張海林

（安徽省淠史杭灌區管理總局紅石嘴管理處，安徽 六安 237000）

隨著信息技術的迅速發展及其在各領域的深度融合，數字孿生技術已經成為改變傳統行業模式和提升智能水平的重要手段。數字孿生技術通過創建物理實體的虛擬映射，實現虛擬空間與物理空間的深層互動與數據同步，已經在制造業、航空航天、醫療健康等多個領域展示了其能力。灌區水利工程作為關乎農業生產與區域水資源管理的關鍵基礎設施，亟需借助數字孿生技術實現精準管理與高效運營。企業作為主要的技術開發者和服務提供者，應積極響應政策，開發和應用新的技術，推動灌區控水系統的信息化建設。

1 灌區數字孿生技術的含義

灌區數字孿生技術是一種集成了物理模型、傳感器更新、操作歷史以及數據分析的復雜系統模擬技術。其背后的核心思想源于數字孿生概念，即通過創建物理實體的數字化映射，來實現對該實體的模擬和分析。在灌區管理中，這一概念的運用意味著巨大的潛力和發展空間。

灌區作為農業生產和水資源管理的重要組成部分，其有效管理對于保障水資源的合理分配與利用具有至關重要的作用。數字孿生技術在灌區管理中的應用，可以通過實時監控水量、水質和水利設施狀況等信息，構建灌區模型，并利用該模型對水資源配置、灌溉策略、灌區設施運行維護等進行模擬和優化。

數字孿生技術能夠提高灌區水利管理的精準性。通過搭建灌區的數字孿生平臺，管理者可以實時獲取灌區范圍內的水文、氣象等數據。利用這些數據，配合先進的模擬算法，能夠對灌區內水量變化進行預測并做出相應的調整。例如，在旱季與雨季到來前，利用數字孿生平臺對灌區進行水資源的合理調配，確保作物供水需求與水資源的有效利用。數字孿生技術支撐灌區運營的決策。在灌區的具體運營中，決策者可以通過數字孿生模型來預測各種操作的影響效果和可能的風險。例如，通過模擬不同的灌溉策略，找到最適宜的灌溉時機和用水量，以及最能節約資源的灌溉方式。灌區的設施管理和維護也可以得到數字孿生技術的支持。依靠灌區數字孿生模型，可以對水庫、涵洞、渠道等設施進行實時監控，并基于數據分析預測設施的損壞和老化，從而更有效地規劃維修和升級工作，避免突發故障帶來的損失和影響。隨著技術的發展和應用范圍的拓展，灌區數字孿生平臺可以連接更多類型的數據源，形成更為全面和細致的管理網絡。例如，可以將遙感技術、無人機巡查等先進手段與數字孿生平臺結合，以提供更加準確和全面的數據分析結果。

2 數字孿生技術在灌區水利工程中的應用

2.1 突出農田經營管理范圍，合理劃分灌區管理范圍

農田灌溉作為農業生產的重要環節，其有效管理對于提高農業產出效益，實現農業現代化發展，以及調配水資源具有重要的意義。為了更好地實現這些目標，以政府為主導，協調相關部門，重新研判和評估農田經營管理范圍，并據實劃分灌區管理范圍，這是一項基本的方向。

灌區管理始終以土地經營者為主體，以水利為龍頭。確保農田獲得充足的水資源，是農業生產的基礎要求。如果沒有及時、充足的水源供應，農田的產量將大大降低，農民的收入也將受到影響。因此，優化和改進灌溉系統，實現水資源的高效利用，是提高農業產出效益的關鍵。為了實現這一目標，需要深入研究農田灌溉的科學方法，提高農田的耕作和灌溉效率，減少水資源的浪費。加大先進技術的投入力度，引進和開發新的灌溉技術和設備，使得農田灌溉更加智能化、高效化。此外，還要對農田的產量和質量進行監控，及時調整農田的灌溉策略，以提高農田的生產力。

通過上述工作的實施，可以形成以水促農、量產增收、農民增收的發展新格局。優化和改進農田灌溉系統，可以使農田得到更多的水資源，進而提高農田的產量，增加農民的收入。同時，通過科學的農田灌溉，還可以節約水資源，降低農田的經營成本。水資源的節約并不意味著減少農田的水源供應，而是通過科學的灌溉方式，減少水資源的浪費，提高水資源的利用效率。這樣，可以實現水資源的節約與配置，進一步降低水資源的成本[1]。

