农村水利水电工作简报2024年第3期（总第12期）

　　按语：水利部积极推进数字孪生灌区先行先试，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咨询并反馈意见；与相关省份水利厅一道，对山东位山、河北石津、黑龙江青龙山、河南红旗渠、湖南欧阳海等典型数字孪生灌区建设方案进行深度把关；开展49处数字孪生灌区建设进展调度，加快推进建设进度，确保建设质量；广泛征集并发布13个数字孪生灌区模型。经过一年多努力，各灌区积极探索，积累了不少典型经验做法，取得了明显成效；现将部分数字孪生灌区建设经验做法进行汇编，供各地各灌区学习借鉴。

赣抚平原数字孪生灌区建设成效初显

　　赣抚平原灌区是江西省最大灌区，地跨南昌、宜春、抚州三市七个县（市、区），设计灌溉面积119.36万亩，保障了沿线500万城乡居民生活、工业企业生产和河湖水系生态用水。先行先试工作以来，灌区锚定核心业务需求，边建边用，成效初显。

　　一是实现全要素感知，精细高效管理。建成水情感知设备177处、工情感知设备52处、视频监控设备222处、闸门自动控制18孔、工程安全监测点105个，实现干渠以上用水监测、重点水工建筑物安全监视、重要水利枢纽控制全覆盖，骨干 工程计量率达100%。探索“1个中心+5个基层站”的云端和边缘端协同模式，进一步提升“算力”保障。采用水情站点与水动力模型相结合的方法，实现全渠道水位、流量感知。完成灌区管理一张图，将700余条渠道及附属建筑物、574个监测点、灌区内外边界范围等数据上图，实现工程管理信息检索等全覆盖。建成工程监测数据与工程标准化管理功能，做到数据可视、源头可溯、过程可查，巡查维养效率提升约45%，问题上报和处置效率大幅度提升。

　　二是应用长系列数据，精确预判用水。灌溉试验站深耕46年，累计采集的长序列监测数据达3000万余条，基于长系列观测数据，建立灌区作物需水模型，结合“空天地”一体化立体感知体系、遥感解译分析作物种植结构、灌区地表蒸散发遥感估算模型等全要素综合分析计算，实现灌区12种作物生育期灌溉实时动态模拟，科学计算田间净灌溉用水量。充分考虑共建共享，利用长序列试验数据，制定了水稻、蔬菜等作物的节水灌溉制度，编制47种作物灌溉定额，出台了地方标准《江西省农业用水定额》。实现非农供水全部计量，算清水账，按照总量控制，定额管理，2023年非农取水总量较2022年全年减少近12.50%。

　　三是立足最优解方案，精准配水调度。结合来水、需水、水资源配置、输配水联合调度模型计算，以往配水计划编制工作耗时约5到7天，现依据实时感知数据，5分钟内便可算出未来3天灌区东西总干及干渠的配水方案，可提前7天预判并确定调度方案，初步实现精准范围、精准对象、精准时段、精准措施，有效减少退水与渗漏损失，农田灌溉水有效利用系数提高约5%，2023年较2022年农业节水约5729万立方米。截至5月10日，今年春灌引水总量较去年同期下降约28.4%，春灌供水保证率达100%。

青铜峡灌区添智增慧 谱写塞上江南新画卷

　　青铜峡灌区位于宁夏北部银川平原，承担着535万亩的农田灌溉，是宁夏主要粮食产区。启动数字孪生灌区先行先试工作以来，灌区坚持“两手发力”，强化数字赋能，推动传统灌区向“数字化、自动化、智能化”转变，全面提升灌区管理能力和服务水平。

　　一是坚持需求牵引，夯实基础要素底板。针对灌区工程短板，对部分骨干渠道、干渠直开口和水闸及蓄水池进行升级改造，夯实工程基础。针对各类数据资源散、小、缺、共享难等情况，逐步整合灌区农情、水情、工情等287个数据要素，打通信息孤岛，建成标准统一、资源共享的数据框架。针对计划用水不精准、供用水管理不精细、调度管理不科学等问题，搭建取水、配水、调水、用水全链条应用模型8个，逐步实现灌区“四预”功能。

　　二是强化应用至上，数字赋能灌区管理。通过需配水预报、全渠道控制算法等智能模型和闸门在线计量控制等自动化、现代化技术与设备在灌区的融合应用，从人工操作到自动控制、从经验决策到数据决策、从传统管理到数字化、智能化管理转变，逐步实现灌区管理智能化、用水计量精准化、灌溉方式高效化、农田灌溉自动化。截至目前，试点灌区灌溉面积达33万亩，灌溉进度较去年同期加快15%，灌水效率明显提升。

