灌区，作为滋养农业沃土的基石，其管理效能的优劣，直接关系到国家粮食安全的稳固与农业可持续发展的未来。长期以来，传统管理模式受限于信息孤岛与决策滞后，难以应对现代农业发展的精细化需求。鸭河口灌区，作为改革先锋，勇于突破束缚，积极拥抱信息化与数字孪生技术的浪潮。通过构建智能化管理平台，实现了数据实时共享、决策即时响应，彻底颠覆了传统管理模式，引领灌区管理进入了一个全新的时代。这一根本性变革，展现了现代农业管理的智慧与力量。

一、项目目标：智驭灌区未来

灌区数字孪生作为现代农业与信息技术深度融合的产物，其在提升灌区管理、水资源利用、安全保障以及推动可持续发展等方面展现出了巨大的潜力和价值。

（一）提升灌区智能化管理调控能力

一是数字化映射。全面数字化映射灌区的物理实体和业务流程，包括地形地貌、水资源分布、灌溉设施等，形成灌区的数字孪生体。二是智能化模拟。利用先进的算法和模型，对灌区的水资源调度、灌溉过程等进行智能化模拟，预测不同场景下的运行效果。三是前瞻性预演。基于模拟结果，前瞻性预演灌区的未来运行状态，为决策提供科学依据。

（二）提高水资源利用效率

一是精准灌溉。通过数字孪生技术，实现灌溉的精准控制，根据作物需水量和土壤水分状况进行灌溉，减少水资源浪费。二是水资源优化配置。在数字孪生平台上，对灌区内的水资源进行统一调度和优化配置，确保水资源的合理利用。

（三）增强安全保障能力

一是实时监测。利用物联网技术，实时监测灌区内的水质、水量、设施运行状态等关键参数，及时发现并处理潜在的安全隐患。二是应急响应。在数字孪生平台上，建立应急响应机制，模拟不同灾害场景下的应对措施，提高应对突发事件的能力。

（四）推动灌区可持续发展

一是生态友好。在数字孪生灌区建设中，注重生态环境保护，通过科学合理的灌溉方式和资源利用方式，减少对生态环境的影响。二是公众参与。通过数字孪生平台，提高公众对灌区管理的参与度，增强公众的节水意识和环保意识。

二、应用效果：初显孪生赋能

在鸭河口灌区的实际应用中，数字孪生技术已经初步完成了大部分数据底板建设和部分监测感知、通信网络、信息基础环境、工程自动化控制等基础设施和软件平台的搭建。这些基础设施和软件平台的建立，为数字孪生技术在灌区管理中的深入应用提供了有力支撑。

（一）应用成果

一是智感预警与速达应对。数字孪生系统实现了对灌区关键信息的实时监测和预警能力，通过水情、视频等传感器、监测感知设备，对重要工程设施、关键区域进行实时监测，获取水位、流量、水质等关键信息，经过大数据分析，系统发现异常后自动将预警信息及时反馈至工作人员，实现信息的快速传递和有效应对。如在2024年防汛期间，当大占头拦河闸闸前水位超过工作人员设定上限时，系统自动发出预警，信息通过电脑报警提醒管理所值班人员及时做出相应处理。二是精准调度与节水高效。鸭河口灌区已初步完成白桐干渠的数字孪生建设试点项目，该系统通过构建先进的场景模拟体系，基本满足水资源优化配置与调度管理的需求，还为灌区的智能化、精细化管理奠定了坚实基础。在放水期间，中心用水科工作人员通过灌区智慧e平台的“配水调度”模块进行“需水上报—配水计划—指令下达—指令执行与反馈—配水调度推演”，实现对干渠节制闸的精准调控，确保水源安全、迅速、足量地输送到各条渠道，减少和避免了干渠在给各条配水渠道供水过程中的蒸发浪费与不均衡。三是智能调度与可视管理。系统智能调度、智能预警等功能使得管理过程更加自动化和智能化，减少了人工干预和错误判断的可能性。自南阳市防汛抗旱指挥部7月16日7时防汛应急响应提升为I级后，白桐、鸭东干渠各管理所值班人员通过远程集中控制系统，结合视频监控，在值班室内根据中心调度指令对闸门迅速完成远程控制，无需冒着暴雨跑到工程现场启闭闸门，不仅极大缩短调度执行时间，提高了工作效率，有效控制汛情对灌区各类工程的危害，更加保障了人员的安全。

