黃河小浪底水利樞紐調水調沙現場，巨量水流從閘口奔湧而出。 馬紹磊 攝

無人船載淺剖聲吶設備。

無人機載智能化快速巡檢系統。

堤防險情巡查機器狗。 黃河勘測規劃設計研究院有限公司部分成果展示

“模型黃河”為黃河保護治理研究提供了直觀的試驗平台。 本版圖片除署名外均為受訪者供圖

8月伊始，河南正值“七下八上”防汛關鍵期。受強厄爾尼諾氣候影響，今年黃河流域旱澇並重，中下游強降水偏多，河南黃河干流及支流沁河可能發生超警洪水。這條世界上最複雜難治的河流，又一次迎來年度大考。

防汛，貴在“預”字。早在二十多年前，黃河水利委員會便創新提出“三條黃河”的治河理念——原型黃河，是發現問題的源頭；模型黃河，是揭示機理的實驗室；數字孿生黃河，是動態模擬與智慧決策的平台。三條黃河聯動協同，正讓黃河治理從“經驗判斷”走向“數據驅動”。

如今，AI哨兵為千里堤防配備“動態視覺雷達”，根石滑塌、岸坡險情第一時間自動報警；800米長的實體河道模型實現機械化重塑，洪水泥沙演進過程精準預演；數字孿生平台上，5分鐘即可完成未來7天的洪水過程模擬。從治水到“智”水，一項項硬核科技，正為母親河安瀾築牢堅實防線。

原型黃河

感知大河的一呼一吸

原型黃河，就是自然界中那條真實的黃河。認識它、感知它，是一切治理的起點。

“過去，給黃河‘體檢’主要靠人。”7月30日，黃河勘測規劃設計研究院有限公司（以下簡稱“黃河設計院”）物探院技術研發部副主任郭士明接受採訪時給記者打了個比方：根石就是工程的“地基”，汛期水猛，根石常被沖走或移位，“地基掏空了，壩説塌就塌”。可人站在岸上，根本看不見水下的石頭還在不在。更棘手的是，遇上暴雨天、大霧天、半夜這些最危險的時刻，人眼基本失效。從發現零星落石到大範圍滑坡垮塌，可能只有短短一個小時。

如今，這套“體檢”系統有了質的飛躍。

黃河設計院自主研發的工程邊坡坍塌圖像智能識別預警系統，融合機器視覺、邊緣計算與深度學習技術，相當於給每段堤壩配了一名24小時不眨眼的“AI哨兵”。

怎麼做到的？第一步，發現動靜——用光流分析逐幀掃描坡面每一個像素塊，哪兒有位移、速度多快、往哪個方向動，相當於給整面坡裝了一副動態視覺雷達。第二步，認出是什麼——運動信號分流到巖質、土質、根石各自的專屬神經網絡模型裏判斷。第三步，過濾干擾——飛鳥、風吹樹枝、車燈掃過、小動物跑過……系統用數萬張干擾畫面訓練，看一眼就知道“這是熟人，不用報警”。預警準確率在實驗室和户外複雜環境下均達95%以上。

更關鍵的是，這套系統在無網絡環境下也能運行。攝像頭旁內嵌了AI處理器，視頻就地分析、就地報警。邊坡垮塌的高發時刻，恰恰也是網絡最脆弱的時候——信號塔倒了、光纜斷了，依賴雲端分析的系統就等於陷入癱瘓。而它可以在現場直接觸發聲光報警，還能自動切成短信推送，甚至外接北斗短報文終端。

實戰檢驗已經來了。2020年7月5日，系統在黃河馬渡險工25號壩精準捕捉到根石小範圍滑塌；兩天後，又監測到附近土堤塌岸。在黑河黃藏寺水利樞紐，系統全天候監控大壩兩岸危巖體，2025年7月8日和8月27日分別提前約1天和3天，成功預警了較大範圍的嚴重垮塌。目前，該系統已部署在黃河馬渡險工、黑河黃藏寺、萬家寨水利樞紐等多項國家重點工程。