　　三是推进水“数”融合，提升管理服务能力。推进供水服务与信息化深度融合，横向打通与水资源调度系统的数据接口，实现用水量、灌溉进度等数据一键上报。纵向打通与地方、用水户间的信息交互，需水申报、用水预警、指标调整等线上管理，实现指令传达信息化、工程调控自动化，提升服务能力。在今年春灌中，各用水合作社已累计线上申报用水需求共538条，管理处已全部受理，并按照申报水量和用水时段制定用水计划，逐日配置供水流量。基层水管单位和灌区群众普遍反映，沟通环节减少了、自动化程度提高了、工作效能提升了。

　　四是坚持“两手发力”，畅通投融资渠道。在积极争取政府投资的同时，通过市场化手段引进宁夏水发集团，投资1106.93万元以特许经营模式在秦汉渠开展数字孪生灌区建设，企业通过参与灌区的运行维护和节水交易获取适当收益，解决了灌区管理主体“无钱干”、社会资本“无处投”的问题，打通了“两手发力”推进数字孪生灌区试点建设新通道。

数字孪生为疏勒河灌区注入“新活力”

　　疏勒河，甘肃省三大内陆河之一，干流全长670公里，被誉为敦煌文化的“母亲河”。近年来，甘肃省疏勒河流域水资源利用中心牢固树立在水资源利用上过紧日子的思想，聚焦理念更新、技术创新、模式革新，依托数字孪生建设做足治水管水文章，不断推进水资源节约集约高效利用。

　　一是坚持需求牵引、应用至上。充分考虑流域实际，编制了符合西北地区发展实际的《数字孪生灌区先行先试建设实施方案》。按照“整合已建、统筹在建、规范新建”的思路，通过打造数据底板、构建智能模型、优化知识平台等，建成流域智慧防洪、水资源管理调配、水利工程管控、数字灌区管理等水利业务应用系统，把疏勒河从“源头”到“地头”全部搬进计算机，对流域各项工作进行数字映射、智能模拟、前瞻预演，实现了流域数字化防洪防灾、水资源智慧管理调配和灌溉用水智能管控，全面提升疏勒河治水管水数字化、智能化水平。

　　二是坚持数字赋能、智慧管理。按照“全要素、特色化、实效性、易操作、可复制”的思路，将昌马南干渠灌溉管理所列为数字孪生灌区示范区，精准打造500亩核心区，辐射延伸1.8万亩示范区，最后覆盖整个南干渠片区10万亩推广区，分步实施、梯次推进数字孪生灌区建设。截至目前，已建成土壤墒情站等监测站点以及测控闸门、田间智能灌溉等系统。利用测控闸门系统，做到从上游到下游全渠道水量自动控制、按需配水、自动计量，实现了闸门控制自动化。在蓄水池中安装水位传感器，做到与闸门用水调水的联动，实现了灌溉过程可视化。利用微型气象站、土壤墒情站等数据，让作物适时适量灌溉，实现了田间用水精准化。

　　三是坚持协同推进、互联共享。积极同玉门、瓜州两市县政府部门联系沟通、通力协作，统筹推进灌区骨干工程和高标准农田建设，科学合理规划布局管网或渠管结合的配水系统，将水利骨干渠道与蓄水池、泵站、管网进行连通，探索形成了“水库+骨干渠道+数字孪生技术+高标准农田”的输配水格局，示范带动灌溉方式由渠道轮灌向蓄水精准滴灌的转变，有效解决了灌区用水高峰期“卡脖子”旱的问题，水资源调度更加科学、田间灌溉更加精准，做到输水配水灌水用水全过程节水的水资源节约集约高效利用之路。

以数字孪生为引擎 推动漳河灌区高质量发展

　　湖北省漳河灌区地跨荆门、荆州、宜昌三市，设计灌溉面积260.52万亩，是荆楚重要粮仓之一。漳河灌区建成了“1套数据、1个平台、N项应用、3端协同”的“1+1+N+3”数字孪生漳河体系架构，实现了防洪管理、水资源调度、大坝安全监测“四预”及工程标准化、智能化管理。

　　一是共建共享，完善算据基础。在共享水利部、湖北省水利厅L1、L2级数据底板及荆门智慧城市大脑800平方公里、精度5厘米倾斜摄影数据的基础上，以自采自建方式进行重点区域L3级底板建设；补充建设411处水雨情站、501处智能视频及广播预警、203处闸控站，428处坝体位移测点；共享889处水雨情监测数据及未来气象预测成果，累计汇集整合各类数据近7000万条；租用“楚天云”并自建“漳河云”，保障运行环境及网络安全，实现省市之间数据打通，信息网和工控网物理隔离。今年春灌中，对灌区水资源全面实时监测并利用遥感解译分析5544平方公里作物种植结构，为后续水资源优化配置和调度提供坚实算据保障。

