寧夏：科技賦能，“治水”變“智水”
光明網(wǎng)2023-05-25 09:56
在寧夏水文水資源監(jiān)測預警中心蘇峪口水文站，稱重式雨量站在提高降水監(jiān)測精確度的同時，可實現(xiàn)雪、冰雹及雨雪混合降水監(jiān)測。王迎霞攝
寧夏回族自治區(qū)，人均水資源量是我國平均水平的三分之一，做好水治理文章是永恒主題。然而，從“治水”到“智水”的進程中，諸多技術瓶頸令人棘手。何以破題？唯有科技。錨定建設黃河流域生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展先行區(qū)、探索建立全國第一個百萬畝級水聯(lián)網(wǎng)數(shù)字治水示范先行區(qū)，寧夏要為全國水治理現(xiàn)代化提供范式。
面對滔滔洪水，大禹變堵為疏，終成大業(yè)。千百年后，進入“互聯(lián)網(wǎng)+”時代，智慧水利不斷迭代升級，民生大計催生數(shù)字治水。
地處西北內(nèi)陸的寧夏回族自治區(qū)，人均水資源量是我國平均水平的三分之一，做好水治理文章是永恒主題。然而，從“治水”到“智水”的進程中，諸多技術瓶頸令人棘手。
何以破題？唯有科技。
2020年，寧夏科技廳設立自治區(qū)重點研發(fā)計劃重大項目《基于水聯(lián)網(wǎng)全數(shù)字治水關鍵技術研究與示范》（以下簡稱寧夏數(shù)字治水項目），會同寧夏水利廳、組織寧夏水利科學研究院，聯(lián)合清華大學等單位開展協(xié)同攻關。今年5月12日，項目高水平通過國家和自治區(qū)專家驗收。
錨定建設黃河流域生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展先行區(qū)、探索建立全國第一個百萬畝級水聯(lián)網(wǎng)數(shù)字治水示范先行區(qū)，寧夏要為全國水治理現(xiàn)代化提供范式。
閘門控制系統(tǒng)進入“自動駕駛階段”
當前，寧夏引黃灌區(qū)的水資源管理仍然相對粗放，總體上自動化程度較低，人力成本較高，且供水服務質(zhì)量不佳。
調(diào)度人員通過提高或降低渠道閘門開度，達到穩(wěn)定的目標流量。但由于相互影響，即使其他閘門沒有任何動作，過閘流量也會相應變化，這些變化是不可預期的。要使所有閘門都達到目標，就要不斷調(diào)整閘門的開度。
“過去全憑人的經(jīng)驗來摸索。每個灌季，每次灌溉調(diào)整，需要特別有經(jīng)驗的人花費兩天時間。”寧夏大學副校長、清華大學—寧夏銀川水聯(lián)網(wǎng)數(shù)字治水聯(lián)合研究院院長王忠靜說。
如今，隨著寧夏引黃灌區(qū)水聯(lián)網(wǎng)全渠系智能控制關鍵技術的應用，這項工作變得異常輕松。
5月12日8時57分，寧夏西干渠管理處。
工作人員打開渠道閘門測控系統(tǒng)，藍色屏幕上，清晰地顯示出第一管理所當前干引流量為3950立方米/秒，實供流量2620立方米/秒。另外4個管理所的數(shù)據(jù)也一目了然。一并顯示的，還有各所測流斷面的平均流速、損失流量、水位與流量的關系曲線。
這套系統(tǒng)把西干渠的所有感知數(shù)據(jù)全部接入，每一個指標口，從用水計劃指標的下達到配水計劃的制定，從用水斗口的配水到管理所水量的結算，全部實現(xiàn)了智能化管理。
“所有閘門同時放到一個系統(tǒng)里，根據(jù)閘門之間的動作和反饋回來的現(xiàn)時流量，每5分鐘自動調(diào)節(jié)一次，產(chǎn)生一批指令，15分鐘就能達成目標，整個系統(tǒng)一般45分鐘左右達成目標。”王忠靜強調(diào)，“精準灌溉就是這么實現(xiàn)的。”
工作人員指著中間一條縱坐標為“0”的曲線進一步解釋，“越接近這條曲線，代表指標口即時流量和目標流量的偏差越小。如果某個指標口的變化曲線與這條重合，代表偏差為零，完全達成目標。”
兩年來，該課題承擔單位清華大學通過不懈努力，實現(xiàn)了西干渠灌域100多公里渠道管理全程數(shù)字化。在王忠靜看來，“我們的控制系統(tǒng)已經(jīng)像汽車一樣，進入了自動駕駛階段。”
打造國內(nèi)首個百萬畝級智慧灌區(qū)
引黃灌區(qū)水聯(lián)網(wǎng)全渠系智能控制關鍵技術，是寧夏數(shù)字治水項目的縮影。水利人和科技人并肩作戰(zhàn)，當起了“現(xiàn)代大禹”。