感知到問題，還得有辦法加固。黃河實驗室（河南）正高級工程師鄭璀瑩介紹，傳統土石壩之所以“一漫就潰”，是因為土顆粒之間沒有黏結力，水流一衝就把表層顆粒帶走，骨架一塌就全塌了。她所在團隊研發的“漫頂不潰”膠結壩技術，在就地取用的砂石、土體中加入水泥、粉煤灰等膠凝材料，把顆粒牢牢粘在一起。遵循“金包銀”梯度設計——內部用普通材料，表層用更好材料保證抗滲抗衝。目前已落地國內外40餘座水利工程，可覆蓋省內八成中小型病險水庫。

從“看不見”到“看得清”，從“守不住”到“守得牢”，原型黃河的每一次“體檢”升級，都在為母親河安瀾增添一分底氣。正如郭士明所説，定期探測就像給工程做CT，“哪兒缺石、缺多少，一清二楚”。而比CT更進一步的，是這套系統正在讓黃河學會自己“説話”，哪裏疼、哪裏松，第一時間就能喊出來。

模型黃河

模擬水沙的萬千變化

今年6月，在鄭州“模型黃河”試驗基地內，一場黃河下游洪水預演實體模型試驗全面開展。

與往年不同的是，今年的試驗現場用大量智能裝備取代了人工操作。由沿着800米河道模型佈設的120台雷達水位計、8台水下地形儀、4台在線含沙量監測儀，搭配頂部視覺識別系統攝像頭組成的河勢流場監控系統，可實現對全河道模型表面流場及河勢的實時監測和智能識別。

“以前做試驗，工作人員要拿着測量工具在模型沿線到處跑，人工讀取和記錄數據，不僅費時，主觀誤差也大。”黃河水利科學研究院泥沙所河道整治室副主任韓沙沙介紹，現在機器可以24小時自動工作，水位、泥沙、河牀衝淤、水流走向、主流衝擊位置、漫灘範圍全都可以自動識別捕捉，壩垛沖刷風險能夠快速鎖定。

這樣的顯著變化，源自鄭州模型黃河試驗基地對下游河道模型進行的“三化”提升改造。2025年6月全套智能設備投入實戰，從地形制作、實時監測到智能水沙調控實現全鏈條革新，徹底破解實體模型試驗週期長、人工依賴高、監測滯後、量測管控粗放等痛點，讓實驗室裏的“微縮黃河”成為防汛治黃的精準推演場。

此次升級改造的一項顯著突破，是自主研發的國內首例河工模型人工智能地形制作設備。“它類似‘3D打印河牀’，只需導入原型實測河道XYZ座標數據，機械臂即可自動完成河牀塑形，地形制作精度和工作效率遠超傳統人工方法。”韓沙沙介紹，此前800米全河段人工制模需兩三個月，如今分段機械化施工僅需十餘天，單段100米河道地形五六天即可完工，大幅提升作業效率和精度。

水沙調控同樣實現自動化。老式設備需要人工手動調水、加沙，操作繁瑣還很難精準控制。改造之後，採用自動控制加沙系統，並基於實時流量反饋調節系統和模糊控制模型，可實現對模型進口流量的動態平衡控制以及尾門水位自動校正，不用人盯着也能穩定開展試驗。

試驗全過程中，在河道模型沿線佈設的120台雷達水位計，可實時監測不同量級洪水的沿程水面線變化；8台水下地形儀緊盯重點河段斷面，精準監測水下地形變化及斷面衝淤狀況；4台在線含沙量測量設備實時監測花園口等水文站的含沙量變化過程。“模型黃河”智慧平台依託先進的傳感技術、自動控制與數據分析方法，實現了對試驗中水文、泥沙、地形、流場等關鍵參數的實時監測、自動化控制以及試驗成果的智能分析。

