“智绘”黄河将水文“链接”到线上——黄委山东水文水资源局“智慧水文”建设回眸

发布时间 2024-01-26

黄河水文 2024-01-22 17:49 发表于河南

文 | 关景匀陈毓莹张明山丁丹丹

江河奔腾不息，万物蓬勃生长。

2023年，黄委水文局科学统筹谋划，锚定“保障职工安全、减轻劳动强度、提高测报效率、拓宽服务范围、建成数字孪生水文”现代化建设目标，推动水文现代化建设迈上新台阶。水文现代化建设路径持续优化，水文全要素、全量程、全时段在线监测水平持续提高，水文业务向着全流程自动化发展，测验模式向着“巡驻结合，以巡为主”转变，雨水情监测预报“三道防线”加快构建，数字孪生水文建设成绩斐然。

在黄河山东测区，众多新仪器新设备新技术轮番上阵，应用效果良好，得到水文职工的一致夸赞。都有哪些不同寻常？跟随记者一起去看看吧！

建模成像打造“镜像黄河”

黄河水文数字孪生示范平台

数字孪生，指充分利用各种数据模型，在虚拟空间中形成现实事物的“镜像”，从而能够对对应的事物进行仿真和模拟。水利数字孪生，能为各种水利决策提供**的数据支撑。

站房外，是真实的黄河奔流向海；屏幕上，是模拟的黄河预演推算。这就是黄河水文数字孪生示范平台，一个将黄河“复刻”出来的平台。

黄委水文局在山东泺口河段通过采集水陆空立体化数据，搭建了多时空**度多图层的数据底座，以MIKE二维数学模型计算和流体推演仿真技术为核心，实现了河段洪水演进过程的数值模拟和三维动态可视化渲染仿真，构建了数字孪生场景。该模型可接入实时水情数据、视频监控等，根据上游水情信息，利用数学模型进行下游洪水推演预报，结合底座高程数据对漫滩风险区域进行预警，并可预演各预警区域漫滩洪水的演进过程。针对各类重点水利工程提供不同的测洪、防汛、抢险预案，实现对物理河段要素和水利治理管理过程的数字化映射、智能化模拟。

这**台在实际运用中持续优化升级，开发了滩区淹***评估模型，自动生成洪水灾害影响仿真评估报告。数字孪生流域建设中涉及的多项技术成果已申请多项国家发明**并获受理，该科技项目于2023年通过黄委水文局验收，并获黄委水文局科学技术进步**，相关研究课题通过黄委科技成果评价，达到国际**水平。同时，该平台被中央电视台科教频道《时尚科技秀》专题报道，入选水利部数字孪生典型案例，并在中国水利学术大会智慧水利·数字孪生分会上展示交流。

目前，黄委水文局已建成河南花园口、山东泺口和甘肃兰州等重点河段数字化场景，以及内蒙古包头、陕西吴堡和潼关等河段精细化三维模型，不断完善黄河水文数字孪生示范平台，构建了覆盖河段内水利工程关键点可视化模型，实现洪水淹没过程动态三维仿真模拟、洪水推演预报、漫滩风险区域预警等功能；优化升级三花区间降雨径流预报模型，完成黄河水旱灾害防御、防凌会商预演系统等水文功能开发，为黄河保护治理提供综合信息服务。黄委水文局还积极拓展与其他流域机构、地方水利、水文部门的合作空间，将科技创新成果推广至淮河、沂河、青岛崂山水库等数字孪生流域建设中。

远程测控数据跃然屏上

无人测验平台搭载多仓采样器

为了实现“巡驻结合，以巡为主”，解放人力，黄委山东水文水资源局结合测区特性，全力推动远程测控仪器应用投产。

渡河的机器人——无人测验平台。该局自主研发的无人测验平台，仿佛一个四四方方的钢铁机器人，具备自动调平、管理模块化、操作可视化等功能。它可搭载走航式ADCP、流速仪、多仓遥控取样器等仪器设备，工作人员在室内即可完成远程控制，实现水上作业无人化、全过程自动化测流、取沙。目前已在山东孙口、艾山、泺口、利津4个水文站安装调试及运行，运行稳定，应用效果良好，减轻了职工劳动强度，保障了水文测验安全。

游走的精灵——走航式ADCP外接测深仪。在汛前调水调沙或防汛关键期含沙量较大时，走航式ADCP使用受限。为解决这一难题，黄委山东水文水资源局自2021年起开始在测区进行走航式ADCP外接测深仪测验模式探索。2023年汛前调水调沙期间，走航式ADCP外接测深仪比测试验**含沙量为37.9千克每立方米，取得突破性试验结果，为**技术推广应用奠定了坚实基础。2024年，黄委山东水文水资源局将利用较大含沙量时机继续开展比测试验，不断提高测验质量。

全天的助手——多要素在线监测。目前，黄河山东测区已实现以雷达水位计为主的水位自动监测，构建了“四要素”气象观测系统，自主研发了在线水温观测设备及“山东黄河水文全要素远程数据管理系统”。测区高村、孙口、艾山、泺口、利津等5个干流水文站及13处常年观测水位站实现多项水文要素自动采集、在线传输、异地存储、自动报汛功能，打造了全新的水文数据管理模式，实现了测区水文测报工作自动化、信息化、智能化变革。

生态监测共建人水和谐

水生态监测能力不断提升

2021年开始，黄委山东水文水资源局承担了黄河流域（片）重点水域水生态监测工作。前期由于缺乏**仪器设备，只能依靠人工利用显微镜观察、识别的方法进行浮游生物鉴定和计数，操作过程繁琐、监测周期长、工作效率低，而且检测结果受操作人员知识水平、经验判断等主观因素影响，准确性得不到有效保证。浮游生物的分类鉴定成为**水生态监测“卡脖子”的关键一环。

为提高水生态监测鉴定能力，2023年，黄委山东水文水资源局引进藻类自动分类鉴定与计数系统，采用斜框深度神经网络图像识别技术，对藻类图像进行图像形态学分析。该系统可通过自动扫描获取水样中浮游生物图像，根据细胞形态、结构、颜色等特征进行数字化处理，通过“视野重现”功能获得高质量浮游生物原图像，不仅有效降低了检测人员劳动强度，大大提高了分析效率，而且避免了人为因素带来的主观影响，提高了分析结果准确性，为水生态监测提供了技术支撑。

2023年9月，黄河山东段高村至利津河道出现大量黄绿色不明泡沫，预测为藻类污染，黄委山东水文水资源局立即启动应急监测预案，派工作人员采集水样进行监测，历时近7个小时，获取藻类数据2070个，检测出藻类7门50属，证明此次突发水污染事件存在藻类富集现象，为突发水污染事件的控制提供了宝贵的时机。

同时，为提高成果应用效果，黄委山东水文水资源局组织技术人员进行整理汇总，编制了《黄河河口三角洲常见浮游生物图谱（初稿）》，收录浮游植物8门39属、原生动物3目5属、轮虫2科2属、枝角类3目4科、桡足类3目，初步摸清了黄河三角洲湿地浮游生物群落组成，为后续水生态、水环境监测提供了坚实基础。

未来已来，唯变不变。

无人机搭载测深仪完成水下地形测量、无人机搭载激光雷达系统应用于黄河河口河道测验、RTX**测绘技术助力黄河三角洲附近海区固定测深断面测验……方方面面，也只是黄河水文现代化建设成果的一部分。以信息化、智能化方式“把脉”黄河，将水文“链接”到线上，这是黄河水文人追寻多年的梦想，如今正在新一代水文人的手中逐步变为现实。