2.2 加快灌區供水模式管理制度改革，按需供水

在實施“以防為主、防抗結合、增產增收”的灌溉用水原則時，管理者需要采取一系列措施來確保水資源的合理分配和有效利用，同時也要考慮到保證農民的經濟利益和實現可持續發展。工作人員需要確立明確的合同用水規范，確保供水企業和農民之間存在明確的水量和水質方面的合同。這不僅保證了農田的基本灌溉需求，也為灌溉提供了法律保障。合同應包含水價、供水時間、供水量以及違約責任等關鍵條款，為農民和供水企業提供清晰的權責明確的指導。根據不同的季節和灌溉需求對水價進行適當調整。在水資源緊張的時期，如干旱季節，水價可適當提高，鼓勵農民節約用水；在水資源豐富的季節，則可以實行優惠水價，激勵農戶充分利用水資源。同時，根據作物的經濟效益和對水的需求程度，實現差異化的水價政策，厘定合理的水資源價格。灌區管理應按照不同的水源、水渠系統和用水區域進行分區，建立起嚴密的管理網絡。每一個管理區都應設立責任人，對該區域內的用水監管、維護灌溉系統、水費征收等工作負責。確保水利設施的良好運轉，維護和管理責任明確到人，提升管理效率。價格是調節水資源配置的有效手段。水價的合理設定應當反映供水成本、資源稀缺性和市場需求，并考慮到農民的收益。建立健全的水費征收和監管機制，確保農民按照水價政策合理支付水費，同時確保水資源得到合理的管理和利用。利用信息化技術，如地理信息系統（GIS）、遠程監控系統來管理灌溉用水。工作人員通過收集、整合和分析地理數據，如土壤類型、降雨分布以及地形地貌等，可以繪制出灌溉區域的地理信息圖。這些信息可以幫助農戶和管理者了解土壤水分分布情況對灌溉水分的影響，從而為合理規劃灌溉方案提供更加科學的依據。工作人員可以通過傳感器和監測裝置，實時監測灌溉水量、土壤水分含量以及作物生長情況等關鍵參數，并將數據傳輸到中心服務器進行實時處理與分析。農戶和管理者可以通過手機或電腦遠程查看灌溉設備的工作狀態以及土壤水分情況，根據實際情況及時調整灌溉量和操作方式，提高灌溉效率和水資源利用效率。同時，監測數據的分析和比對結果也可以揭示出灌溉系統中存在的問題和不足之處，為科學決策提供依據。在數據分析方面，工作人員可以利用信息化技術對大量的灌溉數據進行處理和分析，提取其中的有用信息。工作人員通過對歷史灌溉數據的分析，可以預測未來的灌溉需求和水資源供應情況，為灌溉決策提供依據。此外，工作人員還可以利用數據分析技術，建立關聯模型，預測灌溉水量和作物產量之間的關系，為優化灌溉方案提供科學參考[2]。

2.3 完善信息基礎建設，擴大信息采集范圍

灌區數字孿生建設主要依賴對灌區管理中涉及的各個環節的建模和數字化處理，從而對灌區水利基礎設施和灌區渠道進行無縫監控，實現灌區控水系統的智能化與遠程化[3]。一方面，我們需要擴大現有水利基礎設施及灌區渠道的監控范圍。這意味著需要在首部工程、渠道內工程以及田間界地建立監控節點，收集并實時傳輸相關數據。這些數據包括但不限于水位、流速、流量及其變化情況，甚至可以通過設備監測到環境溫度、濕度等數據。這樣可以實現對整個灌區的精細化管理，為根據氣候變化、作物需水量等因素制定灌溉策略提供數據支撐。另一方面，我們需要提升灌區控水系統的信息化水平。當前的灌區控水系統還主要依賴人力進行操作和監控，這其中既存在操作不便的問題，也有人為錯誤的風險存在。通過建立起可以遠程操作的控制系統，實現自動化，將大大提高運行效率和安全性。

為了實現這一目標，GIS 可以為灌區水利設施提供關于設施位置、屬性和狀態的詳細信息，并通過實時更新數據來提供灌溉系統的動態管理。GIS 的建立與維護是灌溉系統智能化的基礎，也是為更高級的智能管理系統提供支撐的數據平臺。通過無線通信技術，可實時收集并反饋水利設施的運行數據，通過對這些數據的處理和分析，可以提供設備運行狀態的準確信息，有助于做出及時的決策，避免或減少因水利設施故障所引發的災害[4]。

