數(shù)字孿生黃河建設(shè)之?dāng)?shù)據(jù)底板“缺陷”

李向陽,趙新生

(黃河水利委員會(huì)水文局，河南 鄭州 450004)

不久前，水利部黃河水利委員會(huì)(以下簡稱“黃委”)印發(fā)《數(shù)字孿生黃河建設(shè)規(guī)劃(2022—2025)》，要求“十四五”期間在水利部數(shù)字孿生流域整體框架下，加快構(gòu)建具有“四預(yù)”功能的數(shù)字孿生黃河。提出了數(shù)字孿生黃河建設(shè)框架、規(guī)劃目標(biāo)、建設(shè)任務(wù)等。

從數(shù)字孿生技術(shù)的發(fā)展背景看，數(shù)字孿生模型是相對于其物理實(shí)體而言的。數(shù)字孿生黃河建設(shè)，第一要?jiǎng)?wù)是構(gòu)建數(shù)據(jù)底板。因此，要對物理黃河的要素進(jìn)行甄別選取和規(guī)范應(yīng)用，從河源到河口，包括正源、河長、落差、分段、徑流量、含沙量等水文特征值以及社會(huì)、經(jīng)濟(jì)等數(shù)據(jù)。現(xiàn)實(shí)中，這些數(shù)據(jù)在文獻(xiàn)及不同媒體上，存在諸多矛盾和錯(cuò)誤：或技術(shù)原因、或管理環(huán)節(jié)、或?qū)W術(shù)問題，一直沒得到足夠重視和有效解決。本文列舉書刊、網(wǎng)頁和部分教科書等載體中講解黃河的矛盾或錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，進(jìn)行討論。

1 數(shù)字孿生黃河建設(shè)

數(shù)字孿生是以數(shù)據(jù)、模型為主要元素構(gòu)建的基于模型的系統(tǒng)工程。

2021年9月，水利部召開深入推動(dòng)黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展工作座談會(huì)，李國英部長明確要求建設(shè)數(shù)字孿生黃河。2021年10月，國務(wù)院印發(fā)《黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展規(guī)劃綱要》(以下簡稱《綱要》)，從水資源、污染防治、產(chǎn)業(yè)、交通、文化、民生等各個(gè)方面，對黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展作出全面系統(tǒng)的部署[1]。

開展數(shù)字孿生黃河建設(shè)，是深入習(xí)近平總書記關(guān)于治水特別是黃河保護(hù)治理重要講話指示批示精神的迫切需要，是貫徹《綱要》的重要任務(wù)，也是貫徹2022年全國水利工作會(huì)議精神的具體行動(dòng)。數(shù)字孿生黃河建設(shè)，就是充分運(yùn)用云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字孿生等新一代信息技術(shù)，以黃河自然地理、干支流水系、水利工程、經(jīng)濟(jì)社會(huì)信息為主要內(nèi)容，對物理黃河進(jìn)行全要素?cái)?shù)字化映射，并實(shí)現(xiàn)物理黃河與數(shù)字黃河之間的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)信息交互和深度融合，保持兩者的同步性、孿生性。

構(gòu)建流域數(shù)字孿生模型，需要BIM設(shè)計(jì)、無人機(jī)傾斜攝影、河流數(shù)字孿生模型構(gòu)建、機(jī)理數(shù)學(xué)模型和BIM+GIS融合等關(guān)鍵技術(shù)的支撐，以物理黃河為單元、時(shí)空數(shù)據(jù)為底座。首先獲取流域全要素，并且保障數(shù)據(jù)底板的“精準(zhǔn)性、同步性、及時(shí)性”。

數(shù)字孿生黃河建設(shè)領(lǐng)導(dǎo)小組會(huì)議要求，集全河之力、全河之智，合力推進(jìn)數(shù)字孿生黃河建設(shè)。目前，先行先試工作正在有序進(jìn)行。

2 物理黃河數(shù)據(jù)

黃河寧，天下平。

黃河流域是我國重要的生態(tài)安全屏障，也是人口活動(dòng)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要區(qū)域，在國家發(fā)展大局和社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)全局中具有舉足輕重的戰(zhàn)略地位。

2.1 認(rèn)識(shí)黃河

黃河網(wǎng)(http://www.yrcc.gov.cn/)：黃河，中國的第二大河。發(fā)源于青海高原巴顏喀拉山北麓約古宗列盆地，蜿蜒東流，穿越黃土高原及黃淮海大平原，注入渤海。干流全長5464公里，水面落差4480米。流域總面積79.5萬平方公里(含內(nèi)流區(qū)面積4.2萬平方公里)。這段文字與《黃河志卷2黃河流域綜述》[2]記述的一致。

