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小浪底水利樞紐是黃河干流三門(mén)峽水利樞紐以下唯一能夠取得較大庫(kù)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(kāi)工30周年的日子。工程投入運(yùn)行以來(lái)，調(diào)水調(diào)沙效率提高、功能拓展，建成數(shù)字孿生平臺(tái)、提升運(yùn)行管理科學(xué)性，取得顯著綜合效益，為推動(dòng)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(wàn)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(kāi)工，1997年實(shí)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(mén)峽水利樞紐以下唯一能夠取得較大庫(kù)容的控制性工程，總庫(kù)容126.5億立方米，其中淤沙庫(kù)容75.5億立方米。工程投入運(yùn)行以來(lái)，有效發(fā)揮防洪、防凌、減淤、供水、灌溉等功能，經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)效益顯著，為推動(dòng)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(jí)，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(lái)，泥沙來(lái)回翻騰，激流卷起千層浪。8月9日，小浪底水利樞紐開(kāi)啟3條排沙洞，再次啟動(dòng)汛期調(diào)水調(diào)沙。

電腦屏幕上，泄流孔洞實(shí)時(shí)含沙量、水庫(kù)水位、出入庫(kù)流量等數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)變動(dòng)，水利部小浪底水利樞紐管理中心水量調(diào)度處處長(zhǎng)李鵬介紹：“通過(guò)大流量下泄沖刷黃河，把水庫(kù)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(guò)在合適時(shí)機(jī)下泄河水，制造大流量過(guò)程，加大水流對(duì)河道沖刷力度。”李鵬說(shuō)，“可以說(shuō)，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(dòng)，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(guò)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(jí)調(diào)度，調(diào)水調(diào)沙效率更高。“黃河干流上的萬(wàn)家寨、三門(mén)峽、小浪底，支流上的陸渾、故縣、河口村逐步加入，上下游水庫(kù)協(xié)同配合，接力蓄泄水，進(jìn)一步提高了水流動(dòng)力。”黃河水利水電開(kāi)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(lái)，山東黃河三角洲國(guó)家級(jí)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(bǔ)水。“過(guò)去，黃河三角洲受到河道萎縮、濕地退化、海岸線(xiàn)蝕退等威脅，黃河調(diào)水調(diào)沙送來(lái)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(huì)有關(guān)負(fù)責(zé)人介紹。

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

走進(jìn)數(shù)字孿生小浪底集控中心，水庫(kù)水位、蓄水量、日均流量、含沙量等數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示，閘門(mén)、發(fā)電、供水供電等設(shè)施設(shè)備運(yùn)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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，每天產(chǎn)生6000多條監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。工作人員可應(yīng)用數(shù)字孿生小浪底平臺(tái)建設(shè)的預(yù)報(bào)、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(shí)現(xiàn)安全監(jiān)測(cè)、水庫(kù)調(diào)度、閘門(mén)監(jiān)控、發(fā)電運(yùn)行、供水供電、數(shù)據(jù)測(cè)報(bào)等業(yè)務(wù)的多目標(biāo)綜合管控。

“數(shù)字孿生小浪底平臺(tái)上可查詢(xún)所有生產(chǎn)管理的相關(guān)數(shù)據(jù)，專(zhuān)業(yè)模型算法可開(kāi)展可視化推演，直觀動(dòng)態(tài)展示大壩沉降、庫(kù)區(qū)泥沙淤積等情況。”黃河水利水電開(kāi)發(fā)集團(tuán)有限公司集控中心主任馬新紅說(shuō)。他隨即打開(kāi)一張進(jìn)水塔前水底地形熱力圖介紹：“數(shù)據(jù)自動(dòng)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(tái)如何建？

算據(jù)是基礎(chǔ)。小浪底水利樞紐通過(guò)共享流域數(shù)據(jù)和提升監(jiān)測(cè)感知能力，充分獲取算據(jù)資源，目前已對(duì)255個(gè)關(guān)鍵部位測(cè)點(diǎn)建立了監(jiān)控指標(biāo)體系。充分應(yīng)用衛(wèi)星遙感、庫(kù)區(qū)無(wú)人機(jī)航測(cè)、機(jī)器人水下檢測(cè)和自動(dòng)巡檢、庫(kù)區(qū)測(cè)雨雷達(dá)等新型裝備和技術(shù)，基本實(shí)現(xiàn)3條排沙洞和過(guò)機(jī)含沙量穩(wěn)定在線(xiàn)監(jiān)測(cè)。

