数字孪生黄河建设之数据底板“缺陷”

李向阳,赵新生

(黄河水利委员会水文局，河南 郑州 450004)

不久前，水利部黄河水利委员会(以下简称“黄委”)印发《数字孪生黄河建设规划(2022—2025)》，要求“十四五”期间在水利部数字孪生流域整体框架下，加快构建具有“四预”功能的数字孪生黄河。提出了数字孪生黄河建设框架、规划目标、建设任务等。

从数字孪生技术的发展背景看，数字孪生模型是相对于其物理实体而言的。数字孪生黄河建设，第一要务是构建数据底板。因此，要对物理黄河的要素进行甄别选取和规范应用，从河源到河口，包括正源、河长、落差、分段、径流量、含沙量等水文特征值以及社会、经济等数据。现实中，这些数据在文献及不同媒体上，存在诸多矛盾和错误：或技术原因、或管理环节、或学术问题，一直没得到足够重视和有效解决。本文列举书刊、网页和部分教科书等载体中讲解黄河的矛盾或错误数据，进行讨论。

1 数字孪生黄河建设

数字孪生是以数据、模型为主要元素构建的基于模型的系统工程。

2021年9月，水利部召开深入推动黄河流域生态保护和高质量发展工作座谈会，李国英部长明确要求建设数字孪生黄河。2021年10月，国务院印发《黄河流域生态保护和高质量发展规划纲要》(以下简称《纲要》)，从水资源、污染防治、产业、交通、文化、民生等各个方面，对黄河流域生态保护和高质量发展作出全面系统的部署[1]。

开展数字孪生黄河建设，是深入习近平总书记关于治水特别是黄河保护治理重要讲话指示批示精神的迫切需要，是贯彻《纲要》的重要任务，也是贯彻2022年全国水利工作会议精神的具体行动。数字孪生黄河建设，就是充分运用云计算、大数据、人工智能、物联网、数字孪生等新一代信息技术，以黄河自然地理、干支流水系、水利工程、经济社会信息为主要内容，对物理黄河进行全要素数字化映射，并实现物理黄河与数字黄河之间的动态实时信息交互和深度融合，保持两者的同步性、孪生性。

构建流域数字孪生模型，需要BIM设计、无人机倾斜摄影、河流数字孪生模型构建、机理数学模型和BIM+GIS融合等关键技术的支撑，以物理黄河为单元、时空数据为底座。首先获取流域全要素，并且保障数据底板的“精准性、同步性、及时性”。

数字孪生黄河建设领导小组会议要求，集全河之力、全河之智，合力推进数字孪生黄河建设。目前，先行先试工作正在有序进行。

2 物理黄河数据

黄河宁，天下平。

黄河流域是我国重要的生态安全屏障，也是人口活动和经济发展的重要区域，在国家发展大局和社会主义现代化建设全局中具有举足轻重的战略地位。

2.1 认识黄河

黄河网(http://www.yrcc.gov.cn/)：黄河，中国的第二大河。发源于青海高原巴颜喀拉山北麓约古宗列盆地，蜿蜒东流，穿越黄土高原及黄淮海大平原，注入渤海。干流全长5464公里，水面落差4480米。流域总面积79.5万平方公里(含内流区面积4.2万平方公里)。这段文字与《黄河志卷2黄河流域综述》[2]记述的一致。

《黄河志卷3黄河水文志》记述的黄河：集水面积75.2万多平方公里，黄河全长5464公里，河源至河口落差4830米[3]。

同是黄委黄河志总编辑室编著的“黄河志”，卷2与卷3对黄河落差数据记录，分别是4480米和4830米。二者相差350米。

上述落差数据是文献资料记载的黄河要素之一。黄河源头、长度、落差、分段、径流量、含沙量以及洪水、断流等特征，是黄河最为基础的数据。认识黄河、了解黄河、建设黄河，离不开这些特征值。

资料显示，黄河特征值数据在各种媒体中存在较多矛盾或错误，缺乏一致性，无论阅读学习还是专业研究，读者都无所适从，看到的“黄河”概念极其模糊，获得的“黄河”知识存在缺陷。

2.2 黄河源头

有关黄河的源头，中国史籍中有不少记载。1952年黄委组织河源查勘确认约古宗列曲为黄河正源。20世纪70年代黄委量算黄河流域特征值，其成果经水电部(73)水电水字100号文批准刊印公布)。成果中对河源的提法是“黄河发源于约古宗列曲(玛曲)”。但是，长期以来，我国史地学界对黄河河源问题一直存在不少的争论，学术界争论的焦点是正源：约古宗列曲(玛曲)、卡日曲和多源。而不同意见作为结论性的提法，写进了学校教科书、专业工具书等。黄河正源文献记载举例见表1。

2.3 黄河长度

河流长度指河源到河口的长度。它是确定河流比降的基本参数。

据《黄河水文志》，1972年以前黄河流域的集水面积及河流长度，无统一的、准确的量算数值，采用的河流长度有4800公里和4845公里。1972年黄委根据最新地形图进行了重新量算，得到黄河河长5463.3(采用5464)公里。1974年6月份以后，正式使用干流长度5464公里等资料。

