智慧水利数字孪生灌区解决方案

智慧水利数字孪生灌区解决方案

数字孪生灌区建设是智慧水利建设的重要内容，是提升灌区建设管理水平的有效手段。《“十四五”重大农业节水供水工程实施方案》明确指出，要实现灌区管理和用水调度数字化、网络化和智能化。2022年全国水利工作会议明确要求，打造一批现代化数字灌区。

方案概述

数字孪生灌区是以物理灌区为单元、时空数据为底座、数学模型为核心、水利知识为驱动，对物理灌区全要素和建设运行全过程进行数字映射、智能模拟、前瞻预演，与物理灌区同步仿真运行、虚实交互、迭代优化，实现对物理灌区实时监控、发现问题、优化调度的新型基础设施。

建设原则

• 需求牵引：分析灌区业务管理需求，因地制宜开展基础设施和平台体系建设
• 统筹谋划：谋划顶层设计明确建设目标和建设内容，急用先建、分步实施
• 整合共享：整合已建、统筹在建、规范新建避免重复建设
• 融合创新：强化云计算、大数据、数字孪生、物联网、人工智能、5G、区块链等信息技术应用
• 整体防护：构建安全可靠的网络安全体系优先采用自主可控软硬件

根据水利部和河南省水利厅智慧水利建设和数字孪生水利建设的总体部署，灌区数字化建设按照“需求牵引、应用至上、数字赋能、提升能力”要求，以灌区业务应用为导向，以数字化、网络化、智能化为主线，在灌区已建信息化平台的基础上重点开展灌区业务管理软件系统的扩展，补充立体感知和自动控制站点建设，完善通信网络，提升灌区支撑保障能力，构建孪生平台，强化配水调度管理，建设具有预报、预警、预演、预案功能的数字化灌区。

总体框架

以天云孪生水利平台为核心，聚焦灌区供需水预报与决策、水资源配置与用水调度、水旱灾害防御、量水与水费征计收、工程管理、水公共服务等核心业务，构建数字孪生灌区总体框架。

业务场景

• 数字孪生灌区一张图：基于数据底板和可视化模型，为灌区信息综合服务、供水管理和工程管理等业务，提供信息查询、分析和智能推荐等功能，提升灌区的综合管理和服务能力。
• 供需水预报与决策：根据气候、土壤、水资源状况等信息，利用供需水预测模型对需水情况进行预测，支撑灌溉用水的科学决策，提高灌溉效率和水资源利用率。
• 水资源配置与供用水调度：基于水资源配置模型的水资源优化配置、产汇流模拟、再生水模拟、水质拟等核心模块，实现灌区的多水联用、单元划分、空间分配及时间分配。
• 水旱灾害防御：建立一套以旱情检测、旱灾预警、来洪预报、泄洪预案为核心的水旱灾害防御系统，以保障灌区的水资源供应和农业生产的稳定进行。
• 量水与水费计收：通过对渠系、灌区、泵站用水的精准计量，根据不同的用水类型设定不同的水价模板，支持阶梯水价和非阶梯水价的收费方式，实现线上费用管理功能。
• 工程管理：基于数字地球底座，对灌区的各类工程信息进行监管，实现流域、河流、湖泊、水库、泵站、沟渠道、取水井、水闸、农田等工程的可视化空间展示。
• 水公共服务：支持远程应用对灌区GIS地图、监测数据、视频监控、预警广播、闸门控制及巡查巡检监测预警等信息的查看。

配套终端产品

• 智能井房
• DN80电动蝶阀
• 控制器防水箱
• ND80超声波水表
• 刷卡模块
• 远传监测灌溉控制系统
• 遥测终端机
• 水电双计控制器
• 太阳能充放电控制器
• 嵌入式太阳能板
• 太阳能电池
• 三通道10寸屏智能水肥一体机
• 气象站
• 土壤墒情检测站
• 雷达水位计
• 一体式雷达流量计
• 智能精准施肥机
• 水泵恒压变频柜
• 虫情测报仪
• 孢子捕捉分析仪
• 水质监测站

产品特点

• 全面性：涵盖信息采集种类全，数据全面，可较好的指导灌区管理和实现灌区管理的信息化
• 实用性：功能以实用性为基本出发点,满足日常灌区管理的需要，并在此基础上进行新功能开发。基本实现灌区的各种站点设备无人值守
• 方便性：系统的功能为用户的日常工作提供了方便，可以足不出户实现供配水的调度操作，可以实时监测调水量，可以实时查看灌区的水情信息等
• 集成性：该系统集成了灌区内各种生产设备、水利建筑设施的状态控制和信息采集，实现了水利一张图、监控一张网、一键控制等管理目标
• 可靠性：系统经过多个案例的实践证明，系统运行可靠，可长时间无故障运行，是灌区运行管理的可靠保障

典型案例

• 河南某水库灌区智慧平台：该灌区全方位提升灌区输水能力，高标准建设输水设施，构建了全天候可监测、可控制的数字化灌区远程控制系统和智能化用户灌溉操控体系。通过该灌区智慧平台，实时查看灌区管网的运行情况，实现远程操作，对灌区用水进行调度，同时还能向用水户发布墒情信息预报、预警，实现及时有效灌溉。目前，该灌区的灌溉面积达到了11.78万亩，同时供应4个乡（镇）10万人的饮水。灌区已基本实现高效节水全覆盖，灌溉用水计量率100%。
• 某大型灌区：该灌区工程是国务院确定的150项重大水利工程之一，设计水平年平均供水量12507万立方米。主要建设内容包括某大型水库、总长64.17公里的4条干渠、总长96.62公里的19条支渠，以及各类渠系建筑物934座。项目建成后，可解决30.71万亩灌溉用水和16.39万居民的生活用水问题。通过融合灌区现有业务应用系统，结合灌区各级用户业务职责，设计主要包括灌区一张图、需水感知与预报决策、水资源配置与供用水调度、水旱灾害防御、工程管理、量水与水费管理等功能模块，构建特色数字化灌区平台。

智慧水利数字孪生灌区解决方案旨在通过数字孪生技术提升灌区的数字化、智能化水平。数字孪生灌区是以物理灌区为单元、时空数据为底座、数学模型为核心、水利知识为驱动，对物理灌区全要素和建设运行全过程进行数字映射、智能模拟、前瞻预演，与物理灌区同步仿真运行、虚实交互、迭代优化，实现对物理灌区的实时监控、发现问题、优化调度的新型基础设施。