数字孪生让春灌更“聪明”

本文转自：人民网

人民网记者 欧阳易佳

水利是农业的命脉，春灌是全年农业生产的“第一仗”。记者从水利部获悉，截至4月17日，全国已有28个省份及新疆生产建设兵团启动春灌，累计供水235亿立方米，灌溉面积达2.3亿亩。其中，3844处大中型灌区累计供水164亿立方米，灌溉面积1.5亿亩。

春潮涌动处，科技助农忙。如今，我国灌区建设持续提质增效，“硬件”不断完善、“软件”愈发智能，数字孪生等前沿技术加速推广应用，科学灌溉理念与实践深度融合，为春灌工作注入强劲科技动能。引调水方案智能生成、闸门泵站远程操控，让春灌用水实现“一键直达”，灌溉效率与精准度大幅提升。

智能装备“添翼” 春灌便捷高效

黄河之水天上来，润田沃野入画来。在河南濮阳市，渠村灌区引黄河水一路北上，汩汩清流滋养着濮阳市、安阳市8县（区）的145万亩土地，为当地春灌注入生机与活力。

闸门是灌区调水的“水龙头”，更是春灌供水的“关键关卡”。“原来接到调度指令，必须第一时间赶到站房手动启闭闸门。现在灌区安装了远程闸控系统，坐在控制室轻点鼠标，就能精准控制闸门开关，效率大幅提升。”濮阳市水资源中心庆祖管理段工作人员刘明聪介绍。同步建成的视频监控系统实现了渠道情况“一屏览全局”，一旦出现水位异常、渠道隐患等情况，工作人员可第一时间发现、快速处置，为春灌安全保驾护航。

渠村灌区远程闸控系统操作界面。受访者供图

从“人工操控”到“智能管控”，渠村灌区的转变，源于智能系统的落地应用。建设水情监测设施、自动控制系统、配水调度管理系统、闸站综合管理系统和视频综合管理系统，赋予渠村灌区智能“大脑”，让春灌调度更精准、操作更便捷、运行更高效。

渠系是灌区的“血管”，精准“把脉”、及时掌握各站点流量、流速等核心参数，是科学调水配水的前提。

在山东聊城市位山灌区三干渠周店进水闸下游350米处，一座测流桥横跨干渠，一台轨道式自动测流车正在运行。它可以按预设程序自动行驶至指定位置，自动采集、处理现场原始数据，实现渠道断面流量的全自动测量，并将数据发送至位山灌区数字孪生平台。平台快速分析回传数据，片刻之间，测量时间、测量方式、水位、断面流量、平均流速、平均水深、含沙量等数据便清晰呈现在控制室屏幕上，实现了测流工作的自动化、精准化。

位山灌区周店三干站全自动轨道测流系统。聊城市位山灌区管理服务中心供图

“目前，灌区已在35个关键断面配备了全自动测流系统，相较传统测量方式，节省时间50%以上，测流精度提高3%。”聊城市位山灌区管理服务中心副主任杨玉广介绍。

灌溉试验“破题” 春灌科学精准

春和景明，沃野铺翠，春风拂过位山灌区灌溉试验站，掀起一层层绿色波浪。作为水利部灌溉试验重点站，这里自建站以来，累计采集监测数据2000万条以上，聚焦冬小麦等主要农作物，开展灌溉制度、需水量等核心研究，为科学春灌提供坚实技术支撑。

位山灌区灌溉试验站冬小麦大田试验区。受访者供图

农作物什么时候需要浇水？浇多少水才能既满足生长需求，又避免水资源浪费？这是作物需水量试验区的核心研究课题。试验区内，24个测坑整齐排列，模拟灌区内主要土壤结构、作物类型，设置多种灌溉方案，观测作物生长状况。地下观测廊道内，各类传感器有序布设，不同深度的土壤水分、温度、电导率等墒情数据，以及作物长势情况，均实现实时传输，为研究作物需水规律、优化灌溉方案提供了“第一手资料”。