2020年5月1日，由王忠靜教授負責、寧夏水利科學研究院擔綱，這一重大研究項目正式啟動。4個課題分別是寧夏引黃灌區(qū)水聯(lián)網(wǎng)全渠系智能控制關鍵技術，賀蘭山蘇峪口溝洪水精準預報與智能調(diào)度技術，河湖水質(zhì)自動監(jiān)測、智能診斷及智慧河長技術，西干渠灌域百萬畝級水聯(lián)網(wǎng)數(shù)字治水集成示范。
巍巍賀蘭山東麓，長約290公里，寬約33公里，涵蓋寧夏4個地級市共11個縣區(qū)和10個工業(yè)園區(qū)，涉及人口379萬人，占總人口的一半以上。該課題構建了衛(wèi)星、雷達、地表多源雨情監(jiān)測與耦合優(yōu)化布局體系，建立了氣候模式、氣象雷達聯(lián)合降水預測模型，建立了暴雨洪水預報與山前攔洪庫聯(lián)合調(diào)度技術，將洪水預報的預見期由0.5小時提高至2.5小時，可支撐山區(qū)取得防洪和非常規(guī)水資源利用雙贏。
塞上江南好，縱橫“七十二連湖”。讓銀川平原永葆清波蕩漾、鷗戲鷺翔，是每個人心中的愿景。
民之所向，我之所往。
課題組研發(fā)了監(jiān)測與仿真實時耦合的河湖水質(zhì)在線智能分析模型及其智慧河長云平臺，實現(xiàn)了河湖水質(zhì)全天候自動監(jiān)測、實時動態(tài)模擬及水環(huán)境突變預警預報。
三管齊下，國內(nèi)首個百萬畝級智慧灌區(qū)躍然而出。該項目第四課題組將前三項技術在西干渠灌域集成示范，效果顯著。
水聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)代化灌區(qū)技術應用，可節(jié)水6%、節(jié)勞50%、節(jié)能15%；洪水精準預報與智能調(diào)度技術應用，把洪水預報預見期提高2小時，精度提高到85%；河湖水質(zhì)智能診斷及智慧河長技術應用，可大幅減輕河長巡河工作強度，提前3天智能預測水華發(fā)生的可能性和程度。
在同類型灌區(qū)具有廣闊應用前景
寧夏數(shù)字治水項目驗收當天，專家組經(jīng)查看現(xiàn)場、聽取匯報、審閱資料、質(zhì)詢評議，一致認為項目開展水聯(lián)網(wǎng)數(shù)字治水關鍵技術研究與示范，對于促進水資源節(jié)約集約利用、水利高質(zhì)量發(fā)展、智慧水利建設具有重大意義。“今天實地走訪了三個試驗點，感覺各有特點，在科研應用方面也有共同之處，那就是實現(xiàn)了技術、管理和服務的融合。”水利部水文水資源監(jiān)測預報中心副主任成建國表示。
中國科學院地理科學與資源研究所研究員賈紹鳳也稱，項目在灌區(qū)渠系輸配水精量智能控制技術、干旱區(qū)多源信息耦合雨洪預報與智能調(diào)度技術、河湖水質(zhì)在線監(jiān)測及水質(zhì)水動力實時計算模擬技術等方面創(chuàng)新突出。
按照專家組驗收意見，寧夏數(shù)字治水項目取得的11項關鍵技術及其在寧夏的示范應用，將大幅提高寧夏水資源利用效率和管理水平，在水資源利用的精量、智能、低碳、節(jié)水和經(jīng)濟等方面支撐黃河流域水資源高效利用和水利事業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。
記者注意到，專家認為項目研究成果在西干渠、秦漢渠和銀川市水務局得到推廣應用，在我國同類型灌區(qū)具有廣闊應用前景。
“在高速公路上開車，什么時候最省油？答案是自動駕駛的時候。這次我們把傳統(tǒng)灌區(qū)的灌溉管理從‘手動駕駛模式’切換到‘自動駕駛模式’，為的就是準確配水，準確調(diào)度，達到灌溉節(jié)水的目標。”王忠靜表示。
他仔細算了一筆賬：灌區(qū)通過自動管理，節(jié)水能達到6%，如果寧夏40億立方米的黃河用水指標都能依靠這種手段進行管理，節(jié)約的2.4億立方米用水總指標按照現(xiàn)在國家水權長期交易價，價值應該是75億元左右。
“假如將來寧夏600多萬畝的黃河灌區(qū)都用上這一技術，必將推動黃河流域生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展到新的階段。”寧夏科技廳農(nóng)村科技處處長徐小濤如是憧憬。（科技日報記者 王迎霞 ；通訊員 康磊 劉婷）
來源：科技日報
