黄委山东水文局：智能化“把脉”黄河——推进数字孪生建设见成效 - adcp声学多普勒流速仪图片

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      水文现代化建设路径持续优化，水文全要素、全量程、全时段在线监测水平持续提高，水文业务向着全流程自动化发展，测验模式向着“巡驻结合，以巡为主”转变，雨水情监测预报“三道防线”加快构建……2023年，水利部黄河水利委员会山东水文水资源局敢闯敢试、攻坚克难，推动数字孪生水文建设迈上新台阶。

　　建模成像 打造“镜像黄河”

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　　在黄河水文数字孪生示范平台上，一条“复刻”出来的“模拟”黄河上闪烁着各种数据。

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　　黄委水文局在山东泺口河段通过采集水陆空立体化数据，搭建了多时空多维度多图层的数据底座，以MIKE二维数学模型计算和流体推演仿真技术为核心，实现了河段洪水演进过程的数值模拟和三维动态可视化渲染仿真，构建起数字孪生场景。该模型可接入实时水情数据、视频监控等，根据上游水情信息，利用数学模型进行下游洪水推演预报，结合底座高程数据对漫滩风险区域进行预警，并可预演各预警区域漫滩洪水的演进过程。针对各类重点水利工程提供不同的测洪、防汛、抢险预案，实现对物理河段要素和水利治理管理过程的数字化映射、智能化模拟。

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　　这一平台在实际运用中持续优化升级，开发了滩区淹没风险评估模型，自动生成洪水灾害影响仿真评估报告。数字孪生流域建设涉及的多项技术成果已申请国家发明专利并获受理。黄河水文数字孪生示范平台项目于2023年通过黄委水文局验收，并获黄委水文局科学技术进步奖一等奖，相关研究课题通过黄委科技成果评价，达到国际先进水平。

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　　黄委水文局还积极拓展与其他流域机构、地方水利、水文部门的合作空间，将科技创新成果推广至淮河、沂河、青岛崂山水库等数字孪生流域建设。

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　　远程测控 数据跃然屏上

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　　为了解放人力，实现“巡驻结合，以巡为主”，黄委山东水文水资源局结合测区特性，全力推动远程测控仪器应用投产。

　　渡河的“机器人”——无人测验平台。该局自主研发的无人测验平台，如同一个四四方方的钢铁机器人，具备自动调平、管理模块化、操作可视化等功能。它可搭载走航式ADCP（声学多普勒流速剖面仪）、流速仪、多仓遥控取样器等仪器设备，工作人员在室内即可完成远程控制，实现水上作业无人化，全过程自动化测流、取沙。目前已在山东孙口、艾山、泺口、利津4个水文站安装运行，应用效果良好，减轻了职工劳动强度，保障了水文测验安全。

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　　游走的“精灵”——走航式ADCP外接测深仪。在汛前调水调沙或防汛关键期含沙量较大时，走航式ADCP使用受限。为解决这一难题，黄委山东水文水资源局自2021年起开始在测区进行走航式ADCP外接测深仪测验模式探索。2023年汛前调水调沙期间，走航式ADCP外接测深仪比测试验最大含沙量为37.9千克每立方米，取得突破性试验结果，为先进技术推广应用奠定了坚实基础。2024年，黄委山东水文水资源局将在较大含沙量时期继续开展比测试验，不断提高测验质量。

　　多才的“智能助手”——多要素在线监测。目前，黄河山东测区已实现以雷达水位计为主的水位自动监测，构建起“四要素”气象观测系统，自主研发了在线水文观测设备及山东黄河水文全要素远程数据管理系统。测区高村、孙口、艾山、泺口、利津等5个干流水文站及13处常年观测水位站实现多项水文要素自动采集、在线传输、异地存储、自动报汛功能，打造了全新的水文数据管理模式，实现了测区水文测报工作自动化、信息化、智能化变革。

　　生态监测 共建人水和谐

　　2021年开始，黄委山东水文局承担了黄河流域（片）重点水域水生态监测工作。前期由于缺乏先进仪器设备，只能依靠人工利用显微镜观察、识别的方法进行浮游生物鉴定和计数，操作过程繁琐、监测周期长、工作效率低，检测结果的准确性得不到有效保证。浮游生物的分类鉴定成为水生态监测“卡脖子”难题。

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　　解题靠创新。2023年，黄委山东水文局引进藻类自动分类鉴定与计数系统，采用斜框深度神经网络图像识别技术，对藻类图像进行图像形态学分析。该系统可通过自动扫描获取水样中浮游生物图像，根据细胞形态、结构、颜色等特征进行数字化处理，通过“视野重现”功能获得高质量浮游生物原图像，不仅降低了检测人员劳动强度，大大提高了分析效率，更避免了人为因素带来的主观影响，提高了分析结果的准确性，为水生态监测提供了技术支撑。

　　2023年9月，黄河山东段高村至利津河道出现大量黄绿色不明泡沫，预测为藻类污染。黄委山东水文局立即启动应急监测预案，派出工作人员采集水样进行监测，利用新的监测技术，历时7个小时，获取藻类数据2070个，检测出藻类7门50属，证明此次突发水污染事件存在藻类富集现象。及时准确的应急监测为精准控制突发水污染提供了宝贵时机。

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　　为增强监测成果的运用效果，黄委山东水文局组织技术人员进行整理汇总，编制了《黄河河口三角洲常见浮游生物图谱（初稿）》，初步摸清了黄河三角洲湿地浮游生物群落组成，为黄河河口三角洲的水生态、水环境监测提供了坚实基础。

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　　无人机搭载测深仪完成水下地形测量、无人机搭载激光雷达系统应用于黄河河口河道测验、RTX先进测绘技术助力黄河三角洲附近海区固定测深断面测验……一系列新技术、新手段的应用，为黄河水文现代化建设注入强大动力。以信息化、智能化方式“把脉”黄河，这个黄河水文人追寻多年的梦想，如今正在新一代水文人的手中逐步变为现实。

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来源：水利信息化和水文监测预报

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