寧夏：科技賦能，“治水”變“智水”

寧夏回族自治區，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保護和高質量發展先行區、探索建立全國第一個百萬畝級水聯網數字治水示范先行區，寧夏要為全國水治理現代化提供范式。

　　面對滔滔洪水，大禹變堵為疏，終成大業。千百年后，進入“互聯網+”時代，智慧水利不斷迭代升級，民生大計催生數字治水。

　　地處西北內陸的寧夏回族自治區，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重點研發計劃重大項目《基于水聯網全數字治水關鍵技術研究與示范》（以下簡稱寧夏數字治水項目），會同寧夏水利廳、組織寧夏水利科學研究院，聯合清華大學等單位開展協同攻關。今年5月12日，項目高水平通過國家和自治區專家驗收。

　　錨定建設黃河流域生態保護和高質量發展先行區、探索建立全國第一個百萬畝級水聯網數字治水示范先行區，寧夏要為全國水治理現代化提供范式。

　　閘門控制系統進入“自動駕駛階段”

　　當前，寧夏引黃灌區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，且供水服務質量不佳。

　　調度人員通過提高或降低渠道閘門開度，達到穩定的目標流量。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，就要不斷調整閘門的開度。

　　“過去全憑人的經驗來摸索。每個灌季，每次灌溉調整，需要特別有經驗的人花費兩天時間。”寧夏大學副校長、清華大學—寧夏銀川水聯網數字治水聯合研究院院長王忠靜說。

　　如今，隨著寧夏引黃灌區水聯網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，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個管理所的數據也一目了然。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。

　　這套系統把西干渠的所有感知數據全部接入，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，全部實現了智能化管理。

　　“所有閘門同時放到一個系統里，根據閘門之間的動作和反饋回來的現時流量，每5分鐘自動調節一次，產生一批指令，15分鐘就能達成目標，整個系統一般45分鐘左右達成目標。”王忠靜強調，“精準灌溉就是這么實現的。”

　　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，實現了西干渠灌域100多公里渠道管理全程數字化。在王忠靜看來，“我們的控制系統已經像汽車一樣，進入了自動駕駛階段。”

　　打造國內首個百萬畝級智慧灌區

　　引黃灌區水聯網全渠系智能控制關鍵技術，是寧夏數字治水項目的縮影。水利人和科技人并肩作戰，當起了“現代大禹”。

　　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水聯網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度技術，河湖水質自動監測、智能診斷及智慧河長技術，西干渠灌域百萬畝級水聯網數字治水集成示范。

　　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個縣區和10個工業園區，涉及人口379萬人，占總人口的一半以上。該課題構建了衛星、雷達、地表多源雨情監測與耦合優化布局體系，建立了氣候模式、氣象雷達聯合降水預測模型，建立了暴雨洪水預報與山前攔洪庫聯合調度技術，將洪水預報的預見期由0.5小時提高至2.5小時，可支撐山區取得防洪和非常規水資源利用雙贏。

　　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。

　　課題組研發了監測與仿真實時耦合的河湖水質在線智能分析模型及其智慧河長云平臺，實現了河湖水質全天候自動監測、實時動態模擬及水環境突變預警預報。

　　三管齊下，國內首個百萬畝級智慧灌區躍然而出。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。

　　水聯網現代化灌區技術應用，可節水6%、節勞50%、節能15%；洪水精準預報與智能調度技術應用，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天智能預測水華發生的可能性和程度。

　　在同類型灌區具有廣闊應用前景

　　寧夏數字治水項目驗收當天，專家組經查看現場、聽取匯報、審閱資料、質詢評議，一致認為項目開展水聯網數字治水關鍵技術研究與示范，對于促進水資源節約集約利用、水利高質量發展、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，那就是實現了技術、管理和服務的融合。”水利部水文水資源監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，項目在灌區渠系輸配水精量智能控制技術、干旱區多源信息耦合雨洪預報與智能調度技術、河湖水質在線監測及水質水動力實時計算模擬技術等方面創新突出。

　　按照專家組驗收意見，寧夏數字治水項目取得的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、節水和經濟等方面支撐黃河流域水資源高效利用和水利事業高質量發展。

　　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。這次我們把傳統灌區的灌溉管理從‘手動駕駛模式’切換到‘自動駕駛模式’，為的就是準確配水，準確調度，達到灌溉節水的目標。”王忠靜表示。

　　他仔細算了一筆賬：灌區通過自動管理，節水能達到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，節約的2.4億立方米用水總指標按照現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多萬畝的黃河灌區都用上這一技術，必將推動黃河流域生態保護和高質量發展到新的階段。”寧夏科技廳農村科技處處長徐小濤如是憧憬。