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小浪底水利樞紐是黃河干流三門峽水利樞紐以下唯一能夠取得較大庫容的控制性工程。今年9月12日是小浪底水利樞紐主體工程開工30周年的日子。工程投入運行以來，調(diào)水調(diào)沙效率提高、功能拓展，建成數(shù)字孿生平臺、提升運行管理科學(xué)性，取得顯著綜合效益，為推動黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展提供了有力支撐。

攬山抱水，攔河大壩巍峨聳立；防洪減淤，萬里黃河大浪淘沙。在黃河中游最后一段峽谷出口處，小浪底水利樞紐矗立于此。

大壩起，調(diào)泥沙、護(hù)安瀾、保供水。1994年9月12日，小浪底水利樞紐主體工程開工，1997年實現(xiàn)大河截流，1999年下閘蓄水，2001年主體工程完工。這是黃河干流三門峽水利樞紐以下唯一能夠取得較大庫容的控制性工程，總庫容126.5億立方米，其中淤沙庫容75.5億立方米。工程投入運行以來，有效發(fā)揮防洪、防凌、減淤、供水、灌溉等功能，經(jīng)濟(jì)、社會和生態(tài)效益顯著，為推動黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展提供有力支撐。

調(diào)水調(diào)沙不斷升級，截至2023年汛前，下游主河槽高度平均下降3.1米

黃河水奔涌而來，泥沙來回翻騰，激流卷起千層浪。8月9日，小浪底水利樞紐開啟3條排沙洞，再次啟動汛期調(diào)水調(diào)沙。

電腦屏幕上，泄流孔洞實時含沙量、水庫水位、出入庫流量等數(shù)據(jù)實時變動，水利部小浪底水利樞紐管理中心水量調(diào)度處處長李鵬介紹：“通過大流量下泄沖刷黃河，把水庫里和河道中的泥沙沖入大海，減輕下游河道淤積。”

九曲黃河“斗水七沙”。破解水沙關(guān)系不等式，小浪底水利樞紐是關(guān)鍵一環(huán)。“小浪底水利樞紐控制黃河流域面積的92.3%，控制91.2％的黃河徑流量和近100％的黃河輸沙量。工程通過在合適時機下泄河水，制造大流量過程，加大水流對河道沖刷力度。”李鵬說，“可以說，小浪底水利樞紐讓黃河調(diào)水調(diào)沙成為可能。”

從2002年首次啟動，截至2023年汛前，小浪底水利樞紐參與27次調(diào)水調(diào)沙，下游主河槽高度平均下降3.1米，黃河下游河道主河槽最大過洪能力從每秒不足1800立方米增大到每秒近5000立方米，有力保障了黃河下游防洪安全。

從單兵作戰(zhàn)到梯級調(diào)度，調(diào)水調(diào)沙效率更高。“黃河干流上的萬家寨、三門峽、小浪底，支流上的陸渾、故縣、河口村逐步加入，上下游水庫協(xié)同配合，接力蓄泄水，進(jìn)一步提高了水流動力。”黃河水利水電開發(fā)集團(tuán)有限公司副總經(jīng)理王振凡介紹。

從排沙減淤到改善生態(tài)，調(diào)水調(diào)沙功能不斷拓展。2008年以來，山東黃河三角洲國家級自然保護(hù)區(qū)連續(xù)16年在黃河調(diào)水調(diào)沙期間接受生態(tài)補水。“過去，黃河三角洲受到河道萎縮、濕地退化、海岸線蝕退等威脅，黃河調(diào)水調(diào)沙送來了生態(tài)水，修復(fù)濕地188平方公里。現(xiàn)在保護(hù)區(qū)自然植被覆蓋率達(dá)55.1%。”水利部黃河水利委員會有關(guān)負(fù)責(zé)人介紹。

建設(shè)數(shù)字孿生小浪底平臺，“智慧大腦”可滾動推演未來3天運行情況

走進(jìn)數(shù)字孿生小浪底集控中心，水庫水位、蓄水量、日均流量、含沙量等數(shù)據(jù)實時顯示，閘門、發(fā)電、供水供電等設(shè)施設(shè)備運行狀態(tài)一目了然。水工建筑物內(nèi)部及表面布設(shè)的2700多支儀器實時監(jiān)測，每天產(chǎn)生6000多條監(jiān)測數(shù)據(jù)。工作人員可應(yīng)用數(shù)字孿生小浪底平臺建設(shè)的預(yù)報、預(yù)警、預(yù)演、預(yù)案功能進(jìn)行分析研判和調(diào)度決策，實現(xiàn)安全監(jiān)測、水庫調(diào)度、閘門監(jiān)控、發(fā)電運行、供水供電、數(shù)據(jù)測報等業(yè)務(wù)的多目標(biāo)綜合管控。

“數(shù)字孿生小浪底平臺上可查詢所有生產(chǎn)管理的相關(guān)數(shù)據(jù)，專業(yè)模型算法可開展可視化推演，直觀動態(tài)展示大壩沉降、庫區(qū)泥沙淤積等情況。”黃河水利水電開發(fā)集團(tuán)有限公司集控中心主任馬新紅說。他隨即打開一張進(jìn)水塔前水底地形熱力圖介紹：“數(shù)據(jù)自動生成熱力圖，進(jìn)水塔前泥沙淤積情況清晰呈現(xiàn)。”