（二）效益分析

一是“四预”能力进一步增强。实现了来水有预报，用水有预警，配水有预演，供水有预案，保障了灌区供水需求和安全。二是工程运行效率飞跃。现代化灌区和数字孪生灌区工程的建设实施，工作效率得到了明显的提升。如白桐干渠渠首枢纽大占头拦河闸，自从实现了实时水位、闸位、流量等信息的自动采集传输，结合视频监控，可通过远程控制系统对24孔闸门进行远程启闭操作，减少了工作强度，提高了工作效率，大占头管理所工作人员从12人缩减至6人。三是巡检作业效率增强。渠道巡检人员使用“e掌灌区”APP实现巡检轨迹记录、发现问题及时录入上报，融合水质共享数据，较传统巡检模式提高了渠道巡管的效能和对突发水质污染事故的预警与处置能力。四是水资源输送配置优化显著。通过系统配水调度功能，实现总量控制、定额管理，流量包段、水量包片，提升了输配水效能，减少了输水损失。五是灌溉效率明显提升。通过配水模型功能，可以根据计划流量、渠道断面水位流量关系以及渠道输配水能力等数据，结合预测作物需水量生成灌溉计划，灌溉周期由原来的15天缩短至11天，灌溉效率提高26.7%。六是水源供给能力强化。通过系统对水情实时数据、关键节点进行闸门远程自动控制、典型田块进行农情实时监测，模拟推演渠道的实际供水过程，生成不同情况下的多种供水预案，经科学选定预案，提高了灌区供水能力，实现了技术节水目标，灌溉水利用系数由2014年的0.462提高到2023年的0.5388。七是公众服务体验优化。对灌区量水测水、配水调度和工程管理等核心业务进行标准化管理，为广大用水户、用水单位及灌区管理人员提供互相沟通交流的平台，可以实现水位流量、灌溉进度、工程情况等信息查询。

三、复盘审视：孪生实践短板

鸭河口灌区数字孪生系统经一年多运行，成效初显，赋能灌区管理。然而，在建设与应用的过程中，也暴露出若干挑战：资金投入不足影响整体布局、数据孤岛现象阻碍高效分析；尚未构建适配的高效算法，影响决策精准度；部分业务科室应用融合不深，系统功能未能充分发挥其潜力。

（一）资金投入需加大，共享数据待深化

一是资金投入不足。在灌区数字孪生的构建过程中，灌区作为一个复杂的生态系统，涵盖了渠道、闸门、桥梁、农田等多个场景，目前部分县管灌区项目和资金有限，数字孪生系统中支撑算力的相关基础设施数量较少，影响了整个灌区数据采集率。二是数据孤岛现象。数字孪生建设的基础是数据，不同的项目建设可能存在数据采集设备标准不统一，如中心管理灌区建设主要依托续建配套项目，各县局管理灌区建设基本依托农业水价综合改革项目，有些数据难以实现互联互通和共享，降低了数据资源的价值。

（二）模型单一缺算法，支撑不足存短板

一是管理效率受限。模型架构单一化，限制灌区模拟精度。水流动态、灌溉需求、作物生长等关键环节，均难以达到高效精准的预测与分析。为提升系统性能，亟需引入多元化模型，强化算法融合，以全面捕捉灌区复杂运行规律。二是预测精度不高。目前灌区数字孪生缺乏高效算法支持，难以实现资源的精准配置和高效调度，影响灌溉管理的科学性和效率。

（三）应用不充分显现，潜能待充分挖掘

一是业务需求不够匹配。部分业务科室可能未充分认识到数字孪生技术的潜力和价值，或者其业务需求与数字孪生系统的功能不够匹配。二是应用场景相对有限。目前数字孪生技术在灌区中的应用尚处于初级阶段，其应用范围尚显狭窄，未能全面渗透至业务科室的全流程工作中。

四、下步打算：深拓数字灌区

针对上述问题，需深度剖析根源，制定针对性策略，逐一突破瓶颈，持续优化系统架构与功能，强化数据治理与算法应用，促进业务深度融合，确保数字孪生灌区高效运行。

（一）争取投资，加强共享

一是拓宽资金来源。积极争取上级部门财政支持，继续加大项目投资力度，同时探索多元化融资渠道，如引入社会资本参与数字孪生基础设施建设与维护。二是加强数据共享。建立数据共享平台，促进数据资源的开放和共享，提高数据利用效率。

（二）搭建模型，完善算法

一是适时搭建模型。根据工作需要，2024年下半年开始重点建设用水调度分析和灌溉水利用系数分析等模型，进一步增强水资源的配置和利用，提高农业灌溉效率，促进水资源的可持续发展。二是不断完善算法。会同技术支撑单位，根据实际应用效果和工作人员反馈，根据现有模型不断完善算法，为灌区管理提供更加科学、精准和高效的决策支持。

（三）开展调研，强化培训

一是开展需求调研。组织技术支撑单位深入业务科室进行需求调研，了解他们的具体工作流程、痛点问题以及期望通过数字孪生技术实现的目标。根据业务科室的反馈意见，对数字孪生系统进行持续优化和迭代，确保系统能够紧密贴合工作实际，实现功能与需求的精准匹配。二是强化培训交流。定期举办数字孪生技术的培训会议，邀请专家和技术人员为灌区人员详细介绍数字孪生技术的原理、应用案例以及潜在价值。通过面对面的交流，帮助业务科室更好地理解数字孪生技术如何提升工作效率、优化资源配置和辅助决策。

通过对鸭河口灌区数字孪生应用的复盘总结，可以看出灌区数字孪生作为智慧水利建设的重要组成部分，其发展前景广阔且充满希望。随着信息技术的不断发展，数字孪生技术在现代化灌区的应用必将越来越广泛，也将为鸭河口灌区的现代化管理和可持续发展提供更加有力的支持，为南阳省域副中心城市建设和粮食安全做出灌区贡献。