第一個淠史杭是實體的。始建于1958年,直到1972年主體工程才基本完工,此后一直在完善之中。在百廢待興的困難時期,用十字鎬、獨輪車等簡單工具,依靠肩挑手抬,以最高日上工人數80萬人、累計4億工時,平均每畝不足40元的國家投資,建成的新中國成立后全國最大灌區。

第二個淠史杭則是數字的。始建于2020年,目前仍在進行之中。它以模擬仿真、AI、云計算等技術構建空間,通過對淠史杭灌區關鍵數據的精準描述和計算,反饋到物理空間進行診斷、預測、并形成決策,越來越深入地影響“第一個淠史杭”。

張寶忠是水利部直屬中國水利水電科學研究院水利研究所所長,他把第二個淠史杭工程稱為第一個淠史杭的“數字化孿生”。

他認為,在淠史杭當前階段,盡管“數字化灌區”的輔助決策功能還不明朗,但確實已經可以“實現大量繁瑣事情的簡單化”。

“這是一個巨大的進步?！?/p>

張寶忠同時指出:“淠史杭灌區水源復雜的特點也決定了建設‘數字孿生’灌區的艱巨性和在全國灌區中的示范意義。這種示范意義體現在,在這里建設‘數字孿生’灌區,難度系數是最高的。如果淠史杭都可以,其它灌區就沒什么不可以?！?/p>

淠史杭工程建設已經65周年了,一個綿延65周年的老牌水利工程為什么要搞“數字孿生”?數字化的背后是什么?它會給農業和城鎮用水安全帶來怎樣的變化?

元新聞記者赴京與中國水利水電科學研究院水利研究所所長張寶忠對談,以下是元新聞與張寶忠的對話：

淠史杭的成績單

《元新聞》:站在全國的角度看,淠史杭的“數字孿生”做得怎么樣?

張寶忠:淠史杭數字(孿生)灌區除建設了包括立體感知、自動控制、支撐保障的信息化基礎設施外,還搭建了包括供需水預測、水資源配置、供水調度、渠道防汛調度等專業模型,以及渠首樞紐等數字孿生工程,初步實現了灌區“四預”功能(預報、預警、預演和預案),在全國尚屬首例,處于國內領先水平。

其中,淠史杭灌區立體感知網基本建成,匯集監測站點3865處,基本覆蓋灌區水源工程、渠首及主要骨干渠道和建筑物,重點支撐了雨情系統、水情監測和供水計量系統、視頻監控系統和閘控系統等應用。

《元新聞》:試運行的情況怎么樣?“數字孿生”是不是已經在淠史杭發揮作用了?

張寶忠:當然,我舉個例子。

受2022年旱情及2023年春季降雨來水持續偏少的影響,2023年春灌前淠史杭灌區上游水庫蓄水僅為同期一半。灌區就運用了“水資源配置模型”,動態優化調整供水計劃,讓栽插水稻面積由初期的632萬畝恢復到常年水平的960萬畝,為灌區糧食豐產豐收提供有力保障。

淠史杭實現“數字化、智能化和智慧化”過程可以分為三大階段:

第一階段,灌區的數據能夠入庫、上圖。第二階段,將數據“數字化”,并采用相關的模型將數據運行起來,為管理者提供一定的決策支持。第三階段,智能化和智慧化,用AI來替代人的計算和決策。淠史杭目前大概處于第二個階段。

全新的挑戰

《元新聞》:一個水利工程或者灌區運行了幾十年了,可能已經很穩定了,為什么還要搞數字化?

張寶忠:這背后有一個大的邏輯就是,灌區功能定位已經發生了重大變化。

一方面,大中型灌區是保障國家糧食生產的主戰場,中國正在推動優先將大中型灌區建成高標準農田。在實踐中更關注水源到田間的銜接問題。另一方面,以前灌區供水一直以農業為主,現在變成了“城鎮供水、生態供水和安全飲水”并重。幾十年前,很難預料淠史杭旁邊的合肥會成長為千萬人口的城市,有預測說2035年合肥的城市人口將超過1300萬人。因此,這種變化伴隨城鎮化的進程加快是十分劇烈的,水資源供需矛盾日趨緊張。