作為小浪底水利樞紐的“智慧大腦”，數(shù)字孿生小浪底平臺如何建？

算據(jù)是基礎(chǔ)。小浪底水利樞紐通過共享流域數(shù)據(jù)和提升監(jiān)測感知能力，充分獲取算據(jù)資源，目前已對255個關(guān)鍵部位測點建立了監(jiān)控指標(biāo)體系。充分應(yīng)用衛(wèi)星遙感、庫區(qū)無人機航測、機器人水下檢測和自動巡檢、庫區(qū)測雨雷達(dá)等新型裝備和技術(shù)，基本實現(xiàn)3條排沙洞和過機含沙量穩(wěn)定在線監(jiān)測。

算法是重點。虛實如何交互？“要想以數(shù)字孿生帶動物理實體，必須融合專業(yè)模型算法與人工智能技術(shù)。”黃河水利水電開發(fā)集團(tuán)有限公司智慧建設(shè)與管理部副部長董澤亮說，“目前我們已研發(fā)出基于河道演進(jìn)的來水預(yù)報模型、融合溯源沖刷和異重流計算的水庫沖淤模型等專業(yè)模型。同時初步研發(fā)了遙感影像AI識別模型、廠房積水和水尺讀取等視頻AI識別模型。”

算力是關(guān)鍵。作為數(shù)字孿生小浪底平臺的硬件底座，小浪底數(shù)據(jù)中心建成。通過“云化”算力資源，靈活、多元、高效的算力新引擎正不斷構(gòu)筑。

數(shù)字孿生技術(shù)在多個場景應(yīng)用。“基于數(shù)字孿生平臺支撐多項業(yè)務(wù)應(yīng)用，實現(xiàn)預(yù)報、預(yù)警、預(yù)演、預(yù)案功能，是數(shù)字孿生小浪底平臺建設(shè)的主要目標(biāo)。”王振凡說，“在樞紐防洪調(diào)度、調(diào)水調(diào)沙等水庫高水位或水位快速下降期間，可利用數(shù)字孿生平臺滾動推演未來3天運行情況，有效提升工程運行管理決策的科學(xué)性。”

2022年至2024年，數(shù)字孿生小浪底平臺連續(xù)3年應(yīng)用于小浪底工程防汛演練。汛期利用防汛調(diào)度有關(guān)模型和“四預(yù)”功能，平臺每天滾動開展來水來沙、洪水調(diào)度分析計算，輔助提前發(fā)現(xiàn)問題并開展防汛會商研判，增強安全度汛保障。

綜合效益持續(xù)釋放，保障黃河實現(xiàn)連續(xù)25年不斷流

“華山號”測量船從碼頭出發(fā)，船工鄭吉平雙手把舵，一路向黃河上游駛?cè)ァｑ{駛室外，水利部小浪底水利樞紐管理中心水政監(jiān)察專員顏景亮正密切地關(guān)注岸線和水面情況。“我們堅持每月開展庫區(qū)水面和岸線水行政執(zhí)法巡查，從今年1月至目前，利用衛(wèi)星遙感、無人機和現(xiàn)場巡查相結(jié)合的方式，圖上核查變化圖斑419個，現(xiàn)場核查變化圖斑32個，組織開展岸線巡查21次，及時掌握庫區(qū)水事動態(tài)、制止水事違法行為。”顏景亮說。

“嚴(yán)格落實河湖長制，加強水庫管理，有力維護(hù)了庫區(qū)正常水事秩序。”顏景亮打開手機，向記者展示了一個包含400多人、名為“小浪底美麗庫區(qū)”的微信群。“這個群的成員包括庫區(qū)周邊市縣河長辦、成員單位工作人員和鄉(xiāng)鎮(zhèn)、村級河長等，去年我們會同河南省公安廳小浪底公安局和庫區(qū)周圍河長辦、生態(tài)環(huán)境、漁業(yè)等部門開展聯(lián)合執(zhí)法行動19次，有效保障了水庫運行安全。”顏景亮說。

小浪底水利樞紐在生態(tài)保護(hù)、供水灌溉、發(fā)電等方面發(fā)揮著巨大效益。

改善生產(chǎn)生活用水。小浪底水利樞紐有力保障了黃河中下游春灌、抗旱和生態(tài)用水，大大提高了下游約4400萬畝引黃灌區(qū)的灌溉保證率，緩解了下游沿黃地區(qū)生產(chǎn)和生活用水緊張局面。截至目前，小浪底水利樞紐已時空調(diào)節(jié)2000多億立方米水量，保障黃河實現(xiàn)連續(xù)25年不斷流。

持續(xù)提供清潔電能。小浪底水利樞紐在河南省電網(wǎng)中承擔(dān)著重要的調(diào)峰調(diào)頻功能，多年平均發(fā)電量58億千瓦時。截至今年7月底，累計上網(wǎng)電量1496.95億千瓦時，其中，今年上網(wǎng)電量51.23億千瓦時，促進(jìn)了節(jié)能減排和經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展。（記者 鄧劍洋）