宁夏：科技赋能，“治水”变“智水”

宁夏回族自治区，人均水资源量是我国平均水平的三分之一，做好水治理文章是永恒主题。然而，从“治水”到“智水”的进程中，诸多技术瓶颈令人棘手。何以破题？唯有科技。锚定建设黄河流域生态保护和高质量发展先行区、探索建立全国第一个百万亩级水联网数字治水示范先行区，宁夏要为全国水治理现代化提供范式。

　　面对滔滔洪水，大禹变堵为疏，终成大业。千百年后，进入“互联网+”时代，智慧水利不断迭代升级，民生大计催生数字治水。

　　地处西北内陆的宁夏回族自治区，人均水资源量是我国平均水平的三分之一，做好水治理文章是永恒主题。然而，从“治水”到“智水”的进程中，诸多技术瓶颈令人棘手。

　　何以破题？唯有科技。

　　2020年，宁夏科技厅设立自治区重点研发计划重大项目《基于水联网全数字治水关键技术研究与示范》（以下简称宁夏数字治水项目），会同宁夏水利厅、组织宁夏水利科学研究院，联合清华大学等单位开展协同攻关。今年5月12日，项目高水平通过国家和自治区专家验收。

　　锚定建设黄河流域生态保护和高质量发展先行区、探索建立全国第一个百万亩级水联网数字治水示范先行区，宁夏要为全国水治理现代化提供范式。

　　闸门控制系统进入“自动驾驶阶段”

　　当前，宁夏引黄灌区的水资源管理仍然相对粗放，总体上自动化程度较低，人力成本较高，且供水服务质量不佳。

　　调度人员通过提高或降低渠道闸门开度，达到稳定的目标流量。但由于相互影响，即使其他闸门没有任何动作，过闸流量也会相应变化，这些变化是不可预期的。要使所有闸门都达到目标，就要不断调整闸门的开度。

　　“过去全凭人的经验来摸索。每个灌季，每次灌溉调整，需要特别有经验的人花费两天时间。”宁夏大学副校长、清华大学—宁夏银川水联网数字治水联合研究院院长王忠静说。

　　如今，随着宁夏引黄灌区水联网全渠系智能控制关键技术的应用，这项工作变得异常轻松。

　　5月12日8时57分，宁夏西干渠管理处。

　　工作人员打开渠道闸门测控系统，蓝色屏幕上，清晰地显示出第一管理所当前干引流量为3950立方米/秒，实供流量2620立方米/秒。另外4个管理所的数据也一目了然。一并显示的，还有各所测流断面的平均流速、损失流量、水位与流量的关系曲线。

　　这套系统把西干渠的所有感知数据全部接入，每一个指标口，从用水计划指标的下达到配水计划的制定，从用水斗口的配水到管理所水量的结算，全部实现了智能化管理。

　　“所有闸门同时放到一个系统里，根据闸门之间的动作和反馈回来的现时流量，每5分钟自动调节一次，产生一批指令，15分钟就能达成目标，整个系统一般45分钟左右达成目标。”王忠静强调，“精准灌溉就是这么实现的。”

　　工作人员指着中间一条纵坐标为“0”的曲线进一步解释，“越接近这条曲线，代表指标口即时流量和目标流量的偏差越小。如果某个指标口的变化曲线与这条重合，代表偏差为零，完全达成目标。”

　　两年来，该课题承担单位清华大学通过不懈努力，实现了西干渠灌域100多公里渠道管理全程数字化。在王忠静看来，“我们的控制系统已经像汽车一样，进入了自动驾驶阶段。”

　　打造国内首个百万亩级智慧灌区

　　引黄灌区水联网全渠系智能控制关键技术，是宁夏数字治水项目的缩影。水利人和科技人并肩作战，当起了“现代大禹”。

　　2020年5月1日，由王忠静教授负责、宁夏水利科学研究院担纲，这一重大研究项目正式启动。4个课题分别是宁夏引黄灌区水联网全渠系智能控制关键技术，贺兰山苏峪口沟洪水精准预报与智能调度技术，河湖水质自动监测、智能诊断及智慧河长技术，西干渠灌域百万亩级水联网数字治水集成示范。

　　巍巍贺兰山东麓，长约290公里，宽约33公里，涵盖宁夏4个地级市共11个县区和10个工业园区，涉及人口379万人，占总人口的一半以上。该课题构建了卫星、雷达、地表多源雨情监测与耦合优化布局体系，建立了气候模式、气象雷达联合降水预测模型，建立了暴雨洪水预报与山前拦洪库联合调度技术，将洪水预报的预见期由0.5小时提高至2.5小时，可支撑山区取得防洪和非常规水资源利用双赢。

　　塞上江南好，纵横“七十二连湖”。让银川平原永葆清波荡漾、鸥戏鹭翔，是每个人心中的愿景。

　　民之所向，我之所往。

　　课题组研发了监测与仿真实时耦合的河湖水质在线智能分析模型及其智慧河长云平台，实现了河湖水质全天候自动监测、实时动态模拟及水环境突变预警预报。

　　三管齐下，国内首个百万亩级智慧灌区跃然而出。该项目第四课题组将前三项技术在西干渠灌域集成示范，效果显著。

　　水联网现代化灌区技术应用，可节水6%、节劳50%、节能15%；洪水精准预报与智能调度技术应用，把洪水预报预见期提高2小时，精度提高到85%；河湖水质智能诊断及智慧河长技术应用，可大幅减轻河长巡河工作强度，提前3天智能预测水华发生的可能性和程度。

　　在同类型灌区具有广阔应用前景

　　宁夏数字治水项目验收当天，专家组经查看现场、听取汇报、审阅资料、质询评议，一致认为项目开展水联网数字治水关键技术研究与示范，对于促进水资源节约集约利用、水利高质量发展、智慧水利建设具有重大意义。“今天实地走访了三个试验点，感觉各有特点，在科研应用方面也有共同之处，那就是实现了技术、管理和服务的融合。”水利部水文水资源监测预报中心副主任成建国表示。

　　中国科学院地理科学与资源研究所研究员贾绍凤也称，项目在灌区渠系输配水精量智能控制技术、干旱区多源信息耦合雨洪预报与智能调度技术、河湖水质在线监测及水质水动力实时计算模拟技术等方面创新突出。

　　按照专家组验收意见，宁夏数字治水项目取得的11项关键技术及其在宁夏的示范应用，将大幅提高宁夏水资源利用效率和管理水平，在水资源利用的精量、智能、低碳、节水和经济等方面支撑黄河流域水资源高效利用和水利事业高质量发展。

　　记者注意到，专家认为项目研究成果在西干渠、秦汉渠和银川市水务局得到推广应用，在我国同类型灌区具有广阔应用前景。

　　“在高速公路上开车，什么时候最省油？答案是自动驾驶的时候。这次我们把传统灌区的灌溉管理从‘手动驾驶模式’切换到‘自动驾驶模式’，为的就是准确配水，准确调度，达到灌溉节水的目标。”王忠静表示。

　　他仔细算了一笔账：灌区通过自动管理，节水能达到6%，如果宁夏40亿立方米的黄河用水指标都能依靠这种手段进行管理，节约的2.4亿立方米用水总指标按照现在国家水权长期交易价，价值应该是75亿元左右。

　　“假如将来宁夏600多万亩的黄河灌区都用上这一技术，必将推动黄河流域生态保护和高质量发展到新的阶段。”宁夏科技厅农村科技处处长徐小涛如是憧憬。