數(shù)字孿生讓春灌更“聰明”

本文轉(zhuǎn)自：人民網(wǎng)

人民網(wǎng)記者 歐陽易佳

水利是農(nóng)業(yè)的命脈，春灌是全年農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的“第一仗”。記者從水利部獲悉，截至4月17日，全國(guó)已有28個(gè)省份及新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)啟動(dòng)春灌，累計(jì)供水235億立方米，灌溉面積達(dá)2.3億畝。其中，3844處大中型灌區(qū)累計(jì)供水164億立方米，灌溉面積1.5億畝。

春潮涌動(dòng)處，科技助農(nóng)忙。如今，我國(guó)灌區(qū)建設(shè)持續(xù)提質(zhì)增效，“硬件”不斷完善、“軟件”愈發(fā)智能，數(shù)字孿生等前沿技術(shù)加速推廣應(yīng)用，科學(xué)灌溉理念與實(shí)踐深度融合，為春灌工作注入強(qiáng)勁科技動(dòng)能。引調(diào)水方案智能生成、閘門泵站遠(yuǎn)程操控，讓春灌用水實(shí)現(xiàn)“一鍵直達(dá)”，灌溉效率與精準(zhǔn)度大幅提升。

智能裝備“添翼” 春灌便捷高效

黃河之水天上來，潤(rùn)田沃野入畫來。在河南濮陽市，渠村灌區(qū)引黃河水一路北上，汩汩清流滋養(yǎng)著濮陽市、安陽市8縣（區(qū)）的145萬畝土地，為當(dāng)?shù)卮汗嘧⑷肷鷻C(jī)與活力。

閘門是灌區(qū)調(diào)水的“水龍頭”，更是春灌供水的“關(guān)鍵關(guān)卡”。“原來接到調(diào)度指令，必須第一時(shí)間趕到站房手動(dòng)啟閉閘門。現(xiàn)在灌區(qū)安裝了遠(yuǎn)程閘控系統(tǒng)，坐在控制室輕點(diǎn)鼠標(biāo)，就能精準(zhǔn)控制閘門開關(guān)，效率大幅提升。”濮陽市水資源中心慶祖管理段工作人員劉明聰介紹。同步建成的視頻監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了渠道情況“一屏覽全局”，一旦出現(xiàn)水位異常、渠道隱患等情況，工作人員可第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)、快速處置，為春灌安全保駕護(hù)航。

渠村灌區(qū)遠(yuǎn)程閘控系統(tǒng)操作界面。受訪者供圖

從“人工操控”到“智能管控”，渠村灌區(qū)的轉(zhuǎn)變，源于智能系統(tǒng)的落地應(yīng)用。建設(shè)水情監(jiān)測(cè)設(shè)施、自動(dòng)控制系統(tǒng)、配水調(diào)度管理系統(tǒng)、閘站綜合管理系統(tǒng)和視頻綜合管理系統(tǒng)，賦予渠村灌區(qū)智能“大腦”，讓春灌調(diào)度更精準(zhǔn)、操作更便捷、運(yùn)行更高效。

渠系是灌區(qū)的“血管”，精準(zhǔn)“把脈”、及時(shí)掌握各站點(diǎn)流量、流速等核心參數(shù)，是科學(xué)調(diào)水配水的前提。

在山東聊城市位山灌區(qū)三干渠周店進(jìn)水閘下游350米處，一座測(cè)流橋橫跨干渠，一臺(tái)軌道式自動(dòng)測(cè)流車正在運(yùn)行。它可以按預(yù)設(shè)程序自動(dòng)行駛至指定位置，自動(dòng)采集、處理現(xiàn)場(chǎng)原始數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)渠道斷面流量的全自動(dòng)測(cè)量，并將數(shù)據(jù)發(fā)送至位山灌區(qū)數(shù)字孿生平臺(tái)。平臺(tái)快速分析回傳數(shù)據(jù)，片刻之間，測(cè)量時(shí)間、測(cè)量方式、水位、斷面流量、平均流速、平均水深、含沙量等數(shù)據(jù)便清晰呈現(xiàn)在控制室屏幕上，實(shí)現(xiàn)了測(cè)流工作的自動(dòng)化、精準(zhǔn)化。

