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“模型黃河”數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化智能化提升工程邁上新臺階

時間：2024-09-02 來源：中國水利報

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　　日前，黃河下游河道模型設(shè)備率定校準操作平臺及模型沙快速置換設(shè)備落位“模型黃河”試驗基地，標志著“模型黃河”數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化智能化提升工程邁上新臺階。

　　水利部黃河水利委員會黃河水利科學(xué)研究院堅持需求牽引，全方位保障“模型黃河”升級改造工作，為“三條黃河”聯(lián)動、流域水旱災(zāi)害防御提供科技支撐。

　　升級改造勢在必行

　　“模型黃河”通過對原型自然現(xiàn)象復(fù)演、模擬和試驗，揭示黃河自然規(guī)律，為“原型黃河”研究和“數(shù)字孿生黃河”建設(shè)提供物理參數(shù)，是黃河治理方案驗證比選的實測平臺。

　　“模型黃河”體系包括黃土高原模型、水庫模型、河道模型及河口模型，黃河下游河道模型是“模型黃河”體系的重要組成部分。多年來，科研人員借助黃河下游河道模型開展小浪底水庫運用初期黃河下游河道演變規(guī)律、黃河下游游蕩性河道整治、洪水演進等相關(guān)試驗，為黃河防汛決策提供重要技術(shù)支撐。自2016年起，下游河道模型連續(xù)9年開展黃河下游洪水演進預(yù)報試驗，為黃河下游有針對性地防大水、搶大險提供了重要參考依據(jù)。

　　“目前，河道模型主要采用人工或傳統(tǒng)技術(shù)進行模型制作、數(shù)據(jù)測控、成果展示，難以滿足新時期、新形勢下開展水沙運動及河床演變規(guī)律探索、河道整治、洪水防御、水工程調(diào)度、重大水利工程建設(shè)論證等需要。”黃科院水旱災(zāi)害防御科技支撐工作組常務(wù)副組長曹永濤說。

　　2023年4月，水利部領(lǐng)導(dǎo)在調(diào)研“模型黃河”試驗基地時明確指出：要針對黃河特殊河情，建構(gòu)多場景多維度多方式的研究場，持續(xù)推進“原型黃河”“模型黃河”“數(shù)字孿生黃河”建設(shè)，不斷提升“模型黃河”建設(shè)的科技水平，通過“三條黃河”的聯(lián)動性協(xié)同性參證性研究運用，更加科學(xué)系統(tǒng)深入地研究黃河保護治理方案。

　　“模型黃河”升級改造勢在必行。接到任務(wù)后，黃科院第一時間成立“模型黃河”提升工作領(lǐng)導(dǎo)小組及工作專班，由院長余欣掛帥，高位推動頂層設(shè)計、實施方案等有關(guān)重大事項。

　　工作專班28人加班加點，反復(fù)修改完善，歷時149天編制完成了《“模型黃河”數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化智能化提升三年工作推進方案》。方案明確以“模型制作機械化、要素測控自動化、過程模擬智能化、試驗結(jié)果精準化、試驗環(huán)境人文化”為總體目標，先期重點對黃河下游河道模型、黃河口模型和古賢水庫模型等進行數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化提升改造。

　　自主研發(fā)增強核心競爭力

　　黃河下游河道模型升級改造項目前期工作頭緒多、要求高、難度大。此次模型升級改造可研報告編制時間緊、任務(wù)重，項目組成員一次次修改完善可研初設(shè)報告，在不到1個月的時間內(nèi)，項目組圓滿完成報告編制，并由黃委上報水利部。同時，項目組抓緊編制完善項目初步設(shè)計報告，力爭盡快實施。

　　全程參與項目前期工作的科研骨干張向?qū)Υ松钣懈杏|，他說：“連軸轉(zhuǎn)、熬通宵既是‘家常飯’，也是‘豐收餐’。”

　　5月31日，黃科院主持編制的《黃河下游河道模型升級改造初步設(shè)計報告》獲黃委批復(fù)，標志著黃河下游河道模型升級改造項目正式進入建設(shè)實施階段。

　　黃科院迅速成立以分管院領(lǐng)導(dǎo)為組長的調(diào)研組，多次赴現(xiàn)場調(diào)研兄弟單位模型自動化制作設(shè)備、含沙量測量儀、水面流場監(jiān)測等模型試驗裝置及量測設(shè)備情況，借鑒實體模型運行及量測設(shè)備應(yīng)用、模型智慧管控平臺建設(shè)等方面的先進經(jīng)驗。今年5月，調(diào)研組赴南科院、河海大學(xué)，重點學(xué)習(xí)了模型測控、試驗基地管理維護方面的成功做法，為模型智慧管控平臺建設(shè)和管理提供了借鑒和參考。

　　黃科院副院長王敏說：“先進的儀器設(shè)備有利于科研人員更深入地解讀和分析數(shù)據(jù)，提供更準確高效的結(jié)果和預(yù)測，為‘模型黃河’未來發(fā)展提供更多想象空間和創(chuàng)新機會。”

　　黃科院自主研發(fā)了“河工模型人工智能地形制作設(shè)備”，該設(shè)備通過高精度機械設(shè)備搭載數(shù)字地形和人工智能控制技術(shù)，可實現(xiàn)高精度、高分辨率、大場景復(fù)雜模型三維地形的快速制作，是國內(nèi)首例專為河工實體模型地形制作而設(shè)計的智能一體化設(shè)備。新設(shè)備的誕生，將大大縮短動床模型制作時間，減少人力制作成本，增強核心競爭力。目前，設(shè)備正在專用水槽進行調(diào)試，在完成技術(shù)改進后，逐步向黃河下游河道模型制作推廣應(yīng)用。

　　明確升級改造“三步走”

　　“黃河下游河道模型升級改造”邁出了“模型黃河”數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化智能化的關(guān)鍵一步，為深入貫徹落實水利部、黃委工作要求，黃科院明確了黃河下游河道模型升級改造“三步走”——

　　第一步，要通過引入高精度的試驗要素測控設(shè)備，實現(xiàn)模型進出口的自動化控制，解決試驗中水位、流場、含沙量等關(guān)鍵要素的自動化精準化測量問題，實現(xiàn)試驗測控自動化；

　　第二步，要通過人機交互方法，基于實測斷面信息即可實現(xiàn)河道數(shù)字地形的全流程自動化制作，提高動床模型地形制作效率和精度，實現(xiàn)模型制作機械化；

　　第三步，要通過試驗計劃、模型測控、試驗管理、成果分析、多源數(shù)據(jù)三維展示、多源數(shù)據(jù)融合分析等業(yè)務(wù)的集成，解決測控設(shè)備統(tǒng)一操作、設(shè)備狀況監(jiān)測、試驗過程及試驗結(jié)果展示，并整合提升水利模型試驗室信息化建設(shè)成果，深化信息技術(shù)與模型測控業(yè)務(wù)融合，實現(xiàn)試驗設(shè)備管理智能化。

　　目前，黃科院已成立項目建設(shè)管理工作組，下一步，將依法依規(guī)加快提檔升級工作，確保進度如期、質(zhì)量過硬、目標實現(xiàn)，努力把“黃河下游河道模型升級改造項目”打造成為標桿工程、平安工程、廉潔工程，高水平實施“模型黃河”三年提升行動，為黃河流域水利高質(zhì)量發(fā)展提供新動能、新優(yōu)勢。