開欄語

金秋時節，中國大壩工程學會2024學術年會暨第五屆大壩安全國際研討會在湖北宜昌舉辦，主題為“建造安全韌性綠色的國家水網之結”。與會院士、專家聚焦全麵提升國家水安全保障能力和構建清潔低碳、安全高效的能源體係總體目標，為國家水網建設提供智力支撐。

本網訊（王璐）AI加持，氣象預報深度服務智慧調度；攜手北鬥，庫區邊坡被實時監測；智能感知，瞬時分析助力大壩安全……數字技術賦能千行百業，在為水利樞紐增能提效方麵，帶來哪些新啟示?新時代江河保護理念更新，為國家水網建設帶來哪些新視角?

理論創新夯實大壩安全之基

我國水資源時空分布極不均衡，而建設國家水網是解決這一問題的根本舉措。作為水網之“結”，我國9.8萬座水庫中，100米以上高壩大庫的庫容占總庫容一半，在保障流域水安全、支撐國家水網建設中地位凸顯。

“麵對日益複雜的水庫大壩安全運行環境，如何構建國家水網之‘結’，不僅要認真研究傳統意義上的大壩安全風險，更要研究極端複雜環境條件給大壩安全帶來的挑戰。”中國大壩工程學會理事長矯勇表示。

▲ 中國大壩工程學會理事長矯勇發言 本文攝影：陳臣

為此，與會學者就高壩混凝土抗裂耐久保障關鍵技術、岩體開挖卸荷力學效應、堤壩變形監測等研究分享了最新成果。

“大壩壽命、大壩開裂、泄洪洞易裂易損是三大世界難題。”作為攻克無縫大壩的研究團隊，三峽集團水工混凝土研究室主任李文偉分享了三峽集團牽頭攻關研發並先後創立的200米級重力壩高耐久保障關鍵技術、 300米級特高拱壩高抗裂保障關鍵技術、50米/秒級高流速巨型泄洪洞高抗衝耐磨保障關鍵技術，相關成果為“無縫大壩”提供了堅實支撐。

▲ 三峽集團水工混凝土研究室主任李文偉發言

除了壩體自身結構材料缺陷外，自然災害頻發、氣候變化等因素也使得大壩的安全運行麵臨更大的挑戰。中國工程院院士周創兵表示，庫壩安全研究正朝著宏觀與微觀相結合、交叉學科綜合集成的方向發展。利用先進的傳感技術、大數據分析、雲計算以及人工智能等技術對大壩狀態的實時監測和智能管理變得尤為重要。

▲ 中國工程院院士周創兵發言

以高壩抗震為例，“在白鶴灘水電站，我們依托大壩安全監測自動化係統，係統在5分鍾內便能對遍布水電站的13000多個監測儀器進行巡回測量與異常分析。”水利部長江水利委員會長江科學院副所長張啟靈認為，及時準確的監測結果可為人工幹預處理爭取充分的時間，這在水庫應急搶險中意義重大。

智慧調度提升水資源利用效率

流域性是江河湖泊最根本、最鮮明的特性。強化流域防洪統一調度、水資源統一調度、生態流量水量統一調度，將助力實現流域涉水效益最優。2024年汛期，以三峽水庫為核心的長江上中遊水庫群發揮關鍵作用，成功抵禦三次編號洪水。這背後，相似雨洪預報係統、三峽區間高精度預報係統以及智慧長江水文預報係統等多套工具，為防洪調度提供決策支持。

“十四五”規劃和2035年遠景目標規劃提出了七大數字經濟重點產業和十大數字化應用場景。其中，構建智慧水利體係、以流域為單位提升水情測報和智能調度能力也是重點建設任務之一。

中國工程院院士鈕新強圍繞大壩壽命創新、擴容增效、生態航運等問題提出了一係列研究課題。他認為，構建全流域、變時空、多功能的水工程聯合調度係統理論方法對優化提升水資源利用效率至關重要。

▲ 中國工程院院士鈕新強發言

長江流域水庫群聯合調度是一項複雜的係統工程，涉及監測與感知、水文氣象預報、多目標優化、風險分析、信息化決策支持以及各利益相關者間的溝通協調等諸多環節。三峽大學校長黃豔認為，水工程智慧調度的關鍵在於對工程調度運行的全域感知與貫通，既要實現全年、多目標的銜接與統籌，也要對服務對象需求有精準理解。在此過程中，產學研用一體全鏈條發展模式是重要前提。

在流域智慧調度過程中，前瞻、及時、精準的雨水情監測預報信息是打贏現代防汛戰的首要一步。6月下旬，中國氣象局發布了三個自研氣象大模型“風清”“風雷”“風順”，部分性能指標達到國際主流大模型水平。中國氣象局風能太陽能中心主任姚錦烽圍繞氣象觀測、用AI技術提升氣象預報能力等方麵做了相關技術原理和實踐彙報。

實際上，不僅僅是在中國，氣候預測相關技術在全球發展迅速。巴西 Fractal 工程與係統股份公司首席運營官佩德羅·德·拉臘（Pedro G. de Lara）介紹了本國氣象數據平台，該平台可集成不同場站的氣象和水文數據模型於一張公用地圖上，為水工程數據提供更有價值的預測。

數字孿生賦能江河保護治理

今年前8個月，我國水利建設完成投資8019.4億元，較去年同期增長了10.7%。隨著我國水利建設全麵提速，傳統的水網管理模式麵臨著諸多挑戰，如數據獲取不及時、管理手段落後、響應速度慢等問題。正是這些問題促進了水利建設向現代化轉型。

如何應對以上挑戰?數字孿生成為會上不少專家學者聚焦的熱詞。

何為數字孿生?簡單來說，是利用數字技術建構一個“多尺度-分布式-多層次”全麵多維精細刻畫及動態模擬全景過程的模型係統，實現對流域的數字化管理與智能決策。

“麵對氣候變化帶來的江河水文過程的不確定性，要研究並運用水庫大壩數字孿生等新技術，不斷提升對降雨、產彙流過程、入庫洪水、幹旱缺水的預警預報水平，為完善水庫大壩調度規程提供科學依據，統籌兼顧除害與興利，安全與效益，不斷提升水庫大壩作為國家水網重要節點的綜合效益。”矯勇認為。

在今年長江1號洪水防禦工作中，去年以來初步建成的數字孿生三峽1.0版發揮了重要作用，水利部長江水利委員會防禦局利用數字孿生行蓄洪空間平台預警研判模塊，跟蹤分析長江中下遊超警堤防情況和洲灘民垸運用風險情況，為各地組織巡堤查險、人員轉移提供了及時“叫應”提醒服務。

這背後，數字孿生技術依賴於大量的實時數據流，這些數據涉及到基礎設施的各個方麵，其有效統籌、安全風險都是十分重要的部分。對此，水利部信息中心水利工程信息應用處處長成建國多次強調了數據安全。他認為，數據與國家安全緊密相關，需要統籌考慮數據加密、權限管理、數據最小化等原則，安全實現數字孿生係統“追溯過去、感知現在、預測未來”的目標。

中國南水北調集團水網智慧科技有限公司董事長劉琴以數字孿生南水北調建設為例指出，數字孿生是物理水網數字化發展的新方向。“數字孿生的發展伴隨著算法、算力、大數據發展。我國向全球價值鏈上遊遷移，需要重新思考麵向未來的模式、機製和路徑。”劉琴說。

▲ 中國南水北調集團水網智慧科技有限公司董事長劉琴發言

（本文由記者根據發言整理而成）

編輯：李雷 盧西奧

發布日期：2024年11月21日