶山等8个大型灌区信息化建设内容进行把关，提升信息化建设质效。结合灌区续建配套与现代化改造、农业水价综合改革等项目，集中力量推进数字孪生灌区建设。

　　二是坚持夯基固本。聚焦灌区工程、灌溉面积、水源、种植结构、需水规律等关键数据底板，摸清灌区“家底”，夯实管理基础。全面完成全省659处大中型灌区内外边界及主要工程上图入库，完成12万处骨干山塘上图，准确掌握灌区范围内水土资源分布。理清全省7201座水库与灌区的对应关系，建立灌区、水库、测站逻辑关联关系。开展灌区服务粮食生产能力提升课题研究，精细掌握到县、到灌区的早、中、晚稻种植面积与需水规律。

　　三是坚持应用为王。开放系统数据互联接口，接入取用水监测站点1522处、视频监视80余处，协调有关企业连续三年每年统筹建设200处视频站点，完成704处渡槽、倒虹吸、隧洞上图，实现对50个在建灌区项目施工和险情在线监管。欧阳海灌区依据洪水预演结果，在保障工程防汛安全的同时，今年增发电量600万度。益阳志溪河灌区实现渠道水位预警—闸门响应一体化融合应用，及时化解了今年6月上旬暴雨给渠道泄水防洪带来的风险挑战。

数字赋能都江堰灌区 护航“天府粮仓”

　　都江堰灌区是全国三个超过千万亩的特大型灌区之一，覆盖成都、德阳等7市40个县（市、区），服务2800万人口。灌区先后被水利部列入数字孪生流域、数字孪生灌区先行先试，目前数字孪生流域渠首枢纽工程已全面完成。

　　一是实施“慧眼工程”，让“云监管”代替“人监管”。面向安全运行需求，整合灌区工程基础信息和地理空间信息，应用遥感监测、智能巡检、智能识别等手段，打造“慧眼工程”。完成灌区工程管理一张图，建成水利物联网平台，提供不少于5万台设备的接入能力。建成视频AI智能应用系统，实现物联感控功能渠首枢纽全覆盖。建成工情监测137处，视频监视798处，实现重点工程、险工险段、重点部位全方位动态安全监测，提升工情数据监测效率约40%。

　　二是打造“智慧大脑”，实现应需而动的智能管控。搭建以都江堰水利发展中心总部为中枢、灌区各管理处为“支撑骨架”、各管理站为“感知末梢”的灌区“智慧大脑”。建成灌区水利云计算数据中心，运算能力达到236万亿次/秒，可为全省大中型灌区和相关水利工程提供数据存储和计算服务。建成灌区指挥调度中心，涵盖水资源调度会商、数字孪生平台、景区智慧管理等功能，在灌区各管理处建设集通信、指挥、会商、调度于一体的“1+8”联动分中心，提升各管理处协同工作效率约30%。

　　三是构建“智慧水网”，形成精准模拟、智慧决策的水网体系。建成水资源调度信息化平台，完成计量设施建设1264处和293处闸门自动化改造，构建水资源数据综治系统、数据共享交换系统、数据可视化应用、数据服务等，汇集量测水点位数据，提炼发布6大类544个数据服务。以感知数据为基础，联动鱼嘴分水、四大干渠水流演进等模型为灌区水网提供决策支撑，融合自动控制体系提升调控效率，初步实现渠首枢纽及59个闸门联调联控。

河套灌区数字孪生建设有实招

　　河套灌区是全国三个超过千万亩的特大型灌区之一，是亚洲最大的一首制自流引水灌区，是国家重要的优质商品粮油生产基地和北方重要的生态战略要地。河套灌区水利发展中心统筹数字孪生灌区、深化农业水价综合改革推进现代化灌区建设、整灌区推进高标准农田建设三个试点，扎实开展数字灌区先行先试。