“物理實體模型，看得見摸得着，能夠直觀展現複雜的水沙運動規律，還可以校準數字模型的推演偏差。”黃科院防汛減災和工程管理研究所副所長於國卿告訴記者，每年汛前，黃科院的科研人員在這裏做多場次洪水模擬，算出灘區淹沒範圍、水深情況，為黃河下游120多萬灘區羣眾避險轉移、村台建設給出量化參考，同時圍繞河道治理、水庫排沙、河口生態補水開展大量試驗。“這裏的成果既有力支撐河南治黃實踐，技術方案也向外輸出，服務其他重大水利項目，為黃河安瀾提供堅實可靠的科技支撐。”

數字孿生黃河

給黃河裝上“智慧大腦”

如果説物理試驗場景中的模型黃河，憑藉精準推演能力成為黃河防汛治理的硬核“智囊團”，那麼紮根數字空間的數字孿生黃河，便是全天候值守、全時段賦能的智慧防汛“大腦”。

走進黃委防洪會商大廳，巨型電子大屏上，黃河全流域三維實景全景呈現、動態可視。從上游骨幹水庫到下游入海口，核心水利樞紐、重點支流，以及河南段全線堤防、控導工程、灘區村落等關鍵要素一目瞭然。這就是正在加速實現“全流域貫通、全領域覆蓋、全鏈條聯動”的數字孿生黃河系統。

針對黃河下游800餘公里河道，該系統可以實時動態模擬水沙演進過程。“我們可在5分鐘內完成黃河下游7天洪水過程的模擬，洪峯計算誤差在5%以內。”黃河水利科學研究院泥沙所副所長張防修介紹，數字孿生黃河依託統一數據底板、“1314”數學模擬體系、GPU並行超算算力，是極端天氣應對、常態化水資源調度、全週期防汛減災的核心決策大腦，與原型黃河、模型黃河互補協同，構築起治黃數字智慧底座。

統一完備的數據底板，是數字孿生黃河建設運行的核心根基。系統全面歸集“三條黃河”三大類源頭核心數據，實現全量數據標準化整合、規範化治理、共享化應用，徹底破解以往各業務系統數據割裂、格式繁雜、複用性差的痛點，實現流域數據資源互聯互通、高效賦能。

在全域數據底板支撐下，系統搭建起黃河流域專屬“1314”數學模擬體系。其中“13”涵蓋黃河13條重要支流，“1”對應幹流生態廊道，“4”覆蓋黃土高原、灌區等四大重點治理區域。通過體系整合專業數學模型，融合黃河知識庫與人工智能大模型技術深度賦能“2+N”業務應用，完整實現洪水預報、預警、預演、預案“四預”一體化管控，大幅提升流域治理智能化水平。

2025年黃河調水調沙期間，三門峽水利樞紐藉助數字孿生平台，與小浪底等水庫協同調度，泄流運用102個小時，最大出庫流量3690立方米每秒，精準沖刷下游河道，助力減少泥沙淤積，實現了騰庫迎汛、水庫排沙、生態補水等多目標共贏；針對近年北方極端暴雨頻發、局部強降雨致災風險，“四預”系統提前預判伊洛河洪澇風險、鎖定防控重點，支撐骨幹水庫精準削峯調度，削峯率超90%，有效緩釋黃河下游防洪壓力。

從AI哨兵守護千里堤防、實驗室實體復刻河道規律，到算力平台構建全流域數字鏡像，原型黃河、模型黃河、數字孿生黃河“三條黃河”深度耦合、聯動協同，推動黃河治理模式從“經驗研判”向“數智預判”實現歷史性轉變。

立足河南黃河主汛期嚴峻防控形勢，這套立體化、全鏈條科技防護體系，正在全方位提升流域水旱災害防禦、水沙精準調控、水生態保護修復、水資源高效利用綜合能力。未來，更將以水利科技高水平自立自強，守護中原河段長治久安，為黃河流域生態保護和高質量發展築牢堅實的數字安全屏障。