数字孪生赋能 石津灌区“智”水有方

河北经济日报记者 吴新光 通讯员 叶坦

近日，记者来到位于河北衡水深州市骆家村附近的石津灌区徐湾分干渠三支渠节制闸，只见汩汩清水顺着智能闸门流入田间，闸门旁边还安装了一台闸门控制柜。

石津灌区王家井管理处处长李锋（左）在演示一体式智能闸门的功能。河北经济日报记者 吴新光 摄

“以前这里是一个老式的手摇启闭闸门，现在已经换成了一体式智能闸门，在闸门控制柜点击上升或下降按钮，就可以实现智能闸门升降，非常方便。”河北省水务中心石津灌区事务中心王家井管理处处长李锋介绍，由于有大量数据支撑，起到监控水情、联调联动的作用。以前需要5个人启闭闸门，现在一个人就可以操作了，不仅省人工，而且调闸更精准。

石津灌区数字孪生灌区是水利部首批数字孪生试点单位之一，先行先试示范区从黄壁庄水库渠首到总干渠-军齐干渠-徐湾分干渠。沿途进行了光纤覆盖，在关键枢纽、重要设施、重点渠段安装了视频监控，建立了雨情墒情气象测报和水位、闸位监控系统，配备了轨道式测流车、水量测船等测流量水设备。

“徐湾分干渠三支渠节制闸上安装的一体式智能闸门，就是石津灌区数字孪生灌区建立的一个水位闸位监控点。”石津灌区事务中心王家井管理处骆村灌溉站站长刘立勇介绍，骆村灌溉站还设有自动气象站、雨量计。自动气象站可测出温度、湿度、风力，今后，还可与现代农情设备结合，观测麦苗长势、墒情。

此时，远在石家庄的石津灌区调度中心，石津灌区事务中心供水处副处长苏磊眼睛正紧盯着大屏幕，这里是石津灌区供水调度可视化平台，将石津灌区映射到这个平台上。

石津灌区数字可视化平台。河北经济日报记者 吴新光 摄

“您看，这屏幕上蓝色水流就是石津灌区总干渠-军齐干渠-徐湾分干渠的实时动态，哪段水位高了、哪块田该浇水了，一目了然。”苏磊边操作边介绍。大屏幕上，蜿蜒的渠道、星罗棋布的闸门、滚动的水量数据，构成了一张“会呼吸”的灌区地图。

石津灌区是华北平原的“水命脉”，同时肩负农业灌溉和南水北调引江输水任务，灌区灌溉渠系包括总干、干、分干、支、斗五级渠道，设计灌溉面积200万亩，覆盖石家庄、衡水、沧州、邢台等4市，每年输供水13亿立方米，相当于搬来100个西湖。

可过去，这“水网”管起来不容易——典型的北方平原自流型灌区，渠道工程条件落后，配套不完善，灌溉周期长，配水得靠人工层层节制，赶上用水高峰，下游农户常抱怨“水到地头，麦苗都蔫了”。

2023年10月，河北省石津灌区数字孪生灌区先行先试建设专家咨询会在北京召开。中国工程院院士王浩带着专家团给石津灌区支招：“数字孪生不是摆花瓶，得治灌区的‘心病’！”这话说到了点子上。

2023年11月，石津灌区数字孪生灌区先行先试建设项目一期开工，2024年6月完成投入运行。灌区给数字“孪生兄弟”定了四大任务：规范测水、精准配水、智能控水、安全供水。

石津灌区杏园管理处大田庄灌溉站工作人员在操控轨道式测流车。河北经济日报记者 吴新光 摄

在石津灌区数字孪生业务平台上，记者看到，有灌区总览、水位列表、闸位列表、墒情站列表，用水计划和调度指令不断变化。应用板块有综合一张图、量测水管理、配水调度、工程巡检、工程管理、调度诊断、物联网平台等。

“我们利用立体感知体系、自动控制体系、支撑保障体系、数字孪生平台、水资源配置与水量分配模型、调度仿真模型等初步搭建起综合业务应用平台，进行需水分析、制定供水计划、开展水情调度，合理安排灌水周期，指导农户科学精准灌溉，做到从水库到田间稳定供水、精准调度、高效用水。”石津灌区事务中心信息处副处长李得龙介绍，数字孪生灌区使供用水管理从“人工经验决策”向“智慧精准决策”转变。在工程条件改善的前提下，通过精确配水、科学配水及优化调度管理，石津灌区灌溉水利用系数提高0.5%。

据了解，试点着眼于灌区农业灌溉和输水管理两大业务需求，全面建成立体感知体系，实现全覆盖的监测监控，为灌溉决策、水情调度、用水控制、安全运行等提供准确数据。

“过去，是通过传统看水位和电话沟通方式进行调水。现在通过数字孪生平台，可以清晰地看到干渠上每一个枢纽闸前水位，通过物联网平台传输回的数据、雨情墒情等信息采集，分析历史数据、模型数据和案例投喂，能让我们优化调水方案。”苏磊表示，提高了水资源利用效率，一方面是减少用水量，另一方面是缩短了灌溉周期，比如以前春灌得30天，现在通过优化调度、减少每个节点的时间，27天搞定。

除了科学调水，在合理用水方面，数字孪生灌区也是大显神通。在石津灌区赵陵铺节制闸，黄壁庄水库水与南水北调水两水交汇处，会出现“顶托”现象，达不到理论调度指令的供水量。

“根据这一段工况条件，建立了一个水动力学仿真模型，通过电脑测算，测算出‘推回去’多少水量，后续如何调节水量，有了一个判断依据。通过数字孪生灌区建设，达到库水江水的一个平衡，解决两水联合调度和叠加运行带来的问题。”李得龙介绍。

记者了解到，2024年8月，石津灌区数字孪生灌区先行先试建设项目二期开工建设，计划2025年9月完成。