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數(shù)字孿生技術為灌區(qū)輸配水裝上“智慧大腦”
時間:2025-01-13   發(fā)布:杭州邁煌科技   閱讀:350

       近年來我國持續(xù)推動農(nóng)業(yè)耕地灌溉事業(yè)快速發(fā)展,已建成大中型灌區(qū)7300多處,形成了相對完善的蓄水、引水、提水、輸水、排水工程網(wǎng)絡體系。10.75億畝的耕地灌溉面積占全國耕地面積的56%,生產(chǎn)了全國77%的糧食和90%以上的經(jīng)濟作物,為全國糧食總產(chǎn)量突破1.4萬億斤貢獻了重要力量,豐收背后,灌區(qū)建設等水利工程不可或缺。其中,數(shù)字孿生技術的運用起到了重要作用,數(shù)字孿生技術為灌區(qū)輸配水裝上“智慧大腦”,精準調配水資源,讓每一滴水都發(fā)揮價值。

       建設數(shù)字孿生灌區(qū)(也稱智慧灌區(qū)),即以物理灌區(qū)為單元、時空數(shù)據(jù)為底座、數(shù)學模型為核心、水利知識為驅動,對物理灌區(qū)全要素和水利治理管理全過程進行數(shù)字化映射、智能化模擬,實現(xiàn)與物理灌區(qū)同步仿真運行、虛實交互、迭代優(yōu)化。

數(shù)字孿生技術為灌區(qū)輸配水裝上“智慧大腦”.jpg

場景一:

      2025年開年以來,在山東位山灌區(qū),眼下已經(jīng)開始提前進行春灌蓄水工作。為確保500多萬畝農(nóng)作物開春后能及時“喝上”黃河水,灌區(qū)提早啟動了春灌蓄水工作。在灌區(qū)的智慧調度中心,工作人員操作數(shù)字孿生系統(tǒng),通過對灌區(qū)干渠系統(tǒng)輸配水過程進行場景化動態(tài)模擬預演,觀察渠道水位、水流時間、流量、溫度等各項數(shù)據(jù)的變化。將渠道的物理要素,像渠道水利用系數(shù)、糙率、邊坡系數(shù)等,全部都納入數(shù)字孿生平臺,進行方案的預演。

      作物是否需要水,需要多少水,可以通過需水預測模型進行科學計算,配合配水調度、水動力仿真等模型的使用,能夠模擬預演供水過程,生成zui優(yōu)配水調度方案。通過數(shù)字孿生灌區(qū)建設,位山灌區(qū)畝均可節(jié)水近30立方米,擴大灌溉面積10萬畝,在節(jié)水的同時,畝產(chǎn)比其他同類型灌區(qū)高出20%。

山東省位山灌區(qū)數(shù)字孿生平臺.jpg

場景二:

      淠史杭灌區(qū)位于安徽省中西部和河南省東南部,橫跨江淮兩大流域,由淠河、史河、杭埠河三個毗鄰灌區(qū)組成,設計灌溉面積1098萬畝,受益范圍涉及皖豫2省4市17個縣區(qū)。

      近年來,淠史杭總局按照“需求牽引、應用至上、數(shù)字賦能、提升能力”的要求,結合灌區(qū)管理實際,因地制宜開展數(shù)字灌區(qū)建設。通過前端感知體系的加強和“灌區(qū)專題模型+數(shù)據(jù)底板”與業(yè)務融合,有效支撐灌區(qū)水資源優(yōu)化配置、供水科學調度以及渠道防洪“四預”功能的實現(xiàn),灌區(qū)管理逐步實現(xiàn)了從傳統(tǒng)灌溉管理向現(xiàn)代化管理的轉變。

      實時接入雨情、水情、墑情、工情、視頻和氣象等各類監(jiān)測站點數(shù)據(jù)4099處,利用水情在線監(jiān)測和衛(wèi)星遙感影像解譯灌區(qū)水庫、塘壩、渠道蓄水,通過蓄水監(jiān)測模型構建完整的灌區(qū)水源監(jiān)測體系。利用遙感影像分片區(qū)定量分析灌區(qū)內1000多座小型水庫和20萬口塘堰來水量,全面掌握灌區(qū)水源供水條件。

      以灌區(qū)算據(jù)為支撐,利用灌區(qū)水資源配置模型,實現(xiàn)不同年型供需水平衡分析和優(yōu)化配置,在應對旱情上,配水方案編制時間由原來1-2周縮短為幾分鐘,可以根據(jù)降雨來水形勢變化及時作出動態(tài)優(yōu)化配水方案的目標;利用灌區(qū)渠道調度模型和水動力仿真模型,對水量調度進行場景化動態(tài)模擬,實現(xiàn)可視化“預演”,優(yōu)化復雜渠系下多控制目標的聯(lián)合調度,提高水閘調度的科學性和時效性。

場景三:

     在江蘇,2025新年伊始,新禹河灌區(qū)的現(xiàn)代化改造已完成建設。新建成的數(shù)字孿生灌區(qū)平臺不僅能夠精準“把脈”灌區(qū)內的每一道泵站設施,實現(xiàn)智能化巡檢與調度;同時還可以實時匯聚海量數(shù)據(jù),為農(nóng)戶定制科學灌溉方案。

     在農(nóng)田灌溉用水季,我們模擬作物生長發(fā)育特性,通過田間氣象、墑情、水位等數(shù)據(jù),依托數(shù)字孿生灌區(qū)平臺,制定科學的灌溉方案,用zui短的灌溉距離,zui少的灌溉用水,獲得zui大的農(nóng)業(yè)產(chǎn)出。

江蘇南京新禹河灌區(qū)依托數(shù)字孿生平臺場景.jpg

場景四:

     歐陽海灌區(qū)工程是湖南湘南地區(qū)重要水安全保障工程,是一座以灌溉為主,兼顧防洪、發(fā)電、生態(tài)保護等綜合利用的大二型水利樞紐工程,設計灌溉衡陽市的衡南縣、耒陽市、常寧市和珠暉區(qū)共計72.74萬畝農(nóng)田,有干渠四條,總長297.9公里,受益人口156萬人。

     歐陽海灌區(qū)管理局全面踐行水利高質量發(fā)展“六條實施路徑”,按照“2+N”水利智能業(yè)務應用布局開展工作,大力開展數(shù)字孿生基礎建設,已初步建成監(jiān)測感知體系、通信網(wǎng)絡體系、自動化控制體系、算力基礎環(huán)境等數(shù)字孿生基礎設施。

      過去,越是天氣惡劣,數(shù)據(jù)越難傳回,灌區(qū)實時信息掌握困難。暴雨期間,渠道工程水位、流量、險工險段及閘門運行狀態(tài)等信息至關重要,傳統(tǒng)網(wǎng)絡傳輸方式容易發(fā)生信號中斷問題,給渠道運行調度造成非常大的影響。如今,不管距離遠近、天晴下雨、白天黑夜,灌區(qū)數(shù)據(jù)以及視頻信號可實現(xiàn)可靠、高效、快捷傳輸,有效確保調度中心對全灌區(qū)各類信息的全盤掌控。感知體系可以實現(xiàn)骨干渠道運行監(jiān)測、視頻監(jiān)管、無人機巡查及閘門遠程控制。在實際應用中,通過算法設計,自動控制攝像機自上而下沿渠巡視,自動發(fā)現(xiàn)問題,自動上報預警。

湖南省歐陽海灌區(qū)工程數(shù)字孿生平臺.jpg

場景五:

     山西大禹渡灌區(qū)于2021年開工建設,主要建設內容為灌區(qū)泵站工程、輸配水工程、計量監(jiān)測工程及智慧水管理體系。通過項目的實施,樞紐水源泵站和灌區(qū)的5個再揚泵站完成提檔升級,項目全部建成后將改善灌溉面積29.12萬畝,恢復灌溉面積2.23萬畝,年新增節(jié)水能力838.8萬立方米,新增糧食產(chǎn)能2005.8萬公斤。

     憑借衛(wèi)星遙感、5G、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、云計算等技術深度融入智慧灌區(qū)建設,構建數(shù)據(jù)分析與共享的數(shù)字孿生灌區(qū)體系,水渠變“云”渠,灌區(qū)擁有了“智慧之心”。灌區(qū)“一張圖”清晰呈現(xiàn)在大屏幕上,灌區(qū)地形地貌、渠系、閘站等分布一目了然,各類引水、供水等數(shù)據(jù)圖表、線條動態(tài)呈現(xiàn)?!巴ㄟ^數(shù)字孿生技術,利用灌區(qū)水源泵站上的相關模型,能夠按需整合泵站機組群的運行臺數(shù)及運行臺時,優(yōu)化提高泵站機組群供水能力,滿足灌區(qū)群眾用水需求。同時能夠降低泵站機組能耗、減少黃河泥沙水對機組的磨損?!?/p>

     水利部農(nóng)村水利水電司灌溉節(jié)水處處長張翔表示:在數(shù)字孿生灌區(qū)、水網(wǎng)方面,浙江、山東等10個省級先導區(qū)數(shù)字孿生水網(wǎng)已經(jīng)建成投用,初步建成河套、淠史杭等49處數(shù)字孿生灌區(qū),全國建成709個縣域農(nóng)村供水數(shù)字化管理平臺。下一步,結合我國水網(wǎng)重大工程建設,在一些水土資源條件比較好的地方,再新建一批節(jié)水型、生態(tài)型灌區(qū)。另外加快實施一批灌區(qū)現(xiàn)代化改造,優(yōu)先把大中型灌區(qū)建成高標準農(nóng)田,為我們新增千億斤糧食產(chǎn)能作出更大的水利貢獻。

部分消息來源參考央視新聞客戶端

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