　　一是感知体系不断夯实。按照“整合已建、统筹在建、规范新建”原则，对基础感知体系进行补充完善。目前，灌区已建成1条总干渠、13条干渠、29条分干渠水位、闸位、渠道流量、视频监视等在线采集系统1700处。建设了覆盖灌区的无线移动行业专网。实现了工情和水情数据在线每5分钟获取1次。建成了实体沙盘，应用了来水预测、需水预测、动态配水等各种模型，提升工作效率约20%以上，为灌区引、供、泄、排、退水及生态补水等一体化调度提供了有力支撑。

　　二是“两手发力”初见成效。与中国水利水电科学研究院合作承担国家重点科研项目，争取感知设备建设投入和技术支持。专网基站建设获通信企业投入支持，极大降低运行通信成本。将水费收入现金流存入银行，支持基层用水组织水费线上结算系统开发。有效整合灌区现代化改造、高标准农田、地债、科研等项目资金，着力解决数字孪生建设资金不足问题，保障项目顺利实施。

　　三是运行保障全面提升。成立了领导小组、创新中心和信息化处，主导数字孪生灌区建设、运行和管理。主动开展相关技术研究，加强与科研院所深度合作，探索信息化前沿技术，积累多年实践经验，编制发布7项信息化地方标准。近年来，技术团队累计获得市级以上荣誉26项、个人荣誉96人次，为数字孪生灌区建设提供了人才保障。

　　四是信息服务精准到位。按照“数据向上集中，服务向下延伸”原则，建成河套灌区信息化综合查询系统，实现灌区2400名管理人员移动端实时查询水情、视频信息和拨打电话等服务功能，有力指导农业生产、灌溉服务等农事活动，提升了灌区灌溉保证率，提高了农业产能10%，为巴彦淖尔市经济社会发展提供了水利支撑。

淠史杭数字孪生灌区建设见成效

　　淠史杭灌区是新中国成立后兴建的全国最大灌区，横跨长江、淮河两个流域，受益范围涉及皖豫两省4市17个县区，设计灌溉面积1098万亩，具有防洪、灌溉、城乡供水、水力发电、水利旅游等综合功能。9月2日央视焦点访谈栏目专题报道了淠史杭数字孪生灌区建设成效。

　　一是提升了水资源配置效率。利用供需水预测模型和配置模型，实现不同年型供需水平衡分析和优化配置，改变了以往人工编制依赖经验、时间长、效率低的情况，年度和动态供水计划编制时间由原来1~2周缩短为几分钟，初步实现根据形势变化及时动态优化灌溉方案的目标。针对今年春灌前上游水库蓄水仅为同期50%、水源严重不足情况，运用水资源配置模型，灌溉期间根据降雨来水形势变化，两次对供水计划进行动态优化调整，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。

　　二是提高工程调度“四预”能力。利用供水调度模型，实现了淠河总干渠等5条骨干工程供水预案编制和调度过程预演，解决了过去主要依赖经验调度问题，提高调度方案科学性、调度过程的安全性和时效性。利用渠道防汛调度模型，初步实现5处重点防洪单元入渠洪水预报、超高水位预警、调度过程预演和防汛调度预案编制。今年利用该系统防范强降雨过程两次，模型计算结果与实际情况基本吻合，提高了雨洪资源利用率约20%，保障了工程安全、供水安全。

　　三是实现日常管理的数字化。实时接入雨量、水位、流量等各类监测站点3865处，全灌区各类信息的采集由原来的人工测报为主到自动测报为主，工程监测由原始方法向实时监控转变。建立了包含雨情、水情、墒情、工情和气象数据等灌区立体感知系统，以统计分析、预报等功能为主的供用水管理系统，以及以巡查养护等功能为主的工程管理系统等。建设肥西县潜南干渠示范区系统，灌溉面积60万亩，探索骨干工程和田间工程管理统筹，打通从渠首到田间供水全过程，建立以县区管理的各供水单元数字化供用水管理模式。初步实现了灌区日常灌溉供水管理数字化、工程运行可视化，提升了日常管理工作效率和安全运行保障能力。