位山灌區(qū)周店三干站全自動(dòng)軌道測(cè)流系統(tǒng)。聊城市位山灌區(qū)管理服務(wù)中心供圖

“目前，灌區(qū)已在35個(gè)關(guān)鍵斷面配備了全自動(dòng)測(cè)流系統(tǒng)，相較傳統(tǒng)測(cè)量方式，節(jié)省時(shí)間50%以上，測(cè)流精度提高3%。”聊城市位山灌區(qū)管理服務(wù)中心副主任楊玉廣介紹。

灌溉試驗(yàn)“破題” 春灌科學(xué)精準(zhǔn)

春和景明，沃野鋪翠，春風(fēng)拂過位山灌區(qū)灌溉試驗(yàn)站，掀起一層層綠色波浪。作為水利部灌溉試驗(yàn)重點(diǎn)站，這里自建站以來，累計(jì)采集監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)2000萬條以上，聚焦冬小麥等主要農(nóng)作物，開展灌溉制度、需水量等核心研究，為科學(xué)春灌提供堅(jiān)實(shí)技術(shù)支撐。

位山灌區(qū)灌溉試驗(yàn)站冬小麥大田試驗(yàn)區(qū)。受訪者供圖

農(nóng)作物什么時(shí)候需要澆水？澆多少水才能既滿足生長(zhǎng)需求，又避免水資源浪費(fèi)？這是作物需水量試驗(yàn)區(qū)的核心研究課題。試驗(yàn)區(qū)內(nèi)，24個(gè)測(cè)坑整齊排列，模擬灌區(qū)內(nèi)主要土壤結(jié)構(gòu)、作物類型，設(shè)置多種灌溉方案，觀測(cè)作物生長(zhǎng)狀況。地下觀測(cè)廊道內(nèi)，各類傳感器有序布設(shè)，不同深度的土壤水分、溫度、電導(dǎo)率等墑情數(shù)據(jù)，以及作物長(zhǎng)勢(shì)情況，均實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)傳輸，為研究作物需水規(guī)律、優(yōu)化灌溉方案提供了“第一手資料”。

位山灌區(qū)灌溉試驗(yàn)站地下觀測(cè)廊道。聊城市位山灌區(qū)管理服務(wù)中心供圖

“所有數(shù)據(jù)都會(huì)實(shí)時(shí)回傳至試驗(yàn)站灌溉管理平臺(tái)，匯入數(shù)據(jù)庫。”聊城市位山灌區(qū)灌溉試驗(yàn)站副站長(zhǎng)衣厚振介紹，“我們依托灌區(qū)歷史數(shù)據(jù)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)，開發(fā)了作物需水預(yù)測(cè)模型，可測(cè)算作物未來30天最優(yōu)灌溉量、最佳灌溉時(shí)間，生成冬小麥需水預(yù)測(cè)報(bào)告，為春灌提供科學(xué)指引。”

科技的價(jià)值，在于落地生根、惠及農(nóng)戶。為了讓試驗(yàn)成果從“試驗(yàn)田”走向群眾的“大田”，位山灌區(qū)打出“線上+線下”組合拳：線上，通過微信公眾平臺(tái)持續(xù)發(fā)布“冬小麥灌溉需水和長(zhǎng)勢(shì)預(yù)測(cè)”，將需水預(yù)測(cè)報(bào)告以文字配圖表的形式向社會(huì)推送，讓農(nóng)戶看得懂、用得上；線下，組建15支基層灌溉服務(wù)隊(duì)，春灌期間，隊(duì)員們深入田間地頭，手把手指導(dǎo)農(nóng)戶按照科學(xué)方案開展灌溉，破解農(nóng)戶“憑經(jīng)驗(yàn)澆水、盲目澆水”的難題。

