小浪底水利枢纽主体工程开工30周年
守护黄河安澜 提升综合效益(美丽中国)
本报记者 邓剑洋
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小浪底水利枢纽是黄河干流三门峡水利枢纽以下唯一能够取得较大库容的控制性工程。今年9月12日是小浪底水利枢纽主体工程开工30周年的日子。工程投入运行以来，调水调沙效率提高、功能拓展，建成数字孪生平台、提升运行管理科学性，取得显著综合效益，为推动黄河流域生态保护和高质量发展提供了有力支撑。
揽山抱水，拦河大坝巍峨耸立；防洪减淤，万里黄河大浪淘沙。在黄河中游最后一段峡谷出口处，小浪底水利枢纽矗立于此。
大坝起，调泥沙、护安澜、保供水。1994年9月12日，小浪底水利枢纽主体工程开工，1997年实现大河截流，1999年下闸蓄水，2001年主体工程完工。这是黄河干流三门峡水利枢纽以下唯一能够取得较大库容的控制性工程，总库容126.5亿立方米，其中淤沙库容75.5亿立方米。工程投入运行以来，有效发挥防洪、防凌、减淤、供水、灌溉等功能，经济、社会和生态效益显著，为推动黄河流域生态保护和高质量发展提供有力支撑。
调水调沙不断升级，截至2023年汛前，下游主河槽高度平均下降3.1米
黄河水奔涌而来，泥沙来回翻腾，激流卷起千层浪。8月9日，小浪底水利枢纽开启3条排沙洞，再次启动汛期调水调沙。
电脑屏幕上，泄流孔洞实时含沙量、水库水位、出入库流量等数据实时变动，水利部小浪底水利枢纽管理中心水量调度处处长李鹏介绍：“通过大流量下泄冲刷黄河，把水库里和河道中的泥沙冲入大海，减轻下游河道淤积。”
九曲黄河“斗水七沙”。破解水沙关系不等式，小浪底水利枢纽是关键一环。“小浪底水利枢纽控制黄河流域面积的92.3%，控制91.2%的黄河径流量和近100%的黄河输沙量。工程通过在合适时机下泄河水，制造大流量过程，加大水流对河道冲刷力度。”李鹏说，“可以说，小浪底水利枢纽让黄河调水调沙成为可能。”
从2002年首次启动，截至2023年汛前，小浪底水利枢纽参与27次调水调沙，下游主河槽高度平均下降3.1米，黄河下游河道主河槽最大过洪能力从每秒不足1800立方米增大到每秒近5000立方米，有力保障了黄河下游防洪安全。
从单兵作战到梯级调度，调水调沙效率更高。“黄河干流上的万家寨、三门峡、小浪底，支流上的陆浑、故县、河口村逐步加入，上下游水库协同配合，接力蓄泄水，进一步提高了水流动力。”黄河水利水电开发集团有限公司副总经理王振凡介绍。
从排沙减淤到改善生态，调水调沙功能不断拓展。2008年以来，山东黄河三角洲国家级自然保护区连续16年在黄河调水调沙期间接受生态补水。“过去，黄河三角洲受到河道萎缩、湿地退化、海岸线蚀退等威胁，黄河调水调沙送来了生态水，修复湿地188平方公里。现在保护区自然植被覆盖率达55.1%。”水利部黄河水利委员会有关负责人介绍。
建设数字孪生小浪底平台，“智慧大脑”可滚动推演未来3天运行情况
走进数字孪生小浪底集控中心，水库水位、蓄水量、日均流量、含沙量等数据实时显示，闸门、发电、供水供电等设施设备运行状态一目了然。水工建筑物内部及表面布设的2700多支仪器实时监测，每天产生6000多条监测数据。工作人员可应用数字孪生小浪底平台建设的预报、预警、预演、预案功能进行分析研判和调度决策，实现安全监测、水库调度、闸门监控、发电运行、供水供电、数据测报等业务的多目标综合管控。