石津灌区抓紧抓实数字孪生建设

　　河北省石津灌区以农业灌溉为主，兼南水北调输水和水力发电等功能，设计灌溉面积200万亩，城乡生活和工业供水目标包括25个县（市、区）36座水厂，受益人口2300万人。南水北调石津干渠线路全长253公里，其中利用明渠159公里，新修暗渠94公里，设计年引水量10.5亿立方米。

　　一是实现水库水与引江水的模拟运行调度。建设了石津总干渠与南水北调中线总干渠及滹沱河河道的交叉配水工程赵陵铺枢纽的L3级数据底板（倾斜摄影+BIM模型），初步实现了在三维可视场景下的水量调度和水位控制，实现了调度前推演优化、调度中反馈联动、调度后自动分析回溯的动态调度。通过优化调度，保障了全年365天安全稳定运行，源头到终端供水时间由5天缩短到2天，小麦灌水周期由30天缩减到25天。

　　二是实现水资源精细调配和高效利用。利用感知体系、控制体系、三维场景、专题模型等，初步搭建起了综合业务平台，通过平台进行需水分析、制定供水计划、开展水情调度、组织灌溉用水和水费收取结算，达到了保障稳定供水、高效用水、科学管水和合理收费的应用效果。通过精确配水和有效用水管理，避免了弃水损失，减少了渗漏损失，灌溉水利用系数提高0.5%，水费实收率达100%。

　　三是实现高精度全自动在线测流。通过对明渠测流技术和设备进行改进，解决了灌区复杂水流条件、大幅水位变化、不同渠道断面和不能停水安装维修情况下的测流量水问题，实现了高精度全自动测流。灌区69个测站实现了自动测流，500多个斗口计量点配套了自计流量水量计，减少人工测流人员80多人。

数字孪生为大禹渡灌区赋能助力

　　大禹渡灌区位于山西省运城市芮城县，是以农业灌溉为主的高扬程、高泥沙、高耗电的“三高”引黄灌区，灌溉面积54.62万亩。近年来，坚持需求牵引，把灌区节水增效、泵站节能降耗、保障安全运行作为数字孪生灌区的主攻方向和建设目标，打造了颇具特色的建设管理模式。

　　一是推行统一标准的电子计量。结合数字孪生灌区水情感知需求，改进磁浮子液位计运用于灌区量测水，结合钢板式巴歇尔量水槽，以各渠道水位—流量关系建立知识库，通过测量计费闸口巴槽的过水水位换算过水流量，全灌区用于水量计费的渠道244条，现已改造钢板式标准巴歇尔槽204处，改造完成率83.6%，改造后实现了计费闸口流量低成本、高效的24小时电子监测，实现了全灌区“同一水量、同一水尺”监测目标，监测数据实现调度中心、分调中心、移动端同步共享。

　　二是打造灌区综合业务应用平台。初步完成1处核心泵站部分立体感知和自动控制改造；完成总干渠9处节制闸及清污机远程自动控制、计费渠道30余处闸门计量控制、全灌区9处用水交接点监测的建设改造；升级扩展灌区光纤线路40公里；新建2处雨墒情监测和1处水质监测点。以灌区调水控沙主要业务需求为牵引，利用信息化手段重点打造灌区综合业务应用“六个一”平台，即“灌溉运营一片云”“工程管理一张图”“综合应用一平台”“数字资产一本账”“水情教育一场景”“党建引领一面旗”。

　　三是助力节水节能增效。针对灌区精细化业务管理需求，联合开展“提、输、配、灌”模型研发，初步实现“以田间需水—支斗农渠配水—干渠输水—泵站提水”的水量调配模型。构建的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，泵站节能降耗约10%；开发应用的干支渠输配优化节水模型，实现输配水过程预演、异常水位预警以及闸群调控，节水约10%；搭建的灌溉配水优化模型，可实现灌溉用水管理自动分配，预期生产管理减员约20%，增效5%。

