这群年轻人攻坚“数字治水”

    □ 长江日报记者金文兵 龚萍 通讯员李佰龙

    9月以来，受持续降雨影响，汉江上游来水持续增加，丹江口水库不断补充库容，截至10月3日水位达到167.5米。

    “作为南水北调中线工程的源头，丹江口水库是否能‘一库净水北送’，可以借助我们自主研发的‘丹江口水库机理+AI模型’及管理系统进行评判。”10月4日，作为团队技术负责人，长江科学院流域水环境研究所模拟室副主任靖争博士颇为自豪地告诉长江日报记者：“守护丹江口良好水质，有我们团队的一份科技担当。”

    长江科学院的这支技术团队，参与了南水北调中线水源公司主持的“数字孪生丹江口工程”项目，研发了水质安全模型与“四预”（预报、预警、预演、预案）平台。

    通俗来讲，作为净水北送的“数字铠甲”，它能够实时监测库区水质状况、预测水质未来变化趋势，向管理者提供科学治水建议；同时，只需在系统中输入某个站点的污染物浓度，未来七天它的扩散路径、在不同水域及水深的含量、对陶岔渠首的影响等重要信息就一目了然，预警和预案也能及时呈现。

    ■ 划橡皮艇采集万组数据

    这支平均年龄不到35岁的团队，成员多是靖争这样热爱水利的年轻人。

    “这行当最怕纸上谈兵。”靖争指着屏幕上的三维水流模型说。

    团队深知实地调查的重要性。起初，缺乏基础数据，成员们长期扎根一线，获取搭建数据模型所需要的“原始数据”。

    8年来，团队成员踏遍南水北调水源区丹江口水库、汉江中下游、三峡水库等重要水域，开展了大量的实地调查和研究。

    利用这些第一手数据，他们深耕流域水环境数值模拟和数字孪生水利技术，多项研究成果获奖。

    多年以来，团队多次开展丹江口水库污染负荷核算工作。

    丹江口水库水域面积达1000余平方公里，要摸清水质“家底”绝非易事。

    “很多数据都是我们用橡皮艇‘划出来’的。”靖争指着库区电子地图上的采样点说。

    团队成员背着测流仪器、抬着橡皮艇，越过荒山野岭，走进杂草丛生的小径，进入丹江口的各条支流里。“船只搁浅、水草缠住螺旋桨，都是寻常小事。”靖争笑着说。

    “最怕夏季，气温高，水面蒸发强烈，稍不注意就可能中暑。而且，蚊子个大口狠，隔着衣服都能叮出大包……”靖争接着介绍，“夏季40℃高温下作业，防暑药和驱蚊液是我们的‘保命套装’。”

    “科学研究来不得半点马虎。只有把一线的水情和污染源数据采集回来，把基础工作做扎实，才有底气和信心找准库区水质问题的根源所在。也正是这些不辞辛劳采集的万组数据，让我们搭建的模型有了最坚实的‘地基’，也有了‘接地气的灵魂’。”

    ■ 超10万行代码打造“数字孪生”水库

    采集到了海量数据，只是完成了“打地基”的“硬件”工作。为丹江口水库打造一个AI数字模型，依然面临着各种“软件”困难。

    此前，利用数字孪生技术实现水质污染“四预”功能，在国内仍是技术空白。

    在流域水环境研究所所长林莉的指导和支持下，依托水利部“流域水环境保护与治理”科技人才创新团队，团队成员迎难而上，在没有先例、没有参照的情况下，“摸着石头过河”。

    1000多天封闭式集中研发，很多人除了春节从未回过家。每逢佳节，家属“反向探亲”成为独特风景。

    他们不断突破技术瓶颈，首次将三维水动力水质模型与数字孪生水利系统有机结合，写下的系统核心代码量超过10万行，最终研发出一套完整的水质“四预”平台。

    “你可以理解这个平台是丹江口水库在数字世界里的一个孪生兄弟。”靖争解释。

    如果库区上游发生污染状况，这个系统能够调用模型准确模拟库区水流三维流动和污染扩散过程，并提供相应的处置预案。

    2023年，数字孪生丹江口系统获评水利部数字孪生流域建设十大样板工程。

    ■ 丹江口守护故事折射中国治水智慧

    2023年9月末，正值丹江口水库蓄水至170米的关键阶段。这个模型大显身手，几分钟就完成安全演算，并预判风险演进过程，提出多种处置方案。

    这套数字孪生系统，首次实现大坝性态、库岸稳定、水质状况的同步跟踪与动态推演，为当年汉江秋汛防御与汛后蓄水提供了前瞻性、科学性、安全性决策支持。

    团队的研发成果应用于几次重要事件中，取得良好效果，受到上级及相关管理部门充分肯定。

    丹江口水库是国家南水北调中线工程水源地、国家一级水源保护区。自2014年通水以来，一泓清水昼夜不息向北奔流，累计输水超过730亿立方米，惠及1.14亿人。

    丹江口水库水质持续保持Ⅱ类标准及以上，全年2/3以上的时间保持在Ⅰ类水质。

    更让团队欣喜的是，对水质十分敏感的古老生物桃花水母频现库区，见证着丹江口水库水质持续向好。

    从橡皮艇到云计算，从纸质图表到数字孪生，丹江口的守护故事折射着中国治水智慧的迭代升级。

    如今，这个“会思考”的丹江口水库模型和系统正在向2.0版本迭代升级。团队正推进系统研发工作，深化AI算法在水质预报预警中的应用。

    据水利部相关消息，我国正在全领域全方位全要素加快数字孪生流域、数字孪生水网、数字孪生水库等数字孪生工程建设，全面提升水利工程数字化、网络化、智能化水平。

    长江科学院技术团队希望，这项水库水质模型技术能应用到更多的河湖和水库，把代码“写进”江河中，助力我国江河湖库水生态环境“可看、可控”，构建水生态管理的“数字防线”，为国家水安全贡献水利科技力量。