與農業灌溉不同,城市供水面臨兩個更突出的問題:水的保證率要求很高,而且水質要求也很高。水質檢測也在“數字灌區”的范疇之內。

此外,灌區水資源時空分布不均也在加劇,社會對于水資源調控能力的要求進入了新階段,要求是“精細化調控”。

舉個例子,合肥一帶的農村,當地農民工作日在外地務工,只有周末回家;但如果他周末“要水”,到周一水才會來,但周一他又得去打工,這就會出現矛盾。

這實際上都給灌區帶來了全新的挑戰。

一直以來,灌區運行管理仍以傳統方式為主,自動化用水測量設施配套不夠,閘站智能化控制程度不高,網絡覆蓋程度不廣,灌區供需水、配置調度的測算仍以歷史經驗估算為主,難以實現水資源優化配置與科學調度。

所以,“數字孿生”迫在眉睫。它最核心的功效就是“四預”,也就是(水利)部里提出的“把不可知的變為知道一些”。本質上就是要將灌區管理調度由以人工、經驗為主上升到數字化、智能化的層面,應用一些精細化手段,去提高水效。

淠史杭的啟示

《元新聞》:淠史杭的“數字孿生”試點,對全國其它灌區有什么啟發?

張寶忠:全國有很多灌區,但各地都不一樣。

西北灌區的特點是缺水,有灌溉的地方一片綠油油,沒灌溉的地方就是戈壁荒漠。因此,西北灌區更強調灌區生產和節水本身,新疆地區的滴灌設施發展就很快;內蒙古河套灌區的體量與淠史杭相當,但它一直面臨著鹽堿地和烏蘭素海環境治理問題的雙重挑戰,因此河套灌區采用“一首制”引水工程。

但是在南方,情況又有所不同。比如浙江,當地政府將灌區視為全社會發展統籌的一部分,對水網進行精細化管理,提升水質和綜合生產能力。

安徽地處南北之間,淠史杭灌區的特點和南北灌區都不一樣。

第一,淠史杭灌區是新中國成立后興建的全國最大灌區,與內蒙古河套灌區、四川都江堰灌區并稱為全國三個特大型灌區。第二,淠史杭灌區橫跨長江、淮河兩個流域,它的旱澇特點非常突出。第三,淠史杭灌區的水源復雜程度位于全國第一方陣。淠史杭工程上引大別山區佛子嶺、磨子潭、白蓮崖、響洪甸、梅山及龍河口6座大型水庫之水,下連1200多座中小型水庫和21萬座塘壩,形成了蓄、引、提相結合的“長藤結瓜”式灌排體系。

成敗關鍵

《元新聞》:公眾可能普遍都認為,水利是一個非常傳統的領域,而“數字孿生”是一個很新的概念。你怎么看待全國部分大中型灌區在“數字孿生”領域的先行先試?

張寶忠:中央最早提出“智慧水利建設”;緊接著提出“數字中國”;現在“數字孿生”實際上正是“數字化在水利領域的應用”,是“智慧水利建設”的重要組成部分。

中國要邁向現代化,數字化是必經之路。就像數碼相機取代了傳統的圖像式相機一樣,既是生產方式的轉變,也體現時代的進步。

在水利上,中央大的布局是在流域層面實現“數字孿生”,往下是水網層面實現“數字孿生”,再往下就是水利工程的“數字孿生”。

《元新聞》:大型灌區搞“數字孿生”,您覺得成敗的關鍵是什么?

張寶忠:我的觀點,真正要讓使用“數字孿生”的灌區人員覺得好用,這一點排第一位。國內有些灌區建設“數字孿生”,過度追求展示畫面好看。如果實際功能讓位展示功能,最終結果就是不可持續。

現在功能不是問題了,好用是個問題,常用更是個問題?！皵底謱\生”灌區未來在精度上能夠做到哪一步,這個很難預測,但是我希望它是一個最貼近灌區的實際應用。

“一直以來,我們也在不停引導全國各地的灌區管理部門,先用起來再說。如果全國各大灌區管理局灌溉調度部門上班的第一件事就是打開‘數字孿生’,這個事就成了?！?/p>

（記者 常誠 梁?。?/p>