水信息學(xué)是一個(gè)年輕的學(xué)科，但人類(lèi)收集和利用水信息的歷史卻有幾千年。
無(wú)論是中國(guó)古代的“禹敷土，隨山刊木，奠高山大川”，還是古埃及觀察尼羅河水位變化，建造出依賴(lài)河流季節(jié)性泛濫的農(nóng)田灌溉系統(tǒng)，都在說(shuō)明治水的前提是掌握和運(yùn)用與水相關(guān)的信息。
生產(chǎn)力決定了人類(lèi)收集信息、探索世界的范圍和能力。歷史長(zhǎng)河中，每一次工業(yè)革命和產(chǎn)業(yè)革命都帶來(lái)生產(chǎn)力的躍遷，也深刻改變著人類(lèi)的治水方式。如今，數(shù)字技術(shù)再次引領(lǐng)人類(lèi)進(jìn)入一個(gè)全新的時(shí)代，也推動(dòng)著水利這個(gè)傳統(tǒng)行業(yè)的轉(zhuǎn)型重塑。
以“從自然到數(shù)字水利：挑戰(zhàn)和機(jī)遇”為主題的第15屆國(guó)際水信息學(xué)大會(huì)日前在北京召開(kāi)，來(lái)自世界各國(guó)的專(zhuān)家學(xué)者圍繞數(shù)字孿生水利建設(shè)等進(jìn)行深入交流討論，大會(huì)發(fā)布數(shù)字孿生水利行動(dòng)北京倡議，獲得國(guó)際社會(huì)廣泛關(guān)注。
“中國(guó)通過(guò)數(shù)字孿生水利建設(shè)，支撐流域防洪減災(zāi)、水資源管理調(diào)配等各項(xiàng)水利業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)‘四預(yù)’（預(yù)報(bào)、預(yù)警、預(yù)演、預(yù)案）功能，在應(yīng)對(duì)各類(lèi)水安全挑戰(zhàn)風(fēng)險(xiǎn)中下好先手棋、打好主動(dòng)仗，為推動(dòng)水利高質(zhì)量發(fā)展、保障中國(guó)水安全提供科學(xué)、高效、精準(zhǔn)、安全的決策支持。”水利部副部長(zhǎng)王道席在開(kāi)幕式上說(shuō)。
2024年是中國(guó)全功能接入國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)30周年。30年來(lái)，中國(guó)水利乘改革之勢(shì)推動(dòng)治水科技與管理的創(chuàng)新發(fā)展，為全球范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)的水資源管理貢獻(xiàn)中國(guó)智慧、中國(guó)方案、中國(guó)力量。
“本屆大會(huì)在中國(guó)北京召開(kāi)恰逢其時(shí)，在中國(guó)這片沃土上，數(shù)字孿生水利建設(shè)方興未艾。”國(guó)際水利與環(huán)境工程學(xué)會(huì)主席菲利普·顧博維爾表示，中國(guó)正在積極參與全球水治理，為世界提供更多數(shù)字水利公共產(chǎn)品。
當(dāng)前，一個(gè)持續(xù)發(fā)展、更加開(kāi)放的中國(guó)，正在以數(shù)字技術(shù)賦能水利建設(shè)和發(fā)展，為世界帶來(lái)新動(dòng)力、新機(jī)遇。
數(shù)字變革的問(wèn)和答
為什么是向數(shù)字化轉(zhuǎn)型？
其實(shí)，水利行業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，并不是個(gè)新鮮事。1991年，水信息學(xué)概念一經(jīng)提出，就引發(fā)了國(guó)際社會(huì)對(duì)智能化水務(wù)解決方案的關(guān)注。再向前追溯，20世紀(jì)中期，美國(guó)就已提出用機(jī)器輔助人腦進(jìn)行水務(wù)運(yùn)營(yíng)與管理。
“數(shù)字變革需要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)重塑，但這對(duì)于水行業(yè)并不容易。水行業(yè)經(jīng)常被認(rèn)為是很‘保守’、進(jìn)步比較緩慢的行業(yè)，這是因?yàn)樗鞘玛P(guān)國(guó)計(jì)民生的重要領(lǐng)域，所以，長(zhǎng)期以來(lái)，我們采取的都是較為安全和謹(jǐn)慎的解決方案。”蘇伊士集團(tuán)亞洲首席技術(shù)官奧利維爾·皮森解釋道。
