□本报全媒体记者 师喆 尹江勇 本报通讯员 徐腾飞
8月伊始，河南正值“七下八上”防汛关键期。受强厄尔尼诺气候影响，今年黄河流域旱涝并重，中下游强降水偏多，河南黄河干流及支流沁河可能发生超警洪水。这条世界上最复杂难治的河流，又一次迎来年度大考。
防汛，贵在“预”字。早在二十多年前，黄河水利委员会便创新提出“三条黄河”的治河理念——原型黄河，是发现问题的源头；模型黄河，是揭示机理的实验室；数字孪生黄河，是动态模拟与智慧决策的平台。三条黄河联动协同，正让黄河治理从“经验判断”走向“数据驱动”。
如今，AI哨兵为千里堤防配备“动态视觉雷达”，根石滑塌、岸坡险情第一时间自动报警；800米长的实体河道模型实现机械化重塑，洪水泥沙演进过程精准预演；数字孪生平台上，5分钟即可完成未来7天的洪水过程模拟。从治水到“智”水，一项项硬核科技，正为母亲河安澜筑牢坚实防线。
原型黄河
感知大河的一呼一吸
原型黄河，就是自然界中那条真实的黄河。认识它、感知它，是一切治理的起点。
“过去，给黄河‘体检’主要靠人。”7月30日，黄河勘测规划设计研究院有限公司(以下简称“黄河设计院”)物探院技术研发部副主任郭士明接受采访时给记者打了个比方：根石就是工程的“地基”，汛期水猛，根石常被冲走或移位，“地基掏空了，坝说塌就塌”。可人站在岸上，根本看不见水下的石头还在不在。更棘手的是，遇上暴雨天、大雾天、半夜这些最危险的时刻，人眼基本失效。从发现零星落石到大范围滑坡垮塌，可能只有短短一个小时。
如今，这套“体检”系统有了质的飞跃。
黄河设计院自主研发的工程边坡坍塌图像智能识别预警系统，融合机器视觉、边缘计算与深度学习技术，相当于给每段堤坝配了一名24小时不眨眼的“AI哨兵”。
怎么做到的？第一步，发现动静——用光流分析逐帧扫描坡面每一个像素块，哪儿有位移、速度多快、往哪个方向动，相当于给整面坡装了一副动态视觉雷达。第二步，认出是什么——运动信号分流到岩质、土质、根石各自的专属神经网络模型里判断。第三步，过滤干扰——飞鸟、风吹树枝、车灯扫过、小动物跑过……系统用数万张干扰画面训练，看一眼就知道“这是熟人，不用报警”。预警准确率在实验室和户外复杂环境下均达95%以上。
更关键的是，这套系统在无网络环境下也能运行。摄像头旁内嵌了AI处理器，视频就地分析、就地报警。边坡垮塌的高发时刻，恰恰也是网络最脆弱的时候——信号塔倒了、光缆断了，依赖云端分析的系统就等于陷入瘫痪。而它可以在现场直接触发声光报警，还能自动切成短信推送，甚至外接北斗短报文终端。
实战检验已经来了。2020年7月5日，系统在黄河马渡险工25号坝精准捕捉到根石小范围滑塌；两天后，又监测到附近土堤塌岸。在黑河黄藏寺水利枢纽，系统全天候监控大坝两岸危岩体，2025年7月8日和8月27日分别提前约1天和3天，成功预警了较大范围的严重垮塌。目前，该系统已部署在黄河马渡险工、黑河黄藏寺、万家寨水利枢纽等多项国家重点工程。
感知到问题，还得有办法加固。黄河实验室(河南)正高级工程师郑璀莹介绍，传统土石坝之所以“一漫就溃”，是因为土颗粒之间没有黏结力，水流一冲就把表层颗粒带走，骨架一塌就全塌了。她所在团队研发的“漫顶不溃”胶结坝技术，在就地取用的砂石、土体中加入水泥、粉煤灰等胶凝材料，把颗粒牢牢粘在一起。遵循“金包银”梯度设计——内部用普通材料，表层用更好材料保证抗渗抗冲。目前已落地国内外40余座水利工程，可覆盖省内八成中小型病险水库。
从“看不见”到“看得清”，从“守不住”到“守得牢”，原型黄河的每一次“体检”升级，都在为母亲河安澜增添一分底气。正如郭士明所说，定期探测就像给工程做CT，“哪儿缺石、缺多少，一清二楚”。而比CT更进一步的，是这套系统正在让黄河学会自己“说话”，哪里疼、哪里松，第一时间就能喊出来。
模型黄河
模拟水沙的万千变化
今年6月，在郑州“模型黄河”试验基地内，一场黄河下游洪水预演实体模型试验全面开展。
与往年不同的是，今年的试验现场用大量智能装备取代了人工操作。由沿着800米河道模型布设的120台雷达水位计、8台水下地形仪、4台在线含沙量监测仪，搭配顶部视觉识别系统摄像头组成的河势流场监控系统，可实现对全河道模型表面流场及河势的实时监测和智能识别。
“以前做试验，工作人员要拿着测量工具在模型沿线到处跑，人工读取和记录数据，不仅费时，主观误差也大。”黄河水利科学研究院泥沙所河道整治室副主任韩沙沙介绍，现在机器可以24小时自动工作，水位、泥沙、河床冲淤、水流走向、主流冲击位置、漫滩范围全都可以自动识别捕捉，坝垛冲刷风险能够快速锁定。