三屯河灌区打造智慧化管理模式

　　新疆昌吉市三屯河灌区是以地表水为主、地下水为辅的大型灌区，采用“走下去”和“请上来”模式，实现灌区“六有”和“四能”。

　　一是上下融合，提升基层管理人员技能水平。统筹骨干和田间工程管理，坚持定期“走下去”，每月到8个直属站（所）和8个乡镇水管站（所）进行一对一水利专业知识和信息化技能培训。农闲期间“请上来”，不定期在灌区信息中心进行人机系统操作培训。系统建设期间边建设边培训，不同培训模式同步进行，在提升基层人员专业和信息化管理水平的同时，广泛听取诉求，建立“专班—管理站—基层人员”的全链条深度参与模式，有效提升了数字孪生灌区的实用性和基层管理人员运行维护和应急处置能力。

　　二是保障“六有”，为灌区管理数字赋能。建成水情实时感知设备97处；建成遥感智能感知模型，对灌区灌溉进度进行逐旬仿演；建成水费计收系统，4000多个用水户均可在线申报用水、水量结算和缴纳水费；完成764条渠道2150公里、255座建筑物上图，通过手机扫码可快速查询信息；建成灌区管理模块，各项业务实行标准化管理；建成APP智能巡检系统，4937条巡检记录已入库，43条异常记录已全部处理。实现灌区“量水有技术”“灌溉有进度”“水费有依据”“工程有台账”“管理有标准”“巡检有记录”，提升灌区日常工作效率约40%。

　　三是打造“四能”，提升灌区“四预”水平。以灌区“梯级水库防汛联调联控”“梯级闸协同调控”“水旱灾害防御”“工程巡检”四项核心业务需求为牵引，以来水预报、水库和渠道调度、以及水旱灾害防御模型为内核，结合复合翼巡检无人机和便携式无人机对工程进行巡检，实现灌区“来水能预报”“洪旱能预警”“调度能科学”“巡查能高效”，有效回答了管理人员所关心的“来了多少水”“水什么时候到”“闸开多大开多久”等实际问题，提升水资源利用效率约6%，提高工作效率约20%。

上塘河灌区念好数字孪生建设“三字决”

　　浙江省海宁市上塘河灌区设计灌溉面积15万亩，以“节水灌溉，增产保供”为目标，以“三算融合、数字孪生”为手段，完成数据底板采集，水利模型和可视化模型构建，形成“2网+3端+4中心+N应用”（水利信息网和水利感知网，移动端、PC端和大屏端，网络中心、模型中心、孪生中心和应用中心，区域防洪、水资源调配管理等N项业务应用）的数字孪生灌区体系，初步实现“可控、可视、动态”的智慧灌区建设目标。

　　一是瞄准“广”字，构建感知体系“一张网”。以长安翻水站、许村翻水站、盐官翻水站、新仓闸站为渠首，以上塘河、新塘河东段为骨干灌排渠，以许村排涝闸等6座水闸为排涝出口，灌区内有304座机埠闸站为二级提水，形成了“两渠四首六排”的骨干灌排工程体系。完成了水情、工情、墒情、雨情、视频监视、气象、水质等317个点位的建设，以电折水精准计量点位达到了灌区全覆盖，基本实现感知体系点位对灌区的“一张网式”覆盖。

　　二是突出“融”字，筑建远控体系“金字塔”。围绕灌区信息主中心，依托灌区西片区、东片区两个分控中心，通过16条专网，基于政务云和自建光纤实现数据传输，建设网络安全等级为二级的超融合数据机房，为数字孪生“三算”提供保障。建设灌区骨干工程5处泵站，9处水闸的自动化控制体系，立足灌区灌溉和防汛搭建的自动控制体系、支撑保障体系的“金字塔”已初具模型，形成了灌区4500万立方米的灌溉用水和12000万立方米排涝水的控运合力。

　　三是强化“用”字，搭建数字孪生“新平台”。灌区10处骨干工程不同角度不同粒度的三维孪生场景已完成开发应用，灌区水资源调度模型和实时灌溉预报决策的数字模型基本建立，完成了专门的数据底板建设。依托感知“一张网”和远控“金字塔”，提升灌溉和防汛调度模拟计算的能力，一张网基本实现“四预”功能的上塘河灌区数字孪生平台，已在灌区运行管理中发挥了重要决策作用。

作者：    责编： 瑶薇