與“保守”轉(zhuǎn)型所不同的是，水危機(jī)正在加速到來(lái)。
2024年聯(lián)合國(guó)水發(fā)展報(bào)告指出，比較容易開(kāi)發(fā)利用的、與人類(lèi)生活生產(chǎn)關(guān)系最為密切的淡水資源還不到全球水總量的萬(wàn)分之一，氣候變化也正加劇淡水資源空間分布的不均衡。全球大江大河干涸現(xiàn)象屢見(jiàn)不鮮，許多孕育出古老文明的大型三角洲也在逐漸萎縮……傳統(tǒng)治水手段已無(wú)法應(yīng)對(duì)愈加復(fù)雜的水問(wèn)題，變革迫在眉睫。
站在轉(zhuǎn)型的十字路口，不少?lài)?guó)家都選擇了推動(dòng)數(shù)字變革——
在新加坡公用事業(yè)局首席信息官林金鑫看來(lái)，正因?yàn)樗W(wǎng)有了數(shù)字化技術(shù)的加持，人們面對(duì)洪水時(shí)不再是被動(dòng)響應(yīng)，而是掌握更多主動(dòng)權(quán)。“過(guò)去幾年來(lái)，我們采取積極主動(dòng)的策略，在汛期來(lái)臨之前，用數(shù)字化技術(shù)檢測(cè)相應(yīng)的大壩，做到未雨綢繆。”林金鑫說(shuō)。
沙特國(guó)際電力與水務(wù)公司首席執(zhí)行官帕迪·帕德瑪納森說(shuō)：“技術(shù)創(chuàng)新是應(yīng)對(duì)區(qū)域水危機(jī)的出路，應(yīng)用人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，沙特海水淡化效率大幅度提高，成本從每立方米超過(guò)2美元下降至不到0.5美元。”
對(duì)于數(shù)字技術(shù)賦能傳統(tǒng)行業(yè)帶來(lái)的好處，水利部信息中心（水利部水文水資源監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)中心）副主任成建國(guó)也深有感觸：“水利系統(tǒng)的時(shí)間和空間跨度大，幾乎沒(méi)有辦法實(shí)現(xiàn)自然流域中的‘極端事件試驗(yàn)’。而借助數(shù)字孿生技術(shù)，在數(shù)字空間構(gòu)建出流域、水網(wǎng)或工程的‘雙胞胎’，就可以對(duì)各種極端事件進(jìn)行推演并制定預(yù)案，這也讓我們?cè)趹?yīng)對(duì)海河‘23·7’流域性特大洪水時(shí)更加從容，實(shí)現(xiàn)了各類(lèi)水庫(kù)無(wú)垮壩、重要堤防無(wú)決口，減淹城鎮(zhèn)24個(gè)，減淹耕地751萬(wàn)畝，避免了462.3萬(wàn)人轉(zhuǎn)移，最大程度保障了人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全。”
“對(duì)全球水資源管理者而言，數(shù)字技術(shù)為我們打開(kāi)了一扇新的大門(mén)，讓我們有機(jī)會(huì)擁抱一個(gè)更好的水管理系統(tǒng)，為人類(lèi)打造更健康的水環(huán)境。”國(guó)際水協(xié)會(huì)亞太區(qū)域總監(jiān)李紅表示。
即便如此，推動(dòng)水利數(shù)字變革還有一系列問(wèn)題需要下力氣解決：數(shù)據(jù)是基礎(chǔ)，如何進(jìn)一步提升數(shù)據(jù)的量和質(zhì)？模型是核心，如何進(jìn)一步運(yùn)用信息技術(shù)提升模型的精準(zhǔn)性？應(yīng)用是生命，如何推動(dòng)模型在場(chǎng)景應(yīng)用中迭代更新？人才是保障，如何提高從業(yè)人員的模型運(yùn)用能力和技術(shù)水平？……
“問(wèn)題清單”亦是“變革清單”，聚焦全球水利數(shù)字變革的“再進(jìn)一步”，中外專(zhuān)家分享著真知灼見(jiàn)。