去年，家住聊城高新區(qū)許營(yíng)鎮(zhèn)三亢村村民亢士紅，在自家10畝地里做了一場(chǎng)“科學(xué)灌溉”與“經(jīng)驗(yàn)灌溉”的比拼。他將土地一分為二，一塊按照自己多年的種地經(jīng)驗(yàn)澆水，“水到地頭還不停”；另一塊嚴(yán)格按照試驗(yàn)站的灌溉方案執(zhí)行，“不到地頭水就停”。“最后核算下來，用試驗(yàn)站方案澆水的那片地，每次每畝能省水20多立方米，每畝還多收了100多斤麥子。又省水又增產(chǎn)，這科學(xué)澆地是真有門道！”亢士紅的話語里滿是信服。

數(shù)字孿生“賦能” 春灌更具智慧

“十四五”以來，我國(guó)加快推進(jìn)數(shù)字孿生灌區(qū)建設(shè)，49處數(shù)字孿生灌區(qū)先行先試取得階段性成效，有力支撐了灌域內(nèi)主要作物的需水量、土壤水分、最優(yōu)灌溉日期及灌溉量的分析預(yù)測(cè)，推動(dòng)水資源從源頭到地頭的精細(xì)化管理，讓春灌變得更“聰明”。

田塊“渴不渴”，看“圖”就知道。走進(jìn)河南省人民勝利渠保障中心的調(diào)度中心，數(shù)字孿生灌區(qū)平臺(tái)上的土壤墑情預(yù)測(cè)圖格外醒目，土壤偏濕、墑情適宜、輕度干旱、中度干旱、重度干旱分別用不同顏色標(biāo)注，灌區(qū)田塊“渴不渴”一目了然。

“我們整合衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)反演、自建墑情站監(jiān)測(cè)及天氣預(yù)報(bào)信息，通過數(shù)字孿生系統(tǒng)墑情預(yù)測(cè)模型，可對(duì)未來一周土壤墑情分布狀況、演變過程進(jìn)行預(yù)測(cè)分析，讓供水調(diào)度實(shí)現(xiàn)了從被動(dòng)響應(yīng)到主動(dòng)供給的轉(zhuǎn)變。”河南省人民勝利渠保障中心信息科科長(zhǎng)孫瑩介紹。

從“群眾要水”到“主動(dòng)調(diào)水”，背后離不開數(shù)字孿生平臺(tái)的“智慧大腦”。“我們依據(jù)需水預(yù)測(cè)模型成果和灌區(qū)算據(jù)，利用配水調(diào)度模型制定各灌片最優(yōu)調(diào)度方案，生成配水預(yù)案。”聊城市位山灌區(qū)管理服務(wù)中心供水管理科科長(zhǎng)張俊表示，“同時(shí)，我們還能依托灌區(qū)工程的空間數(shù)據(jù)，通過水動(dòng)力仿真模型，對(duì)灌區(qū)三干渠輸配水過程進(jìn)行場(chǎng)景化動(dòng)態(tài)模擬，實(shí)現(xiàn)配水預(yù)案的可視化‘預(yù)演’。”

科技賦能，成效顯著。通過需水預(yù)測(cè)、科學(xué)配水、優(yōu)化調(diào)度，位山灌區(qū)配水效率提高了11%，恢復(fù)灌溉面積10萬畝，位于灌區(qū)下游的多個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，時(shí)隔十余年再次用上了黃河水，為當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)注入新的活力。

配水有預(yù)案、調(diào)度有預(yù)演，更要輸水有預(yù)警。河南范縣于莊數(shù)字孿生灌區(qū)平臺(tái)專門設(shè)置了“風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警”模塊。“我們?cè)O(shè)定了嚴(yán)格的用水總量閾值與土壤濕度預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)，監(jiān)控各類信息化設(shè)備的在線狀態(tài)及視頻監(jiān)控區(qū)域的邊界安全，確保用水總量得到有效管控、農(nóng)作物得到及時(shí)灌溉，同時(shí)保障供用水安全穩(wěn)定運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了全方位風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警。”河南范縣水利局農(nóng)村水利股負(fù)責(zé)人牛雪峰介紹。

春灌正當(dāng)時(shí)，水利科技創(chuàng)新正以多元形式融入春灌每個(gè)環(huán)節(jié)，為保障糧食安全注入強(qiáng)勁動(dòng)能。