“模型黄河”数字化网络化智能化提升工程迈上新台阶

时间：2024-09-02 来源：中国水利报

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　　日前，黄河下游河道模型设备率定校准操作平台及模型沙快速置换设备落位“模型黄河”试验基地，标志着“模型黄河”数字化网络化智能化提升工程迈上新台阶。

　　水利部黄河水利委员会黄河水利科学研究院坚持需求牵引，全方位保障“模型黄河”升级改造工作，为“三条黄河”联动、流域水旱灾害防御提供科技支撑。

　　升级改造势在必行

　　“模型黄河”通过对原型自然现象复演、模拟和试验，揭示黄河自然规律，为“原型黄河”研究和“数字孪生黄河”建设提供物理参数，是黄河治理方案验证比选的实测平台。

　　“模型黄河”体系包括黄土高原模型、水库模型、河道模型及河口模型，黄河下游河道模型是“模型黄河”体系的重要组成部分。多年来，科研人员借助黄河下游河道模型开展小浪底水库运用初期黄河下游河道演变规律、黄河下游游荡性河道整治、洪水演进等相关试验，为黄河防汛决策提供重要技术支撑。自2016年起，下游河道模型连续9年开展黄河下游洪水演进预报试验，为黄河下游有针对性地防大水、抢大险提供了重要参考依据。

　　“目前，河道模型主要采用人工或传统技术进行模型制作、数据测控、成果展示，难以满足新时期、新形势下开展水沙运动及河床演变规律探索、河道整治、洪水防御、水工程调度、重大水利工程建设论证等需要。”黄科院水旱灾害防御科技支撑工作组常务副组长曹永涛说。

　　2023年4月，水利部领导在调研“模型黄河”试验基地时明确指出：要针对黄河特殊河情，建构多场景多维度多方式的研究场，持续推进“原型黄河”“模型黄河”“数字孪生黄河”建设，不断提升“模型黄河”建设的科技水平，通过“三条黄河”的联动性协同性参证性研究运用，更加科学系统深入地研究黄河保护治理方案。

　　“模型黄河”升级改造势在必行。接到任务后，黄科院第一时间成立“模型黄河”提升工作领导小组及工作专班，由院长余欣挂帅，高位推动顶层设计、实施方案等有关重大事项。

　　工作专班28人加班加点，反复修改完善，历时149天编制完成了《“模型黄河”数字化网络化智能化提升三年工作推进方案》。方案明确以“模型制作机械化、要素测控自动化、过程模拟智能化、试验结果精准化、试验环境人文化”为总体目标，先期重点对黄河下游河道模型、黄河口模型和古贤水库模型等进行数字化、网络化、智能化提升改造。

　　自主研发增强核心竞争力

　　黄河下游河道模型升级改造项目前期工作头绪多、要求高、难度大。此次模型升级改造可研报告编制时间紧、任务重，项目组成员一次次修改完善可研初设报告，在不到1个月的时间内，项目组圆满完成报告编制，并由黄委上报水利部。同时，项目组抓紧编制完善项目初步设计报告，力争尽快实施。

　　全程参与项目前期工作的科研骨干张向对此深有感触，他说：“连轴转、熬通宵既是‘家常饭’，也是‘丰收餐’。”

　　5月31日，黄科院主持编制的《黄河下游河道模型升级改造初步设计报告》获黄委批复，标志着黄河下游河道模型升级改造项目正式进入建设实施阶段。

　　黄科院迅速成立以分管院领导为组长的调研组，多次赴现场调研兄弟单位模型自动化制作设备、含沙量测量仪、水面流场监测等模型试验装置及量测设备情况，借鉴实体模型运行及量测设备应用、模型智慧管控平台建设等方面的先进经验。今年5月，调研组赴南科院、河海大学，重点学习了模型测控、试验基地管理维护方面的成功做法，为模型智慧管控平台建设和管理提供了借鉴和参考。

　　黄科院副院长王敏说：“先进的仪器设备有利于科研人员更深入地解读和分析数据，提供更准确高效的结果和预测，为‘模型黄河’未来发展提供更多想象空间和创新机会。”

　　黄科院自主研发了“河工模型人工智能地形制作设备”，该设备通过高精度机械设备搭载数字地形和人工智能控制技术，可实现高精度、高分辨率、大场景复杂模型三维地形的快速制作，是国内首例专为河工实体模型地形制作而设计的智能一体化设备。新设备的诞生，将大大缩短动床模型制作时间，减少人力制作成本，增强核心竞争力。目前，设备正在专用水槽进行调试，在完成技术改进后，逐步向黄河下游河道模型制作推广应用。

　　明确升级改造“三步走”

　　“黄河下游河道模型升级改造”迈出了“模型黄河”数字化网络化智能化的关键一步，为深入贯彻落实水利部、黄委工作要求，黄科院明确了黄河下游河道模型升级改造“三步走”——

　　第一步，要通过引入高精度的试验要素测控设备，实现模型进出口的自动化控制，解决试验中水位、流场、含沙量等关键要素的自动化精准化测量问题，实现试验测控自动化；

　　第二步，要通过人机交互方法，基于实测断面信息即可实现河道数字地形的全流程自动化制作，提高动床模型地形制作效率和精度，实现模型制作机械化；

　　第三步，要通过试验计划、模型测控、试验管理、成果分析、多源数据三维展示、多源数据融合分析等业务的集成，解决测控设备统一操作、设备状况监测、试验过程及试验结果展示，并整合提升水利模型试验室信息化建设成果，深化信息技术与模型测控业务融合，实现试验设备管理智能化。

　　目前，黄科院已成立项目建设管理工作组，下一步，将依法依规加快提档升级工作，确保进度如期、质量过硬、目标实现，努力把“黄河下游河道模型升级改造项目”打造成为标杆工程、平安工程、廉洁工程，高水平实施“模型黄河”三年提升行动，为黄河流域水利高质量发展提供新动能、新优势。