前路寬闊，并非坦途。但數(shù)字變革的共識(shí)已經(jīng)達(dá)成，全球共享、共進(jìn)的趨勢(shì)愈加明顯。
中國(guó)水利的時(shí)與勢(shì)
談及中國(guó)水利的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，中外專(zhuān)家們不約而同地提到了一個(gè)詞——超大規(guī)模。
中國(guó)是世界上水情最復(fù)雜、江河治理難度最大、治水任務(wù)最繁重的國(guó)家之一。面對(duì)龐大復(fù)雜的水治理水管理系統(tǒng)工程，數(shù)字變革更具挑戰(zhàn)性，而從容應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)的種種措施都指向一個(gè)字——預(yù)。
瞄準(zhǔn)“預(yù)”字，乘新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革發(fā)展之勢(shì)，中國(guó)開(kāi)始加速布局智慧水利建設(shè)——
2021年4月，水利部部長(zhǎng)李國(guó)英高位推動(dòng)智慧水利建設(shè)總體設(shè)計(jì)；
2021年6月28日，水利部黨組召開(kāi)“三對(duì)標(biāo)、一規(guī)劃”專(zhuān)項(xiàng)行動(dòng)總結(jié)大會(huì)，提出要推進(jìn)智慧水利建設(shè)，“數(shù)字孿生流域”首次被正式提出；
2021年12月23日，水利部召開(kāi)推進(jìn)數(shù)字孿生流域建設(shè)工作會(huì)議，李國(guó)英部長(zhǎng)全面系統(tǒng)闡述了為什么要建設(shè)數(shù)字孿生流域、怎樣建設(shè)數(shù)字孿生流域、如何保障推進(jìn)數(shù)字孿生流域建設(shè)等重大問(wèn)題，指導(dǎo)當(dāng)前和今后一個(gè)時(shí)期全國(guó)水利系統(tǒng)推進(jìn)數(shù)字孿生流域建設(shè)；
2022年，水利部先后提出數(shù)字孿生水利工程、數(shù)字孿生水網(wǎng)并進(jìn)行頂層設(shè)計(jì)，至此數(shù)字孿生流域、數(shù)字孿生水網(wǎng)和數(shù)字孿生水利工程共同形成水利數(shù)字孿生系列；
2023年，水利部數(shù)字孿生平臺(tái)基本建成，七大江河數(shù)字孿生流域建設(shè)相繼實(shí)施，數(shù)字孿生水利框架體系基本形成；
2024年，94項(xiàng)數(shù)字孿生流域建設(shè)先行先試任務(wù)開(kāi)始發(fā)揮成效，大江大河、國(guó)家水網(wǎng)、水利工程全部納入數(shù)字平臺(tái)管理。
以“試點(diǎn)”為重要支點(diǎn)，中國(guó)數(shù)字孿生水利建設(shè)穩(wěn)健起步并取得階段性成效——
看流域，數(shù)字孿生黃河研制了智能石頭、光電測(cè)沙儀、小禹防汛機(jī)器人等智能設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了“原型黃河-模型黃河-數(shù)字孿生黃河”有機(jī)聯(lián)動(dòng)，“三條黃河”在數(shù)字浪潮中交匯滌蕩；
看水網(wǎng)，南水北調(diào)研發(fā)了基于不同時(shí)空尺度下多場(chǎng)景長(zhǎng)距離輸水過(guò)程仿真模擬等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了保障工程、供水、水質(zhì)“三個(gè)安全”的“四預(yù)”功能體系，從“先行先試”到“先行示范”，數(shù)字孿生水網(wǎng)主骨架轉(zhuǎn)型跨越活力顯現(xiàn)；
看工程，數(shù)字孿生三峽研制了防洪預(yù)報(bào)-調(diào)度互饋技術(shù)，結(jié)合調(diào)度規(guī)則知識(shí)圖譜，實(shí)現(xiàn)了多目標(biāo)、多約束的水工程聯(lián)合調(diào)度智能決策，昔日“當(dāng)驚世界殊”的國(guó)之重器，又在今天擔(dān)當(dāng)起打造數(shù)字孿生示范工程的新使命；