　　二是模型驱动，促进节水高效。深度融合算据基础与来水预测、需水预报、多水源供需平衡、动态配水、水资源优化配置、调度评估模型等算法内核，构建漳河灌区算法核心。打通“来水和需水预测—水量分配—水量调度—统计分析”的业务路径，实现灌区430公里骨干渠道灌溉供水动态分配，各分水口灌溉面积、供用水情况实时掌握及常年供水段“全测、全视、全控”，系统解决供需水变化情势分析、多业用水灵活协调、水量精准调度等业务问题，促进灌区水资源的优化调节和高效利用。春灌期间，借助制定针对性强、适应性高的灌溉计划和水资源优化配置方案，从渠道进口到尾端输水时间由7天缩短为3天。

　　三是强化“四预”，确保运行安全。以“科学预报、系统预防、精准减灾、优化调度”为目标，优化重构不同业务闭环协同机制。全面汇集水利、气象、自然资源、应急管理等多部门数据，打造跨区域、跨部门、跨业务的多跨应用场景，面向防洪安全、灌溉管理、工程标准化管理，实现漳河灌区核心业务研判精细化、过程可视化和决策科学化。孪生系统试运行以来，成功迎战了2023年秋汛，四场洪水预报精度均达到甲级，模拟确定性系数为0.8以上，峰现时间误差在2小时以内，为漳河水库防洪调度提供了可靠支撑。在应对1961年以来最严重气象干旱及次年春夏连旱中发挥了重要作用，做到了应放尽放、能灌尽灌和安全供水，有力保障了灌区社会经济发展和260万亩良田的稳产丰产。

数字赋新能 欧阳海灌区灌溉更智慧

　　湖南省欧阳海灌区管理局作为水利部数字孪生流域和数字孪生灌区先行先试的双重试点单位，坚持从实际出发，围绕“灌溉节水高效、运行减员增效、管理科学精细”目标，按照“一个平台、两个维度、三大核心、四个方面”布局，扎实开展数字孪生先行先试工作。

　　一是建立防洪“四预”体系，实现水库精准调度。欧阳海水库属于季调节水库，防洪调度压力大、难度高。灌区管理局通过构建水库枢纽区及上下游河道数字化场景，深入研究适合欧阳海水库的洪水预报调度模型，并接入气象降雨数值预报，高精度模拟仿真预演洪水过程，分析对水库枢纽及上下游重点防洪城镇的影响，自动生成优化调度方案。预见期从原来的6小时，延长至3至7天，预报精度由80%提升至90%，单次预报操作时长从至少30分缩短至5分钟以内。

　　二是重塑灌溉业务工作流程，实现高效节水灌溉。试点建设基于灌区工程基础数据，对照遥感影像标注灌溉渠系建筑，梳理支渠分水口、直灌口和田块的灌溉逻辑关系，更新灌溉数据底板。通过来水预报模型进行短期和中长期来水预报，通过需水预测模型预测配水单元的灌溉需水量。依据来水和需水情况，考虑蒸发和降雨折减，科学制定灌溉供水计划，灌溉期动态生成未来3天的支渠分水口、直灌口闸门开度和流量调度方案，结合闸门自动控制系统，实现流量动态自动控制，做到精准科学灌溉。数字孪生欧阳海灌区系统重塑了灌区来水预测—需水分析—配水计划—供水调度的完整灌溉业务流程，每年可节约灌溉用水总量5%～10%，缩减供水管理人员工作量约10%。从根本上改变灌区依靠人工经验管理的模式，有效提升了灌溉效率和精细化管理程度。

　　三是智能巡查三道防线，助力灌区科学精细管理。通过灌区管理一张图和工程可视化模型，构建灌区工程管理的数字化场景，结合灌溉渠系概化图，利用无人机、智能AI识别等信息采集技术手段，实现欧阳海灌区工程运行管理多维度可视化应用构建，融合灌区已建的人工巡渠APP，构建灌区智能巡查“天、地、人”三道防线，实现灌区巡查、巡检等业务管理智能化。

数字孪生助力高邮灌区高质量发展

　　江苏省扬州市高邮灌区主要水源为京杭大运河，灌溉面积52.02万亩。按照突出重点、系统试点的建设原则，开展数字孪生灌区先行先试工作，通过提升“算力”、完善“算据”、优化“算法”，做到节水保供、精细管理，以科技创新推动升级换代和产业升级，推进灌区现代化建设。