这样的显著变化，源自郑州模型黄河试验基地对下游河道模型进行的“三化”提升改造。2025年6月全套智能设备投入实战，从地形制作、实时监测到智能水沙调控实现全链条革新，彻底破解实体模型试验周期长、人工依赖高、监测滞后、量测管控粗放等痛点，让实验室里的“微缩黄河”成为防汛治黄的精准推演场。
此次升级改造的一项显著突破，是自主研发的国内首例河工模型人工智能地形制作设备。“它类似‘3D打印河床’，只需导入原型实测河道XYZ坐标数据，机械臂即可自动完成河床塑形，地形制作精度和工作效率远超传统人工方法。”韩沙沙介绍，此前800米全河段人工制模需两三个月，如今分段机械化施工仅需十余天，单段100米河道地形五六天即可完工，大幅提升作业效率和精度。
水沙调控同样实现自动化。老式设备需要人工手动调水、加沙，操作繁琐还很难精准控制。改造之后，采用自动控制加沙系统，并基于实时流量反馈调节系统和模糊控制模型，可实现对模型进口流量的动态平衡控制以及尾门水位自动校正，不用人盯着也能稳定开展试验。
试验全过程中，在河道模型沿线布设的120台雷达水位计，可实时监测不同量级洪水的沿程水面线变化；8台水下地形仪紧盯重点河段断面，精准监测水下地形变化及断面冲淤状况；4台在线含沙量测量设备实时监测花园口等水文站的含沙量变化过程。“模型黄河”智慧平台依托先进的传感技术、自动控制与数据分析方法，实现了对试验中水文、泥沙、地形、流场等关键参数的实时监测、自动化控制以及试验成果的智能分析。
“物理实体模型，看得见摸得着，能够直观展现复杂的水沙运动规律，还可以校准数字模型的推演偏差。”黄科院防汛减灾和工程管理研究所副所长于国卿告诉记者，每年汛前，黄科院的科研人员在这里做多场次洪水模拟，算出滩区淹没范围、水深情况，为黄河下游120多万滩区群众避险转移、村台建设给出量化参考，同时围绕河道治理、水库排沙、河口生态补水开展大量试验。“这里的成果既有力支撑河南治黄实践，技术方案也向外输出，服务其他重大水利项目，为黄河安澜提供坚实可靠的科技支撑。”
数字孪生黄河
给黄河装上“智慧大脑”
如果说物理试验场景中的模型黄河，凭借精准推演能力成为黄河防汛治理的硬核“智囊团”，那么扎根数字空间的数字孪生黄河，便是全天候值守、全时段赋能的智慧防汛“大脑”。
走进黄委防洪会商大厅，巨型电子大屏上，黄河全流域三维实景全景呈现、动态可视。从上游骨干水库到下游入海口，核心水利枢纽、重点支流，以及河南段全线堤防、控导工程、滩区村落等关键要素一目了然。这就是正在加速实现“全流域贯通、全领域覆盖、全链条联动”的数字孪生黄河系统。
针对黄河下游800余公里河道，该系统可以实时动态模拟水沙演进过程。“我们可在5分钟内完成黄河下游7天洪水过程的模拟，洪峰计算误差在5%以内。”黄河水利科学研究院泥沙所副所长张防修介绍，数字孪生黄河依托统一数据底板、“1314”数学模拟体系、GPU并行超算算力，是极端天气应对、常态化水资源调度、全周期防汛减灾的核心决策大脑，与原型黄河、模型黄河互补协同，构筑起治黄数字智慧底座。
统一完备的数据底板，是数字孪生黄河建设运行的核心根基。系统全面归集“三条黄河”三大类源头核心数据，实现全量数据标准化整合、规范化治理、共享化应用，彻底破解以往各业务系统数据割裂、格式繁杂、复用性差的痛点，实现流域数据资源互联互通、高效赋能。
在全域数据底板支撑下，系统搭建起黄河流域专属“1314”数学模拟体系。其中“13”涵盖黄河13条重要支流，“1”对应干流生态廊道，“4”覆盖黄土高原、灌区等四大重点治理区域。通过体系整合专业数学模型，融合黄河知识库与人工智能大模型技术深度赋能“2+N”业务应用，完整实现洪水预报、预警、预演、预案“四预”一体化管控，大幅提升流域治理智能化水平。
2025年黄河调水调沙期间，三门峡水利枢纽借助数字孪生平台，与小浪底等水库协同调度，泄流运用102个小时，最大出库流量3690立方米每秒，精准冲刷下游河道，助力减少泥沙淤积，实现了腾库迎汛、水库排沙、生态补水等多目标共赢；针对近年北方极端暴雨频发、局部强降雨致灾风险，“四预”系统提前预判伊洛河洪涝风险、锁定防控重点，支撑骨干水库精准削峰调度，削峰率超90%，有效缓释黄河下游防洪压力。
从AI哨兵守护千里堤防、实验室实体复刻河道规律，到算力平台构建全流域数字镜像，原型黄河、模型黄河、数字孪生黄河“三条黄河”深度耦合、联动协同，推动黄河治理模式从“经验研判”向“数智预判”实现历史性转变。
立足河南黄河主汛期严峻防控形势，这套立体化、全链条科技防护体系，正在全方位提升流域水旱灾害防御、水沙精准调控、水生态保护修复、水资源高效利用综合能力。未来，更将以水利科技高水平自立自强，守护中原河段长治久安，为黄河流域生态保护和高质量发展筑牢坚实的数字安全屏障。
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