《黃河志卷3黃河水文志》記述的黃河：集水面積75.2萬多平方公里，黃河全長5464公里，河源至河口落差4830米[3]。

同是黃委黃河志總編輯室編著的“黃河志”，卷2與卷3對黃河落差數(shù)據(jù)記錄，分別是4480米和4830米。二者相差350米。

上述落差數(shù)據(jù)是文獻(xiàn)資料記載的黃河要素之一。黃河源頭、長度、落差、分段、徑流量、含沙量以及洪水、斷流等特征，是黃河最為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)。認(rèn)識(shí)黃河、了解黃河、建設(shè)黃河，離不開這些特征值。

資料顯示，黃河特征值數(shù)據(jù)在各種媒體中存在較多矛盾或錯(cuò)誤，缺乏一致性，無論閱讀學(xué)習(xí)還是專業(yè)研究，讀者都無所適從，看到的“黃河”概念極其模糊，獲得的“黃河”知識(shí)存在缺陷。

2.2 黃河源頭

有關(guān)黃河的源頭，中國史籍中有不少記載。1952年黃委組織河源查勘確認(rèn)約古宗列曲為黃河正源。20世紀(jì)70年代黃委量算黃河流域特征值，其成果經(jīng)水電部(73)水電水字100號(hào)文批準(zhǔn)刊印公布)。成果中對河源的提法是“黃河發(fā)源于約古宗列曲(瑪曲)”。但是，長期以來，我國史地學(xué)界對黃河河源問題一直存在不少的爭論，學(xué)術(shù)界爭論的焦點(diǎn)是正源：約古宗列曲(瑪曲)、卡日曲和多源。而不同意見作為結(jié)論性的提法，寫進(jìn)了學(xué)校教科書、專業(yè)工具書等。黃河正源文獻(xiàn)記載舉例見表1。

2.3 黃河長度

河流長度指河源到河口的長度。它是確定河流比降的基本參數(shù)。

據(jù)《黃河水文志》，1972年以前黃河流域的集水面積及河流長度，無統(tǒng)一的、準(zhǔn)確的量算數(shù)值，采用的河流長度有4800公里和4845公里。1972年黃委根據(jù)最新地形圖進(jìn)行了重新量算，得到黃河河長5463.3(采用5464)公里。1974年6月份以后，正式使用干流長度5464公里等資料。

1974年以后，出版物上關(guān)于黃河干流長度大多采用了“5464”這一數(shù)值。但仍有采用之前的4800公里或4845公里。

讓讀者困惑的是，書刊上講解黃河干流長度，有著很多不一致數(shù)據(jù)。據(jù)筆者收集到的300余分資料，以1980年以后出版的文獻(xiàn)為例，黃河長度有10多種不同的數(shù)值(單位公里或千米或km)，分別是：4800、4845、5400、5446、5464、5489、5496、5500、5600、5778等。

書刊中黃河長度數(shù)據(jù)亂象，在有關(guān)黃河讀物中普遍存在。筆者以手頭近300份資料為樣本，就行了粗略統(tǒng)計(jì)：正規(guī)的“5464”不足50%，而“5500”達(dá)23%。足見問題嚴(yán)重程度。黃河長度文獻(xiàn)記載舉例，見表2。

表1 黃河正源文獻(xiàn)記載舉例

表2 書刊中的黃河特征值：全河長度(不一致數(shù)據(jù))

2.4 黃河分段

黃河干流的分段是研究黃河、認(rèn)識(shí)黃河的重要內(nèi)容之一。關(guān)于黃河干流的分段，存在著不同認(rèn)識(shí)。而不同意見分別寫進(jìn)了教材、工具書和成果專著中。黃委以河口鎮(zhèn)與桃花峪為界劃分上游、中游、下游，傳統(tǒng)的教科書以河口鎮(zhèn)與孟津?yàn)榻纭?/p>

黃河中游、下游分界問題，集中在孟津和桃花峪。按書籍出版年份(升序)，將不同的劃分舉例說明，見表3。

2.5 黃河徑流

黃河干流徑流量是物理黃河的重要特征參數(shù)。

同黃河干流長度一樣，黃河徑流量數(shù)據(jù)，在文獻(xiàn)中也是多種數(shù)值，極不一致。給讀者和研究人員帶來疑惑、造成麻煩。文獻(xiàn)史料中，黃河徑流量(108m3)數(shù)據(jù)，大致有432、480、500、535、543、560、563、574、580、592、626、650、658、661等。其中560、574、580和661居多。文獻(xiàn)涉及學(xué)校自然地理、水利工程、環(huán)境規(guī)劃等學(xué)科教科書以及中國水文志、中華人民共和國年鑒、黃河年鑒等。限于篇幅，不再贅述。