　　一是全域覆盖，构建立体感知体系。建成调度中心站1处、中心站3处，闸门远程控制站42处，视频监控站68处，各类水量计量点153处，其中智能一体化闸门15处、明渠流量计24处、装配式明渠管道流量计13处、干渠建筑物量水设施7处、支渠建筑物量水设施84处、便携式明渠雷达流量计10台等（田间斗渠计量）。通过骨干渠系水情实时监测、关键闸门远程自动控制，实现灌区骨干测控全覆盖，结合供水模型的优化，提高灌溉效率，节约水量。

　　二是多方整合，夯实灌区数据基础。用无人机倾斜摄影建成南关干渠全线L2级数据底板，南关洞、龙奔闸、十里尖闸等骨干调度建筑物建成L3级数据底板，实现工程基于三维模型的数字化运维管理。利用无人机搭载多光谱仪开展“空天地”一体化作物需水感知试验等，汇集灌区基础数据、业务管理数据、地理空间数据，以及各类站点的监测数据信息，通过数据治理并形成数据服务，为高邮数字孪生灌区平台提供“算据”服务。

　　三是创新融合，优化专业智能模型。依据灌区业务应用，充分整合水利专业模型、可视化模型及其他智能模型，对灌区现有配水调度模型进行优化，构建具有高邮灌区特色的模型平台。已建成包含供水调度、可视化模型平台。同时，经过多年配水调度的经验积累，建设了含有灌区用水调度预案、业务规则等的知识平台，为模型完善提供数据支撑。在南关干渠灌域，能实现在不同边界条件下的调度方案仿真模拟，根据仿真模拟结果，通过遍布灌区的二维码，更加精准地预告开闸、关闸的时间，渠道供水的时长更加精确，更加科学，农民通过扫一扫二维码，实现了用水早知道，农事早安排，进一步挖掘了节水潜力，提高了“用水早知道”执行的精准性。

　　四是需求牵引，完善业务应用平台。在“高邮智慧灌区平台软件”基础上扩展数字孪生灌区业务应用，其中包括信息采集、量水测水、配水调度、水费管理等10个应用模块；同时基于灌区业务应用开展数字孪生平台建设，其中包含灌区配水调度场景化模拟预演、灌区数字孪生工程运行管理、灌区数字孪生展示等3个应用平台；此外，还建成了灌区电子沙盘系统。目前系统已基本研发完成，实现了高邮灌区渠首、渠道、水闸等1845条基本数据可查，71个站点实时数据可测，南关干渠与3座重要闸站典型场景可视，42处关键设施可控，灌区感知能力和科学决策水平提升了30%以上，为实现精准感知、精确分析、精细管理创造条件。

创新引领滨州引黄灌区发展新篇章

　　簸箕李、小开河、韩墩三大引黄灌区由山东省滨州市引黄灌溉服务中心统一管理，总设计灌溉面积324万亩，承担着滨州市黄河以北5个县区的工农业生产用水及221.9万城乡居民生活用水供水任务。秉承需求牵引、应用至上的原则，力求解决灌区在“引、供、调、蓄、管、节”等方面的痛点难点，勠力打造“管用、实用、好用”的系统。

　　一是整合资源，构建智能感知体系。整合灌区原有1053套信息化监测设施，新建215套流量监测、视频监控等监测设施，应用遥感技术对灌溉面积、灌溉进度等进行监测，全力打造立体感知体系，为灌区管理提供精准的数据支持和决策依据。建设了80套闸门自动化控制系统和82公里光纤通讯网络，完成调度中心建设，提高了远程控制能力和应急响应速度，节省管理用工40%以上。

　　二是创新驱动，量身打造数字孪生平台。完成数据底板建设；根据灌区实际，针对性开发应用了供需水预报及水资源配置模型、渠系配水模型、渠系水力仿真模型和供用水管理模型等4个专业模型，通过构建三大灌区统一的业务应用平台和便捷的手机应用端，实现了灌区管理的数字化、可视化，使数据采集、分析、决策与执行形成闭环，有力提高了管理效率，灌区用水申请和计划制定时间比用传统方法缩短60%以上。

　　三是数字赋能，开启灌区管理新篇章。本着循序渐进、边建边用的原则，积极应用建设成果，基本实现了水资源管理精细化、工程管理标准化和部门协同高效化。覆盖三大灌区干支渠的自动化量测设施，可精确监测配水节点水情。结合专业模型，可准确预测灌区需水量、短缺水量以及下一次需要供水的日期、时长和水量，供水及时性和精准性大大提高。加强计划管理，用水申请和计划编报过程实现了程序化、自动化，实现了高效管理。提升管控效率。现已安装的180处闸门自动化控制系统，可远控也可现场遥控，提升了管理效率和调控精度。同时，数字孪生平台建设与灌区标准化管理进行深度融合，同向推进和提升，大大提升了灌区管理水平，实现精准调水配水，年可节水6%。

作者：    责编： 瑶薇