金秋时节，中国大坝工程学会2024学术年会暨第五届大坝安全国际研讨会在湖北宜昌举办，主题为“建造安全韧性绿色的国家水网之结”。与会院士、专家聚焦全面提升国家水安全保障能力和构建清洁低碳、安全高效的能源体系总体目标，为国家水网建设提供智力支撑。
即日起，三峡小微推出“认识更好的大坝”专栏，发布与会院士、专家的观点，提升大家对于水库大坝安全的认知水平。
AI加持，气象预报深度服务智慧调度；携手北斗，库区边坡被实时监测；智能感知，瞬时分析助力大坝安全……数字技术赋能千行百业，在为水利枢纽增能提效方面，带来哪些新启示？新时代江河保护理念更新，为国家水网建设带来哪些新视角？
我国水资源时空分布极不均衡，而建设国家水网是解决这一问题的根本举措。作为水网之“结”，我国9.8万座水库中，100米以上高坝大库的库容占总库容一半，在保障流域水安全、支撑国家水网建设中地位凸显。“面对日益复杂的水库大坝安全运行环境，如何构建国家水网之‘结’，不仅要认真研究传统意义上的大坝安全风险，更要研究极端复杂环境条件给大坝安全带来的挑战。”中国大坝工程学会理事长矫勇表示。
▲ 中国大坝工程学会理事长矫勇发言 本文摄影：陈臣为此，与会学者就高坝混凝土抗裂耐久保障关键技术、岩体开挖卸荷力学效应、堤坝变形监测等研究分享了最新成果。“大坝寿命、大坝开裂、泄洪洞易裂易损是三大世界难题。”作为攻克无缝大坝的研究团队，三峡集团水工混凝土研究室主任李文伟分享了三峡集团牵头攻关研发并先后创立的200米级重力坝高耐久保障关键技术、 300米级特高拱坝高抗裂保障关键技术、50米/秒级高流速巨型泄洪洞高抗冲耐磨保障关键技术，相关成果为“无缝大坝”提供了坚实支撑。
除了坝体自身结构材料缺陷外，自然灾害频发、气候变化等因素也使得大坝的安全运行面临更大的挑战。中国工程院院士周创兵表示，库坝安全研究正朝着宏观与微观相结合、交叉学科综合集成的方向发展。利用先进的传感技术、大数据分析、云计算以及人工智能等技术对大坝状态的实时监测和智能管理变得尤为重要。
以高坝抗震为例，“在白鹤滩水电站，我们依托大坝安全监测自动化系统，系统在5分钟内便能对遍布水电站的13000多个监测仪器进行巡回测量与异常分析。”水利部长江水利委员会长江科学院副所长张启灵认为，及时准确的监测结果可为人工干预处理争取充分的时间，这在水库应急抢险中意义重大。流域性是江河湖泊最根本、最鲜明的特性。强化流域防洪统一调度、水资源统一调度、生态流量水量统一调度，将助力实现流域涉水效益最优。2024年汛期，以三峡水库为核心的长江上中游水库群发挥关键作用，成功抵御三次编号洪水。这背后，相似雨洪预报系统、三峡区间高精度预报系统以及智慧长江水文预报系统等多套工具，为防洪调度提供决策支持。“十四五”规划和2035年远景目标规划提出了七大数字经济重点产业和十大数字化应用场景。其中，构建智慧水利体系、以流域为单位提升水情测报和智能调度能力也是重点建设任务之一。中国工程院院士钮新强围绕大坝寿命创新、扩容增效、生态航运等问题提出了一系列研究课题。他认为，构建全流域、变时空、多功能的水工程联合调度系统理论方法对优化提升水资源利用效率至关重要。
长江流域水库群联合调度是一项复杂的系统工程，涉及监测与感知、水文气象预报、多目标优化、风险分析、信息化决策支持以及各利益相关者间的沟通协调等诸多环节。三峡大学校长黄艳认为，水工程智慧调度的关键在于对工程调度运行的全域感知与贯通，既要实现全年、多目标的衔接与统筹，也要对服务对象需求有精准理解。在此过程中，产学研用一体全链条发展模式是重要前提。在流域智慧调度过程中，前瞻、及时、精准的雨水情监测预报信息是打赢现代防汛战的首要一步。6月下旬，中国气象局发布了三个自研气象大模型“风清”“风雷”“风顺”，部分性能指标达到国际主流大模型水平。中国气象局风能太阳能中心主任姚锦烽围绕气象观测、用AI技术提升气象预报能力等方面做了相关技术原理和实践汇报。实际上，不仅仅是在中国，气候预测相关技术在全球发展迅速。巴西 Fractal 工程与系统股份公司首席运营官佩德罗·德·拉腊（Pedro G. de Lara）介绍了本国气象数据平台，该平台可集成不同场站的气象和水文数据模型于一张公用地图上，为水工程数据提供更有价值的预测。今年前8个月，我国水利建设完成投资8019.4亿元，较去年同期增长了10.7%。随着我国水利建设全面提速，传统的水网管理模式面临着诸多挑战，如数据获取不及时、管理手段落后、响应速度慢等问题。正是这些问题促进了水利建设向现代化转型。如何应对以上挑战？数字孪生成为会上不少专家学者聚焦的热词。何为数字孪生？简单来说，是利用数字技术建构一个“多尺度-分布式-多层次”全面多维精细刻画及动态模拟全景过程的模型系统，实现对流域的数字化管理与智能决策。“面对气候变化带来的江河水文过程的不确定性，要研究并运用水库大坝数字孪生等新技术，不断提升对降雨、产汇流过程、入库洪水、干旱缺水的预警预报水平，为完善水库大坝调度规程提供科学依据，统筹兼顾除害与兴利，安全与效益，不断提升水库大坝作为国家水网重要节点的综合效益。”矫勇认为。在今年长江1号洪水防御工作中，去年以来初步建成的数字孪生三峡1.0版发挥了重要作用，水利部长江水利委员会防御局利用数字孪生行蓄洪空间平台预警研判模块，跟踪分析长江中下游超警堤防情况和洲滩民垸运用风险情况，为各地组织巡堤查险、人员转移提供了及时“叫应”提醒服务。这背后，数字孪生技术依赖于大量的实时数据流，这些数据涉及到基础设施的各个方面，其有效统筹、安全风险都是十分重要的部分。对此，水利部信息中心水利工程信息应用处处长成建国多次强调了数据安全。他认为，数据与国家安全紧密相关,需要统筹考虑数据加密、权限管理、数据最小化等原则，安全实现数字孪生系统“追溯过去、感知现在、预测未来”的目标。中国南水北调集团水网智慧科技有限公司董事长刘琴以数字孪生南水北调建设为例指出，数字孪生是物理水网数字化发展的新方向。“数字孪生的发展伴随着算法、算力、大数据发展。我国向全球价值链上游迁移，需要重新思考面向未来的模式、机制和路径。”刘琴说。
▲ 中国南水北调集团水网智慧科技有限公司董事长刘琴发言编辑：李雷
美编：魏小默 王于成（实习）
