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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，調水調沙效率提高、功能拓展，建成數(shù)字孿生平臺、提升運行管理科學性，取得顯著綜合效益，為推動黃河流域生態(tài)保護和高質量發(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，調泥沙、護安瀾、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、社會和生態(tài)效益顯著，為推動黃河流域生態(tài)保護和高質量發(fā)展提供有力支撐。
調水調沙不斷升級，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，再次啟動汛期調水調沙。
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”。破解水沙關系不等式，小浪底水利樞紐是關鍵一環(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水調沙成為可能。”
從２００２年首次啟動，截至２０２３年汛前，小浪底水利樞紐參與２７次調水調沙，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)到梯級調度，調水調沙效率更高。“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，進一步提高了水流動力。”黃河水利水電開發(fā)集團有限公司副總經(jīng)理王振凡介紹。
從排沙減淤到改善生態(tài)，調水調沙功能不斷拓展。２００８年以來，山東黃河三角洲國家級自然保護區(qū)連續(xù)１６年在黃河調水調沙期間接受生態(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，黃河調水調沙送來了生態(tài)水，修復濕地１８８平方公里。現(xiàn)在保護區(qū)自然植被覆蓋率達５５.１％。”水利部黃河水利委員會有關負責人介紹。
建設數(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、供水供電等設施設備運行狀態(tài)一目了然。水工建筑物內部及表面布設的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)。工作人員可應用數(shù)字孿生小浪底平臺建設的預報、預警、預演、預案功能進行分析研判和調度決策，實現(xiàn)安全監(jiān)測、水庫調度、閘門監(jiān)控、發(fā)電運行、供水供電、數(shù)據(jù)測報等業(yè)務的多目標綜合管控。
“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)集團有限公司集控中心主任馬新紅說。他隨即打開一張進水塔前水底地形熱力圖介紹：“數(shù)據(jù)自動生成熱力圖，進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。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個關鍵部位測點建立了監(jiān)控指標體系。充分應用衛(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)測雨雷達等新型裝備和技術，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。”黃河水利水電開發(fā)集團有限公司智慧建設與管理部副部長董澤亮說，“目前我們已研發(fā)出基于河道演進的來水預報模型、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筑。
數(shù)字孿生技術在多個場景應用。“基于數(shù)字孿生平臺支撐多項業(yè)務應用，實現(xiàn)預報、預警、預演、預案功能，是數(shù)字孿生小浪底平臺建設的主要目標。”王振凡說，“在樞紐防洪調度、調水調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性。”
2022年至２０２４年，數(shù)字孿生小浪底平臺連續(xù)３年應用于小浪底工程防汛演練。汛期利用防汛調度有關模型和“四預”功能，平臺每天滾動開展來水來沙、洪水調度分析計算，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，一路向黃河上游駛去。駕駛室外，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。
“嚴格落實河湖長制，加強水庫管理，有力維護了庫區(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、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)中承擔著重要的調峰調頻功能，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，促進了節(jié)能減排和經(jīng)濟社會發(fā)展。（記者 鄧劍洋）
編輯：郭成