1974年以后，出版物上关于黄河干流长度大多采用了“5464”这一数值。但仍有采用之前的4800公里或4845公里。

让读者困惑的是，书刊上讲解黄河干流长度，有着很多不一致数据。据笔者收集到的300余分资料，以1980年以后出版的文献为例，黄河长度有10多种不同的数值(单位公里或千米或km)，分别是：4800、4845、5400、5446、5464、5489、5496、5500、5600、5778等。

书刊中黄河长度数据乱象，在有关黄河读物中普遍存在。笔者以手头近300份资料为样本，就行了粗略统计：正规的“5464”不足50%，而“5500”达23%。足见问题严重程度。黄河长度文献记载举例，见表2。

表1 黄河正源文献记载举例

表2 书刊中的黄河特征值：全河长度(不一致数据)

2.4 黄河分段

黄河干流的分段是研究黄河、认识黄河的重要内容之一。关于黄河干流的分段，存在着不同认识。而不同意见分别写进了教材、工具书和成果专著中。黄委以河口镇与桃花峪为界划分上游、中游、下游，传统的教科书以河口镇与孟津为界。

黄河中游、下游分界问题，集中在孟津和桃花峪。按书籍出版年份(升序)，将不同的划分举例说明，见表3。

2.5 黄河径流

黄河干流径流量是物理黄河的重要特征参数。

同黄河干流长度一样，黄河径流量数据，在文献中也是多种数值，极不一致。给读者和研究人员带来疑惑、造成麻烦。文献史料中，黄河径流量(108m3)数据，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。文献涉及学校自然地理、水利工程、环境规划等学科教科书以及中国水文志、中华人民共和国年鉴、黄河年鉴等。限于篇幅，不再赘述。

3 问题分析与思考

黄河问题确实存在，但如果不仔细思考，相信很难发现。发现问题，就要分析问题，研究和着手解决问题。

3.1 黄河特征要素

河源表征河流的自然地理属性，又是历史进程和人类长期认可的产物。河源的界定，要考虑自然地理特征，还要注意历史人文因素。河流上中下游的划分，既是地形、地貌、水文等自然因素决定的，也是科学保护治理的需要。分界点蕴藏着丰富的地理、水利、人文知识，是生态保护治理、区域协同发展的重要依据。

关键的问题，黄河中下游的分界点，不在于“孟津”或“桃花峪”等地名，而是伊洛河、沁河等的汇入区间属于中游还是下游。采用黄委的划分方案，伊洛河、沁河水量平衡计算属于中游来水。若按孟津分界，则属于下游支流。由此带来的问题显而易见。

所以说，对黄河正源的确定和河段上游、中游和下游的划分，要尊重河流主管部门即黄委的意见[4]。

3.2 江河教材建设

教材建设是育人育才的重要依托。从治国理政高度来看，建设什么样的教材和教材体系，实质上是国家意志的体现，是国家事权。无论是教学还是科研，都需要正本清源，树立黄河概念的科学性和权威性。

表3 黄河干流上中下游河段划分情况

对于黄河长度、黄河径流量以及黄河含沙量、黄河洪水等特征值，应是权威的、科学的数字，也有随时间、地理、社会、经济等因素而变化的数据。如何定量、定性和公告、宣讲这些资料，需要高度重视并审慎对待。

4 结语

面对黄河母亲，我们要尊重、敬畏和礼遇。

让黄河成为造福人民的幸福河，需要科学完善的管理体制机制、法律法规、技术标准等多要素有机驱动。数字孪生并不是单一的数字化技术，而是在多种使能技术迅速发展和交叉融合基础上，通过构建物理实体所对应的数字孪生模型，并对数字孪生模型进行可视化、调校、体验、分析与优化。数字孪生黄河是一项复杂的系统工程。物理黄河记载与数字孪生黄河建设，并非对立，而是相辅相成的。前者是实体、是基础，后者是技术、是模型。同样重要的是黄河文化。

(1)感想。黄河要建设成为幸福之河，必须坚持以人民为中心，把发展性理念有机融入流域高质量之中，促进人地、人水和谐。充分发挥水利部黄河水利委员会作用，为黄河流域生态保护和高质量发展提供支撑保障。发扬工匠精神、黄河精神，规范黄河书刊尤其是黄河水利教材建设，补齐黄河数据短板，确保流域生态环境和黄河文化保护传承的健康发展。

(2)思考。不细心阅读，很难发现问题。黄河要素在文献资料中这般书写，其它江河又是怎样状况，不得而知。笔者注意到，水利部网站(http://www.mwr.gov.cn/szs/slcs/201612/t20161222_776398.html)与中国政府网(http://www.mwr.gov.cn/szs/slcs/201612/t20161222_776398.html)，登载的中国主要河流长度数据，存在不一致情况，应引起重视，予以核实并订正。