數字孿生讓春灌更“聰明”

本文轉自：人民網

人民網記者 歐陽易佳

水利是農業的命脈，春灌是全年農業生產的“第一仗”。記者從水利部獲悉，截至4月17日，全國已有28個省份及新疆生產建設兵團啟動春灌，累計供水235億立方米，灌溉面積達2.3億畝。其中，3844處大中型灌區累計供水164億立方米，灌溉面積1.5億畝。

春潮涌動處，科技助農忙。如今，我國灌區建設持續提質增效，“硬件”不斷完善、“軟件”愈發智能，數字孿生等前沿技術加速推廣應用，科學灌溉理念與實踐深度融合，為春灌工作注入強勁科技動能。引調水方案智能生成、閘門泵站遠程操控，讓春灌用水實現“一鍵直達”，灌溉效率與精準度大幅提升。

智能裝備“添翼” 春灌便捷高效

黃河之水天上來，潤田沃野入畫來。在河南濮陽市，渠村灌區引黃河水一路北上，汩汩清流滋養著濮陽市、安陽市8縣（區）的145萬畝土地，為當地春灌注入生機與活力。

閘門是灌區調水的“水龍頭”，更是春灌供水的“關鍵關卡”。“原來接到調度指令，必須第一時間趕到站房手動啟閉閘門。現在灌區安裝了遠程閘控系統，坐在控制室輕點鼠標，就能精準控制閘門開關，效率大幅提升。”濮陽市水資源中心慶祖管理段工作人員劉明聰介紹。同步建成的視頻監控系統實現了渠道情況“一屏覽全局”，一旦出現水位異常、渠道隱患等情況，工作人員可第一時間發現、快速處置，為春灌安全保駕護航。

渠村灌區遠程閘控系統操作界面。受訪者供圖

從“人工操控”到“智能管控”，渠村灌區的轉變，源于智能系統的落地應用。建設水情監測設施、自動控制系統、配水調度管理系統、閘站綜合管理系統和視頻綜合管理系統，賦予渠村灌區智能“大腦”，讓春灌調度更精準、操作更便捷、運行更高效。

渠系是灌區的“血管”，精準“把脈”、及時掌握各站點流量、流速等核心參數，是科學調水配水的前提。

在山東聊城市位山灌區三干渠周店進水閘下游350米處，一座測流橋橫跨干渠，一臺軌道式自動測流車正在運行。它可以按預設程序自動行駛至指定位置，自動采集、處理現場原始數據，實現渠道斷面流量的全自動測量，并將數據發送至位山灌區數字孿生平臺。平臺快速分析回傳數據，片刻之間，測量時間、測量方式、水位、斷面流量、平均流速、平均水深、含沙量等數據便清晰呈現在控制室屏幕上，實現了測流工作的自動化、精準化。

位山灌區周店三干站全自動軌道測流系統。聊城市位山灌區管理服務中心供圖

“目前，灌區已在35個關鍵斷面配備了全自動測流系統，相較傳統測量方式，節省時間50%以上，測流精度提高3%。”聊城市位山灌區管理服務中心副主任楊玉廣介紹。

灌溉試驗“破題” 春灌科學精準

春和景明，沃野鋪翠，春風拂過位山灌區灌溉試驗站，掀起一層層綠色波浪。作為水利部灌溉試驗重點站，這里自建站以來，累計采集監測數據2000萬條以上，聚焦冬小麥等主要農作物，開展灌溉制度、需水量等核心研究，為科學春灌提供堅實技術支撐。

位山灌區灌溉試驗站冬小麥大田試驗區。受訪者供圖

農作物什么時候需要澆水？澆多少水才能既滿足生長需求，又避免水資源浪費？這是作物需水量試驗區的核心研究課題。試驗區內，24個測坑整齊排列，模擬灌區內主要土壤結構、作物類型，設置多種灌溉方案，觀測作物生長狀況。地下觀測廊道內，各類傳感器有序布設，不同深度的土壤水分、溫度、電導率等墑情數據，以及作物長勢情況，均實現實時傳輸，為研究作物需水規律、優化灌溉方案提供了“第一手資料”。