“数字孪生小浪底平台上可查询所有生产管理的相关数据，专业模型算法可开展可视化推演，直观动态展示大坝沉降、库区泥沙淤积等情况。”黄河水利水电开发集团有限公司集控中心主任马新红说。他随即打开一张进水塔前水底地形热力图介绍：“数据自动生成热力图，进水塔前泥沙淤积情况清晰呈现。”
作为小浪底水利枢纽的“智慧大脑”，数字孪生小浪底平台如何建？
算据是基础。小浪底水利枢纽通过共享流域数据和提升监测感知能力，充分获取算据资源，目前已对255个关键部位测点建立了监控指标体系。充分应用卫星遥感、库区无人机航测、机器人水下检测和自动巡检、库区测雨雷达等新型装备和技术，基本实现3条排沙洞和过机含沙量稳定在线监测。
算法是重点。虚实如何交互？“要想以数字孪生带动物理实体，必须融合专业模型算法与人工智能技术。”黄河水利水电开发集团有限公司智慧建设与管理部副部长董泽亮说，“目前我们已研发出基于河道演进的来水预报模型、融合溯源冲刷和异重流计算的水库冲淤模型等专业模型。同时初步研发了遥感影像AI识别模型、厂房积水和水尺读取等视频AI识别模型。”
算力是关键。作为数字孪生小浪底平台的硬件底座，小浪底数据中心建成。通过“云化”算力资源，灵活、多元、高效的算力新引擎正不断构筑。
数字孪生技术在多个场景应用。“基于数字孪生平台支撑多项业务应用，实现预报、预警、预演、预案功能，是数字孪生小浪底平台建设的主要目标。”王振凡说，“在枢纽防洪调度、调水调沙等水库高水位或水位快速下降期间，可利用数字孪生平台滚动推演未来3天运行情况，有效提升工程运行管理决策的科学性。”
2022年至2024年，数字孪生小浪底平台连续3年应用于小浪底工程防汛演练。汛期利用防汛调度有关模型和“四预”功能，平台每天滚动开展来水来沙、洪水调度分析计算，辅助提前发现问题并开展防汛会商研判，增强安全度汛保障。
综合效益持续释放，保障黄河实现连续25年不断流
“华山号”测量船从码头出发，船工郑吉平双手把舵，一路向黄河上游驶去。驾驶室外，水利部小浪底水利枢纽管理中心水政监察专员颜景亮正密切地关注岸线和水面情况。“我们坚持每月开展库区水面和岸线水行政执法巡查，从今年1月至目前，利用卫星遥感、无人机和现场巡查相结合的方式，图上核查变化图斑419个，现场核查变化图斑32个，组织开展岸线巡查21次，及时掌握库区水事动态、制止水事违法行为。”颜景亮说。
“严格落实河湖长制，加强水库管理，有力维护了库区正常水事秩序。”颜景亮打开手机，向记者展示了一个包含400多人、名为“小浪底美丽库区”的微信群。“这个群的成员包括库区周边市县河长办、成员单位工作人员和乡镇、村级河长等，去年我们会同河南省公安厅小浪底公安局和库区周围河长办、生态环境、渔业等部门开展联合执法行动19次，有效保障了水库运行安全。”颜景亮说。
小浪底水利枢纽在生态保护、供水灌溉、发电等方面发挥着巨大效益。
改善生产生活用水。小浪底水利枢纽有力保障了黄河中下游春灌、抗旱和生态用水，大大提高了下游约4400万亩引黄灌区的灌溉保证率，缓解了下游沿黄地区生产和生活用水紧张局面。截至目前，小浪底水利枢纽已时空调节2000多亿立方米水量，保障黄河实现连续25年不断流。
持续提供清洁电能。小浪底水利枢纽在河南省电网中承担着重要的调峰调频功能，多年平均发电量58亿千瓦时。截至今年7月底，累计上网电量1496.95亿千瓦时，其中，今年上网电量51.23亿千瓦时，促进了节能减排和经济社会发展。
《 人民日报 》( 2024年09月12日 10 版）