2.4 加強人才隊伍建設，搭建互聯互通共享數字模型平臺

推進灌區數字孿生建設不僅是技術革新的要求，也是現代水利經濟發展的內在需求。數字孿生技術作為一種全新的信息融合手段，其核心在于通過數字化手段構建實體的虛擬映射，實現實時動態監控，從而提升灌區管理效率與水利資源配置的科學性[5]。而人才支撐與空間基礎信息的整合共享是實現這一目標的關鍵所在。在人才引進和職工培訓方面，需建立健全全面的人才培養機制。這包括但不限于為高校畢業生提供水利行業實習機會，針對在職職工開展數字孿生及相關技術的再教育培訓，同時通過搭建人才引入平臺，吸引國內外水利領域的專業人才加盟。充分運用線上與線下培訓資源，打造系統的知識體系與實操能力培養環境，以確保人才隊伍能夠適應水利信息化、智能化的發展需求。在確保數據真實性的前提下，推動空間數據與水利基礎設施信息的互聯互通。通過構建統一的數據平臺，整合地形、地貌、氣象、水文等多源空間數據資源，并實現與灌區水利設施數據的相互融合，為精確的水資源配置和高效的灌溉管理提供決策支撐[6]。構建數字孿生模型不僅能夠模擬灌區在不同氣象條件下的水文反應，還能夠模擬各種防洪抗旱措施的效果，以評估最佳應對方案。在此過程中，確保模型準確反映實際情況，需要不斷地更新維護相關數據。為了實現數據的動態更新和管理，部門間的信息共享機制必不可少。這要求打破信息孤島，建立起機制順暢、數據規范、接口統一的信息共享框架，讓來自不同源頭的數據能夠快速集成、互相驗證，提高灌區管理系統的響應速度與準確度。

2.5 制定科學合理的中長期規劃

首先，要堅持政府主導、市場運作的原則，以適應我國經濟發展總體戰略。政府負責制定合理的決策，協調各方資源，搭建發展平臺，為灌區提供良好的投資環境，同時也需要尊重市場規律，發揮市場決定配置資源的決定性作用。其次，數字化轉型應成為解決水資源問題的關鍵。通過數字化手段，逐步實現灌區水利經濟的高效運轉，提升灌溉效率，優化水資源配置，為農業生產提供充足的水源。針對新老矛盾和風險，灌區需要通過科學合理的中長期規劃，實現水源的合理利用和保護。灌區需要根據本地區的實際情況，量化水資源保障、水旱災害防御等工作，形成系統化的解決方案。并需要在這個過程中不斷反饋、修正和完善，使其能適應未來可能的風險。這樣既能有效解決舊的問題，也可以預防新的問題的產生。再者，統籌人才和資源優勢，建立信息化、智慧化的現代水利投資建設體系非常重要。通過人才培養和引進，提高水利行業人才的素質，建立高素質的人才隊伍。在此基礎上，建立現代化的水利投資建設體系，通過信息技術和智能化設施，實現水利資源的合理利用和災害的及時預警、快速反應[7]。最后，為推動灌區水利經濟的可持續發展，需要在宏觀層面上調整和優化灌區產業結構。灌區產業發展應以可持續發展為主導，通過改變產業結構，發展綠色經濟，推動水利經濟的轉型和升級。同時，通過產業結構的優化，可以進一步提高地區經濟的整體競爭力，從而推動灌區經濟的快速發展。

3 結語

通過對數字孿生技術在灌區水利工程中應用的探討，了解數字孿生技術對于提升灌區水利工程的智能管理水平、增強應對復雜環境的適應能力以及優化決策效果具有顯著意義。然而，在實際應用過程中，技術實現的復雜度、數據集成與處理的挑戰以及模型準確性的提升等問題仍然是需要關注和解決的重點內容。展望未來，隨著相關技術的不斷成熟和創新發展，數字孿生技術在灌區水利工程中的應用將更加廣泛，成為推動該領域向數字化、智能化轉型的重要驅動力，最終為實現高效、節水、環保的水利管理目標提供有力支撐。