政策背景
數字孿生灌區建設是智慧水利建設的重要內容，是提升灌區建設管理水平的有效手段?！丁笆奈濉敝卮筠r業(yè)節水供水工程實(shí)施方案》明確指出，要實(shí)現灌區管理和用水調度數字化、網(wǎng)絡(luò )化和智能化。2022年全國水利工作會(huì )議明確要求，打造一批現代化數字灌區。
方案概述
數字孿生灌區是以物理灌區為單元、時(shí)空數據為底座、數學(xué)模型為核心、水利知識為驅動(dòng)，對物理灌區全要素和建設運行全過(guò)程進(jìn)行數字映射、智能模擬、前瞻預演，與物理灌區同步仿真運行、虛實(shí)交互、迭代優(yōu)化，實(shí)現對物理灌區實(shí)時(shí)監控、發(fā)現問(wèn)題、優(yōu)化調度的新型基礎設施。
建設原則
需求牽引
應用至上
分析灌區業(yè)務(wù)管理需求，因地制宜開(kāi)展基礎設施和平臺體系建設
統籌謀劃
分步實(shí)施
謀劃頂層設計明確建設目標和建設內容，急用先建、分步實(shí)施
整合共享
集約建設
整合已建、統籌在建、規范新建避免重復建設
融合創(chuàng )新
先進(jìn)實(shí)用
強化云計算、大數據、數字孿生、物聯(lián)網(wǎng)、
人工智能、5G、區塊鏈等信息技術(shù)應用
整體防護
安全可靠
構建安全可靠的網(wǎng)絡(luò )安全體系優(yōu)先采用自主可控軟硬件
根據水利部和河南省水利廳智慧水利建設和數字孿生水利建設的總體部署，灌區數字化建設按照“需求牽引、應用至上、數字賦能、提升能力”要求，以灌區業(yè)務(wù)應用為導向，以數字化、網(wǎng)絡(luò )化、智能化為主線(xiàn)，在灌區已建信息化平臺的基礎上重點(diǎn)開(kāi)展灌區業(yè)務(wù)管理軟件系統的擴展，補充立體感知和自動(dòng)控制站點(diǎn)建設，完善通信網(wǎng)絡(luò )，提升灌區支撐保障能力，構建孿生平臺，強化配水調度管理，建設具有預報、預警、預演、預案功能的數字化灌區。
業(yè)務(wù)場(chǎng)景
> 數字孿生灌區一張圖
基于數據底板和可視化模型，為灌區信息綜合服務(wù)、供水管理和工程管理等業(yè)務(wù)，提供信息查詢(xún)、分析和智能推薦等功能，提升灌區的綜合管理和服務(wù)能力。
> 供需水預報與決策
根據氣候、土壤、水資源狀況等信息，利用供需水預測模型對需水情況進(jìn)行預測，支撐灌溉用水的科學(xué)決策，提高灌溉效率和水資源利用率。
> 水資源配置與供用水調度
基于水資源配置模型的水資源優(yōu)化配置、產(chǎn)匯流模擬、再生水模擬、水質(zhì)擬等核心模塊，實(shí)現灌區的多水聯(lián)用、單元劃分、空間分配及時(shí)間分配。
> 水旱災害防御
建立一套以旱情檢測、旱災預警、來(lái)洪預報、泄洪預案為核心的水旱災害防御系統，以保障灌區的水資源供應和農業(yè)生產(chǎn)的穩定進(jìn)行。
> 量水與水費計收
通過(guò)對渠系、灌區、泵站用水的精準計量，根據不同的用水類(lèi)型設定不同的水價(jià)模板，支持階梯水價(jià)和非階梯水價(jià)的收費方式，實(shí)現線(xiàn)上費用管理功能。
> 工程管理
基于數字地球底座，對灌區的各類(lèi)工程信息進(jìn)行監管，實(shí)現流域、河流、湖泊、水庫、泵站、溝渠道、取水井、水閘、農田等工程的可視化空間展示。
> 水公共服務(wù)
支持遠程應用對灌區GIS地圖、監測數據、視頻監控、預警廣播、閘門(mén)控制及巡查巡檢監測預警等信息的查看。
水公共服務(wù)
配套終端產(chǎn)品
產(chǎn)品特點(diǎn)
全面性
涵蓋信息采集種類(lèi)全，數據全面，可較好的指導灌區管理和實(shí)現灌區管理的信息化
實(shí)用性
功能以實(shí)用性為基本出發(fā)點(diǎn),滿(mǎn)足日常灌區管理的需要，并在此基礎上進(jìn)行新功能開(kāi)發(fā)?；緦?shí)現灌區的各種站點(diǎn)設備無(wú)人值守
方便性
系統的功能為用戶(hù)的日常工作提供了方便，可以足不出戶(hù)實(shí)現供配水的調度操作，可以實(shí)時(shí)監測調水量，可以實(shí)時(shí)查看灌區的水情信息等
集成性
該系統集成了灌區內各種生產(chǎn)設備、水利建筑設施的狀態(tài)控制和信息采集，實(shí)現了水利一張圖、監控一張網(wǎng)、一鍵控制等管理目標
可靠性
系統經(jīng)過(guò)多個(gè)案例的實(shí)踐證明，系統運行可靠，可長(cháng)時(shí)間無(wú)故障運行，是灌區運行管理的可靠保障
典型案例
河南某水庫灌區智慧平臺
該灌區全方位提升灌區輸水能力，高標準建設輸水設施，構建了全天候可監測、可控制的數字化灌區遠程控制系統和智能化用戶(hù)灌溉操控體系。通過(guò)該灌區智慧平臺，實(shí)時(shí)查看灌區管網(wǎng)的運行情況，實(shí)現遠程操作，對灌區用水進(jìn)行調度，同時(shí)還能向用水戶(hù)發(fā)布墑情信息預報、預警，實(shí)現及時(shí)有效灌溉。
目前，該灌區的灌溉面積達到了11.78萬(wàn)畝，同時(shí)供應4個(gè)鄉（鎮）10萬(wàn)人的飲水。灌區已基本實(shí)現高效節水全覆蓋，灌溉用水計量率100%。
某大型灌區
該灌區工程是國務(wù)院確定的150項重大水利工程之一，設計水平年平均供水量12507萬(wàn)立方米。主要建設內容包括某大型水庫、總長(cháng)64.17公里的4條干渠、總長(cháng)96.62公里的19條支渠，以及各類(lèi)渠系建筑物934座。項目建成后，可解決30.71萬(wàn)畝灌溉用水和16.39萬(wàn)居民的生活用水問(wèn)題。通過(guò)融合灌區現有業(yè)務(wù)應用系統，結合灌區各級用戶(hù)業(yè)務(wù)職責，設計主要包括灌區一張圖、需水感知與預報決策、水資源配置與供用水調度、水旱災害防御、工程管理、量水與水費管理等功能模塊，構建特色數字化灌區平臺。