位山灌區灌溉試驗站地下觀測廊道。聊城市位山灌區管理服務中心供圖

“所有數據都會實時回傳至試驗站灌溉管理平臺，匯入數據庫。”聊城市位山灌區灌溉試驗站副站長衣厚振介紹，“我們依托灌區歷史數據、監測數據和試驗數據，開發了作物需水預測模型，可測算作物未來30天最優灌溉量、最佳灌溉時間，生成冬小麥需水預測報告，為春灌提供科學指引。”

科技的價值，在于落地生根、惠及農戶。為了讓試驗成果從“試驗田”走向群眾的“大田”，位山灌區打出“線上+線下”組合拳：線上，通過微信公眾平臺持續發布“冬小麥灌溉需水和長勢預測”，將需水預測報告以文字配圖表的形式向社會推送，讓農戶看得懂、用得上；線下，組建15支基層灌溉服務隊，春灌期間，隊員們深入田間地頭，手把手指導農戶按照科學方案開展灌溉，破解農戶“憑經驗澆水、盲目澆水”的難題。

去年，家住聊城高新區許營鎮三亢村村民亢士紅，在自家10畝地里做了一場“科學灌溉”與“經驗灌溉”的比拼。他將土地一分為二，一塊按照自己多年的種地經驗澆水，“水到地頭還不停”；另一塊嚴格按照試驗站的灌溉方案執行，“不到地頭水就停”。“最后核算下來，用試驗站方案澆水的那片地，每次每畝能省水20多立方米，每畝還多收了100多斤麥子。又省水又增產，這科學澆地是真有門道！”亢士紅的話語里滿是信服。

數字孿生“賦能” 春灌更具智慧

“十四五”以來，我國加快推進數字孿生灌區建設，49處數字孿生灌區先行先試取得階段性成效，有力支撐了灌域內主要作物的需水量、土壤水分、最優灌溉日期及灌溉量的分析預測，推動水資源從源頭到地頭的精細化管理，讓春灌變得更“聰明”。

田塊“渴不渴”，看“圖”就知道。走進河南省人民勝利渠保障中心的調度中心，數字孿生灌區平臺上的土壤墑情預測圖格外醒目，土壤偏濕、墑情適宜、輕度干旱、中度干旱、重度干旱分別用不同顏色標注，灌區田塊“渴不渴”一目了然。

“我們整合衛星遙感數據反演、自建墑情站監測及天氣預報信息，通過數字孿生系統墑情預測模型，可對未來一周土壤墑情分布狀況、演變過程進行預測分析，讓供水調度實現了從被動響應到主動供給的轉變。”河南省人民勝利渠保障中心信息科科長孫瑩介紹。

從“群眾要水”到“主動調水”，背后離不開數字孿生平臺的“智慧大腦”。“我們依據需水預測模型成果和灌區算據，利用配水調度模型制定各灌片最優調度方案，生成配水預案。”聊城市位山灌區管理服務中心供水管理科科長張俊表示，“同時，我們還能依托灌區工程的空間數據，通過水動力仿真模型，對灌區三干渠輸配水過程進行場景化動態模擬，實現配水預案的可視化‘預演’。”

科技賦能，成效顯著。通過需水預測、科學配水、優化調度，位山灌區配水效率提高了11%，恢復灌溉面積10萬畝，位于灌區下游的多個鄉鎮，時隔十余年再次用上了黃河水，為當地農業生產注入新的活力。

配水有預案、調度有預演，更要輸水有預警。河南范縣于莊數字孿生灌區平臺專門設置了“風險預警”模塊。“我們設定了嚴格的用水總量閾值與土壤濕度預警標準，監控各類信息化設備的在線狀態及視頻監控區域的邊界安全，確保用水總量得到有效管控、農作物得到及時灌溉，同時保障供用水安全穩定運行，實現了全方位風險預警。”河南范縣水利局農村水利股負責人牛雪峰介紹。

春灌正當時，水利科技創新正以多元形式融入春灌每個環節，為保障糧食安全注入強勁動能。