泉,是城市生态安全的重要“晴雨表”,也是地下水系统健康状况的直观反映。
我国不少地区存在岩溶泉群分布广、补给条件复杂、受人类活动影响显著等特点,泉域保护长期面临“看不见地下、管不住变化、预判不够准”的治理难题。
此次入选“中国水利记忆·TOP10”的山西实践,聚焦岩溶大泉保护与地下水治理关键环节,以数字孪生平台为抓手,为基层治水提供了可复制、可推广的技术路线与治理思路。
问题层面,泉域治理难在系统性与隐蔽性。
岩溶含水系统通常呈现“地表—地下”联通、通道发育、响应敏感等特征,降雨、取水、工程建设等因素都会改变地下水动力条件,进而影响泉水流量与水质。
传统管理手段更多依赖点位监测与经验判断,数据分散、链条割裂,难以在空间上呈现地下结构与补排过程,也难以在时间上形成连续预测与风险预警,导致治理往往偏“事后修复”,难以做到“事前防控、事中调度”。
原因在于,泉域保护涉及水文地质、生态环境、城乡用水、工程调度等多部门、多学科协同,数据标准不一、模型耦合复杂,过去受制于监测手段、算力与模型能力,地下水“源—汇—聚”的过程难以被直观刻画,调控策略也缺乏可验证的推演依据。
尤其对岩溶大泉而言,地下通道与裂隙结构非均质特征显著,单一模型或单一监测手段很难支撑精细化治理需求,迫切需要以平台化方式将“数据、模型、业务”贯通起来。
影响层面,泉域保护能力的提升不仅关系生态文明建设,也关系区域水安全与公共服务保障。
泉水稳定与否,直接影响河湖生态补水、城市景观与湿地系统,关系地下水超采治理和水资源配置效率。
数字化治理一旦形成闭环,能够将“监测结果”转化为“管理动作”,将“经验管理”升级为“证据支撑的决策管理”,对减少地下水系统扰动、降低供水风险、提升生态韧性具有现实意义。
同时,数字孪生平台的建设也为水利行业推进数字化转型提供了样本,有助于推动基层治水从“分段管理”走向“全域联动”。
对策层面,山西晋祠泉域数字孪生平台以水文地质学为核心,搭建“六大核心板块”,把泉域总览、水资源监测、管理功能、“四预”服务、智慧应用和数据底座纳入统一框架,形成从数据采集、分析研判到管理调度的业务闭环。
据介绍,平台重点突破三方面关键环节:一是构建“地表—地下”一体化监测感知体系,实现对关键要素的实时动态监测与分析,为精准掌握泉域变化提供数据支撑;二是复刻三维水文地质结构,以可视化方式呈现地下水补给、径流、排泄等过程,使地下系统从“不可见”变为“可理解、可管理”;三是综合数学、物理与数值模型,提高对地下水流动与传输过程的推演评估能力,增强情景模拟与决策验证水平,从而把“预报、预警、预演、预案”的“四预”能力落实到具体业务场景中。
前景层面,泉域数字孪生的价值不仅在于“建平台”,更在于“用起来、用得准、用得久”。
下一步,平台建设仍需在数据质量与标准体系、跨部门协同机制、模型持续校核优化、管理制度衔接等方面形成长效机制,推动监测网络更加完备、模型参数更加贴近实际、管理措施更加精细可执行。
随着更多泉域治理实践积累,数字孪生有望向流域、城市群乃至省域地下水管理拓展,在地下水超采治理、生态补水调度、重大旱涝风险防控等领域发挥更大作用。
业内认为,在水资源刚性约束持续强化的背景下,以数字化手段提升治理体系和治理能力现代化水平,将成为推动水利高质量发展的重要方向。
从晋祠泉域的实践可以看到,数字技术正深刻重塑传统治水模式。
这场以智能化破解生态难题的变革,不仅彰显科技创新对绿色发展的驱动作用,更启示我们:在生态文明建设的新征程上,唯有坚持科技赋能、系统治理,方能实现人与自然的和谐共生。