位山灌区灌溉试验站地下观测廊道。聊城市位山灌区管理服务中心供图

“所有数据都会实时回传至试验站灌溉管理平台，汇入数据库。”聊城市位山灌区灌溉试验站副站长衣厚振介绍，“我们依托灌区历史数据、监测数据和试验数据，开发了作物需水预测模型，可测算作物未来30天最优灌溉量、最佳灌溉时间，生成冬小麦需水预测报告，为春灌提供科学指引。”

科技的价值，在于落地生根、惠及农户。为了让试验成果从“试验田”走向群众的“大田”，位山灌区打出“线上+线下”组合拳：线上，通过微信公众平台持续发布“冬小麦灌溉需水和长势预测”，将需水预测报告以文字配图表的形式向社会推送，让农户看得懂、用得上；线下，组建15支基层灌溉服务队，春灌期间，队员们深入田间地头，手把手指导农户按照科学方案开展灌溉，破解农户“凭经验浇水、盲目浇水”的难题。

去年，家住聊城高新区许营镇三亢村村民亢士红，在自家10亩地里做了一场“科学灌溉”与“经验灌溉”的比拼。他将土地一分为二，一块按照自己多年的种地经验浇水，“水到地头还不停”；另一块严格按照试验站的灌溉方案执行，“不到地头水就停”。“最后核算下来，用试验站方案浇水的那片地，每次每亩能省水20多立方米，每亩还多收了100多斤麦子。又省水又增产，这科学浇地是真有门道！”亢士红的话语里满是信服。

数字孪生“赋能” 春灌更具智慧

“十四五”以来，我国加快推进数字孪生灌区建设，49处数字孪生灌区先行先试取得阶段性成效，有力支撑了灌域内主要作物的需水量、土壤水分、最优灌溉日期及灌溉量的分析预测，推动水资源从源头到地头的精细化管理，让春灌变得更“聪明”。

田块“渴不渴”，看“图”就知道。走进河南省人民胜利渠保障中心的调度中心，数字孪生灌区平台上的土壤墒情预测图格外醒目，土壤偏湿、墒情适宜、轻度干旱、中度干旱、重度干旱分别用不同颜色标注，灌区田块“渴不渴”一目了然。

“我们整合卫星遥感数据反演、自建墒情站监测及天气预报信息，通过数字孪生系统墒情预测模型，可对未来一周土壤墒情分布状况、演变过程进行预测分析，让供水调度实现了从被动响应到主动供给的转变。”河南省人民胜利渠保障中心信息科科长孙莹介绍。

从“群众要水”到“主动调水”，背后离不开数字孪生平台的“智慧大脑”。“我们依据需水预测模型成果和灌区算据，利用配水调度模型制定各灌片最优调度方案，生成配水预案。”聊城市位山灌区管理服务中心供水管理科科长张俊表示，“同时，我们还能依托灌区工程的空间数据，通过水动力仿真模型，对灌区三干渠输配水过程进行场景化动态模拟，实现配水预案的可视化‘预演’。”

科技赋能，成效显著。通过需水预测、科学配水、优化调度，位山灌区配水效率提高了11%，恢复灌溉面积10万亩，位于灌区下游的多个乡镇，时隔十余年再次用上了黄河水，为当地农业生产注入新的活力。

配水有预案、调度有预演，更要输水有预警。河南范县于庄数字孪生灌区平台专门设置了“风险预警”模块。“我们设定了严格的用水总量阈值与土壤湿度预警标准，监控各类信息化设备的在线状态及视频监控区域的边界安全，确保用水总量得到有效管控、农作物得到及时灌溉，同时保障供用水安全稳定运行，实现了全方位风险预警。”河南范县水利局农村水利股负责人牛雪峰介绍。

春灌正当时，水利科技创新正以多元形式融入春灌每个环节，为保障粮食安全注入强劲动能。