惟楚科教 科普同行｜黑河孕育著河西走廊，講述黑河故事

跟隨中國水利學會李貴寶教授走進黑河水資源與生態保護研究中心，研究中心主任董國濤接待了我們，這是一家中央駐地方垂直管理單位，由水利部黃河水利委員會批準成立，是水利部所屬唯一的內陸河流科研單位。主要從事對黑河流域水資源管理與規劃、水量調度與配置、生態修復、數字孿生與智慧水利等科學技術研究。聽著董主任講述河西走廊黑河治水、人文、歷史的故事。

理解黑河，就需要理解其水有源，其流有勢，其去有向，才能在歲月淘沙中賡續文化的基因。

黑河，發源于祁連山腹地、高處的八一冰川。從祁連山冰川出發的河流中，黑河流經路途最長，流域面積最大。它告別冰川與高原后，成為劈開祁連山，穿越河西走廊，澆灌沙漠綠洲的900多千米長河，流經青海，甘肅和內蒙古3個省(區)，在中國的內陸河中排名第二。這條蜿蜒穿越河西走廊的內陸河，不僅是西北干旱區的生態命脈，更是中華文明多元一體格局中一條沉默而堅韌的文化血脈。它如一條綠色的綢帶，串聯起冰川，森林，綠洲與荒漠，滋養了沿岸百萬生靈，見證了絲綢之路的駝鈴與現代文明的脈動。

當黑河水撲向河西走廊的戈壁，一場人類與自然合作的奇跡就此展開。張掖綠洲，正是黑河水被“馴化”的杰作。古人依水而居，開閘渠道，構建了延續千年的灌溉系統，最終使張掖成為了大漠綠洲中的“塞上江南”。祁連山脈的雪線之上，是另一種時間的刻度。黑河的源頭并非汩汩清泉，而是“固體水庫”冰川在陽光下的悄然融化。這些冰川如同巨大的“高山水塔”，年復一年地儲存降水，又在夏季釋放細流，成為黑河最初的生命信號。黑河水穿越綠洲，繼續向北，最終在巴丹吉林沙漠腹地的額濟納注入居延海。這片沙漠中的尾閭湖，是黑河水系命運的終章，也是生態的晴雨表。它的漲縮記錄著人類與自然博弈的痕跡，提醒著流域共生的必要性。

黑河的故事，是一場以熱愛為起點，以責任為路徑，以使命為終點的漫長約定。這份約定，終將在一代代治河人的堅守中，化作黑河永續奔流的碧波，滋養著這片土地，照亮著流域人民對美好生活的向往。

理解黑河，就需要理解其水有源，其流有勢，其去有向，才能在歲月淘沙中賡續文化的基因。

黑河固然孕育著大西北這片土地，但廣泛西北地區缺水是西北人民揮不去的陰霾。因此，智慧節水灌溉、智慧水利，國家在這片土地上大力推廣而應用。湖南惟楚科教依托水利工程專業并持續創新，近年推出眾多智慧節水灌溉的科教產品，為構建協同開放的水利教育生態圈，推動科教實踐技術進步與產業發展，分享一些大西北高校項目案例。

現代灌區智慧交互綜合平臺

目的與用途方向：

用于田間科研和室外實訓的指揮中心，滿足實現對田間作物灌水施肥、生長監測和室外實訓中心管控指揮，及農田節水灌溉實訓等功能需求。

1.平臺運行過程中所需的水存儲、水泵泵送、管道輸水、水庫蓄水，渠道通水、農田灌溉用水及余水回收等一系列過程和環節展示，其部件通過螺栓連接、粘結及熔接技術構成一個水循環系統。

2.人工降雨系統作為人工模擬自然降雨過程的裝置，在模擬降雨過程中所需的水泵泵送、管道輸水、噴頭雨量調節等一系列過程和環節展示，其部件通過螺栓連接、粘結及熔接技術構成一個人工降雨系統。

3.田間排水系統為暗管排水系統，為便于直觀的進行排水系統的展示。

4.仿真設備及作物作為展示節水灌溉系統的規劃布置，包括節水灌溉系統主要組成部分及采用仿真植物對平臺進行美化。

5.三通型流道灌水器研發裝置可用于對三通型流道邊界流場；進出水口流態；水力特性；局部水頭損失機理射流附壁效應。

6.穿孔型流道灌水器研發裝置可用于對穿孔型流道邊界流場；進出水口流態；水力特性；局部水頭損失機理；射流附壁效應等進行展示分析。

7.旋渦型流道灌水器研發裝置可用于對流道邊界流場；進出水口流態；水力特性；局部水頭損失機理；射流附壁效應等進行展示分析。

8.支持對校外實訓基地上布置的流量、壓力、土壤墑情等傳感器的實時監測數據進行采集，并支持接入數字孿生系統。

9.支持對校外實訓基地上監控視頻數據進行實時采集，支持將采集的圖形圖像數據進行輸出，即接入數字孿生系統

10.數據采集系統主要包括用于對雨量，流量，溫濕度，壓力等進行監測傳感器及其數顯裝置，采集的數據可實時展示于數監測數據動態展示系統中。

11.定制PLC控制盤柜可完成設備自動化控制，具備網絡通訊功能，性能穩定、可擴展、抗干擾強等特點。

12.數字化模型是智慧節水灌溉數字孿生平臺的模型基礎，需要具備三維可視化、數據可視化、信息集成化等特性，同時數字化模型的體量與數據量較大，在導入數字孿生平臺時需要進行優化處理，對數字化模型進行減面、修模等操作。

13.監測數據動態展示功能是對物理世界中的校外實訓基地及室內節水灌溉物理模型平臺上的節水灌溉系統運行狀態的映射，針對實際工程灌區、校外實訓基地、室內沙盤模型這三處數據發生源，開發出工程模式、校外實訓基地模式、室內節水灌溉物理模型沙盤模式，對接與轉化三處傳入的監測數據，并在三維仿真場景中進行展示。

14.運行控制功能是智慧運行調度的控制基礎，針對校外實訓基地與室內節水灌溉物理模型平臺上布置的水泵、閥門等設備，通過綜合控制柜、數據通信光端機、PCI擴展卡等硬件設備實現對設備的遠程及自動化控制，并通過構建的節水灌溉三維虛擬仿真場景，將設備控制的交互按鍵與水泵與閥門等設備三維仿真模型進行關聯，同時支持以虛擬交互的形式進行設備自動化運行腳本的編制。

15.綜合采用三維仿真技術、Unity3d、數據庫、數學模型、C#和Fortran聯合編程等技術手段，從后臺計算分析程序與前端互動界面開發兩個層面進行智慧運行調度模塊的開發。智慧運行調度是基于作物原理、氣象預報、土質資料等方面進行數學模型的構建，以作物適宜土壤含水量為目標水量進行計算分析。

16.根據灌溉設備的教學要求與特色灌溉設備的三維可視化展示需求，綜合應用三維虛擬仿真技術、三維引擎技術等先進技術，打造特色灌溉設備三維虛擬仿真展示系統，該系統主要是針對灌溉設備、創新自研設備進行三維可視化展示。

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