將鏡頭投向整個(gè)中國(guó)，以點(diǎn)帶面的數(shù)字孿生水利建設(shè)正在更大的版圖展開(kāi)。
“來(lái)而不可失者，時(shí)也。”在新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革中，中國(guó)水利沒(méi)有絲毫懈怠和猶豫，大踏步趕上并引領(lǐng)時(shí)代，中國(guó)數(shù)字孿生水利的宏偉圖景已清晰可見(jiàn)。
“在中國(guó)，數(shù)字孿生解決方案已成為現(xiàn)實(shí)，并在眾多省市實(shí)施和應(yīng)用。在國(guó)家層面，這是一個(gè)非常大的成就。我們必須意識(shí)到，在許多方面，中國(guó)都是一個(gè)領(lǐng)先國(guó)家，它正在重塑獲取和運(yùn)用水利數(shù)據(jù)及相關(guān)信息的方式。”菲利普·顧博維爾說(shuō)。
“數(shù)字文明正加速到來(lái)，但是歷史的契機(jī)只眷顧堅(jiān)定者、奮進(jìn)者和搏擊者。我們將會(huì)加大力度總結(jié)和推廣數(shù)字孿生水利建設(shè)成果經(jīng)驗(yàn)，推動(dòng)現(xiàn)代社會(huì)治水科技與管理的創(chuàng)新發(fā)展，為全球水安全和可持續(xù)發(fā)展不斷貢獻(xiàn)中國(guó)力量。”成建國(guó)表示。
今天的中國(guó)，新質(zhì)生產(chǎn)力蓬勃發(fā)展，水利數(shù)字孿生成效顯著，時(shí)與勢(shì)都在中國(guó)，連點(diǎn)成線、織線為面的中國(guó)數(shù)字孿生水利，恰是全球數(shù)字水利相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展熱土。
白蟻監(jiān)測(cè)裝置、山洪災(zāi)害群測(cè)群防員北斗巡查終端、防洪聯(lián)合調(diào)度決策系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)智能水表、超聲波智能水表、TDU系列智能多聲道超聲流量計(jì)……多項(xiàng)實(shí)物展品在大會(huì)展覽中集中亮相，“這里的一切都是新的，這就是我想要學(xué)習(xí)的東西。”來(lái)自德國(guó)聯(lián)邦地球科學(xué)與自然資源研究所的博士后艾里克說(shuō)。
“我們發(fā)揮學(xué)科相對(duì)齊全和模型研發(fā)及應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，發(fā)布了自主研發(fā)的系列模型“Sky-”及水科大模型“SkyLIM”，努力為數(shù)字孿生和智慧水利建設(shè)、應(yīng)對(duì)氣候變化背景下的水挑戰(zhàn)、保障水安全提供科技支撐。”中國(guó)水利水電科學(xué)研究院院長(zhǎng)彭靜說(shuō)。
一項(xiàng)項(xiàng)水利硬件、軟件科研成果走出實(shí)驗(yàn)室，在市場(chǎng)的洗禮中淬煉成為驅(qū)動(dòng)水利高質(zhì)量發(fā)展的新質(zhì)生產(chǎn)力；一個(gè)個(gè)“土生土長(zhǎng)”的數(shù)字孿生解決方案，迭代更新，走出國(guó)門(mén)，在“一帶一路”沿線開(kāi)花結(jié)果。
“在數(shù)字孿生流域建設(shè)中，我們研發(fā)的監(jiān)控、預(yù)報(bào)、指揮和調(diào)度一體化系統(tǒng)平臺(tái)，與‘一帶一路’共建國(guó)家有著良好的國(guó)際合作前景和空間。”南京水利科學(xué)研究院院長(zhǎng)戴濟(jì)群說(shuō)。
在大會(huì)發(fā)布的《數(shù)字孿生水利行動(dòng)北京倡議》中，“平臺(tái)”“分享”等概念高頻次出現(xiàn)，這是人們攜手推進(jìn)數(shù)字孿生水利行動(dòng)的真誠(chéng)契約。共享數(shù)字水利變革機(jī)遇，開(kāi)創(chuàng)命運(yùn)與共的新未來(lái)，這只是開(kāi)始。