算法是重點(diǎn)。虛實(shí)如何交互？“要想以數(shù)字孿生帶動(dòng)物理實(shí)體，必須融合專(zhuān)業(yè)模型算法與人工智能技術(shù)。”黃河水利水電開(kāi)發(fā)集團(tuán)有限公司智慧建設(shè)與管理部副部長(zhǎng)董澤亮說(shuō)，“目前我們已研發(fā)出基于河道演進(jìn)的來(lái)水預(yù)報(bào)模型、融合溯源沖刷和異重流計(jì)算的水庫(kù)沖淤模型等專(zhuān)業(yè)模型。同時(shí)初步研發(fā)了遙感影像AI識(shí)別模型、廠(chǎng)房積水和水尺讀取等視頻AI識(shí)別模型。”

算力是關(guān)鍵。作為數(shù)字孿生小浪底平臺(tái)的硬件底座，小浪底數(shù)據(jù)中心建成。通過(guò)“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(gè)場(chǎng)景應(yīng)用。“基于數(shù)字孿生平臺(tái)支撐多項(xiàng)業(yè)務(wù)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)預(yù)報(bào)、預(yù)警、預(yù)演、預(yù)案功能，是數(shù)字孿生小浪底平臺(tái)建設(shè)的主要目標(biāo)。”王振凡說(shuō)，“在樞紐防洪調(diào)度、調(diào)水調(diào)沙等水庫(kù)高水位或水位快速下降期間，可利用數(shù)字孿生平臺(tái)滾動(dòng)推演未來(lái)3天運(yùn)行情況，有效提升工程運(yùn)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(tái)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(tái)每天滾動(dòng)開(kāi)展來(lái)水來(lái)沙、洪水調(diào)度分析計(jì)算，輔助提前發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并開(kāi)展防汛會(huì)商研判，增強(qiáng)安全度汛保障。

綜合效益持續(xù)釋放，保障黃河實(shí)現(xiàn)連續(xù)25年不斷流

“華山號(hào)”測(cè)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(zhuān)員顏景亮正密切地關(guān)注岸線(xiàn)和水面情況。“我們堅(jiān)持每月開(kāi)展庫(kù)區(qū)水面和岸線(xiàn)水行政執(zhí)法巡查，從今年1月至目前，利用衛(wèi)星遙感、無(wú)人機(jī)和現(xiàn)場(chǎng)巡查相結(jié)合的方式，圖上核查變化圖斑419個(gè)，現(xiàn)場(chǎng)核查變化圖斑32個(gè)，組織開(kāi)展岸線(xiàn)巡查21次，及時(shí)掌握庫(kù)區(qū)水事動(dòng)態(tài)、制止水事違法行為。”顏景亮說(shuō)。

“嚴(yán)格落實(shí)河湖長(zhǎng)制，加強(qiáng)水庫(kù)管理，有力維護(hù)了庫(kù)區(qū)正常水事秩序。”顏景亮打開(kāi)手機(jī)，向記者展示了一個(gè)包含400多人、名為“小浪底美麗庫(kù)區(qū)”的微信群。“這個(gè)群的成員包括庫(kù)區(qū)周邊市縣河長(zhǎng)辦、成員單位工作人員和鄉(xiāng)鎮(zhèn)、村級(jí)河長(zhǎng)等，去年我們會(huì)同河南省公安廳小浪底公安局和庫(kù)區(qū)周?chē)娱L(zhǎng)辦、生態(tài)環(huán)境、漁業(yè)等部門(mén)開(kāi)展聯(lián)合執(zhí)法行動(dòng)19次，有效保障了水庫(kù)運(yùn)行安全。”顏景亮說(shuō)。

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(wàn)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(shí)空調(diào)節(jié)2000多億立方米水量，保障黃河實(shí)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(shí)。截至今年7月底，累計(jì)上網(wǎng)電量1496.95億千瓦時(shí)，其中，今年上網(wǎng)電量51.23億千瓦時(shí)，促進(jìn)了節(jié)能減排和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展。

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