3 問題分析與思考

黃河問題確實(shí)存在，但如果不仔細(xì)思考，相信很難發(fā)現(xiàn)。發(fā)現(xiàn)問題，就要分析問題，研究和著手解決問題。

3.1 黃河特征要素

河源表征河流的自然地理屬性，又是歷史進(jìn)程和人類長期認(rèn)可的產(chǎn)物。河源的界定，要考慮自然地理特征，還要注意歷史人文因素。河流上中下游的劃分，既是地形、地貌、水文等自然因素決定的，也是科學(xué)保護(hù)治理的需要。分界點(diǎn)蘊(yùn)藏著豐富的地理、水利、人文知識(shí)，是生態(tài)保護(hù)治理、區(qū)域協(xié)同發(fā)展的重要依據(jù)。

關(guān)鍵的問題，黃河中下游的分界點(diǎn)，不在于“孟津”或“桃花峪”等地名，而是伊洛河、沁河等的匯入?yún)^(qū)間屬于中游還是下游。采用黃委的劃分方案，伊洛河、沁河水量平衡計(jì)算屬于中游來水。若按孟津分界，則屬于下游支流。由此帶來的問題顯而易見。

所以說，對黃河正源的確定和河段上游、中游和下游的劃分，要尊重河流主管部門即黃委的意見[4]。

3.2 江河教材建設(shè)

教材建設(shè)是育人育才的重要依托。從治國理政高度來看，建設(shè)什么樣的教材和教材體系，實(shí)質(zhì)上是國家意志的體現(xiàn)，是國家事權(quán)。無論是教學(xué)還是科研，都需要正本清源，樹立黃河概念的科學(xué)性和權(quán)威性。

表3 黃河干流上中下游河段劃分情況

對于黃河長度、黃河徑流量以及黃河含沙量、黃河洪水等特征值，應(yīng)是權(quán)威的、科學(xué)的數(shù)字，也有隨時(shí)間、地理、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)等因素而變化的數(shù)據(jù)。如何定量、定性和公告、宣講這些資料，需要高度重視并審慎對待。

4 結(jié)語

面對黃河母親，我們要尊重、敬畏和禮遇。

讓黃河成為造福人民的幸福河，需要科學(xué)完善的管理體制機(jī)制、法律法規(guī)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等多要素有機(jī)驅(qū)動(dòng)。數(shù)字孿生并不是單一的數(shù)字化技術(shù)，而是在多種使能技術(shù)迅速發(fā)展和交叉融合基礎(chǔ)上，通過構(gòu)建物理實(shí)體所對應(yīng)的數(shù)字孿生模型，并對數(shù)字孿生模型進(jìn)行可視化、調(diào)校、體驗(yàn)、分析與優(yōu)化。數(shù)字孿生黃河是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。物理黃河記載與數(shù)字孿生黃河建設(shè)，并非對立，而是相輔相成的。前者是實(shí)體、是基礎(chǔ)，后者是技術(shù)、是模型。同樣重要的是黃河文化。

(1)感想。黃河要建設(shè)成為幸福之河，必須堅(jiān)持以人民為中心，把發(fā)展性理念有機(jī)融入流域高質(zhì)量之中，促進(jìn)人地、人水和諧。充分發(fā)揮水利部黃河水利委員會(huì)作用，為黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展提供支撐保障。發(fā)揚(yáng)工匠精神、黃河精神，規(guī)范黃河書刊尤其是黃河水利教材建設(shè)，補(bǔ)齊黃河數(shù)據(jù)短板，確保流域生態(tài)環(huán)境和黃河文化保護(hù)傳承的健康發(fā)展。

(2)思考。不細(xì)心閱讀，很難發(fā)現(xiàn)問題。黃河要素在文獻(xiàn)資料中這般書寫，其它江河又是怎樣狀況，不得而知。筆者注意到，水利部網(wǎng)站(http://www.mwr.gov.cn/szs/slcs/201612/t20161222_776398.html)與中國政府網(wǎng)(http://www.mwr.gov.cn/szs/slcs/201612/t20161222_776398.html)，登載的中國主要河流長度數(shù)據(jù)，存在不一致情況，應(yīng)引起重視，予以核實(shí)并訂正。