治黄80年：从竹竿探河到数字孪生，科技重塑黄河治理

治黄80年：科技贯穿三次跃迁

2026年，人民治黄迎来80年。黄河是世界上泥沙最多、治理难度最大的河流之一。黄河水利委员会总工程师魏向阳在接受科技日报记者专访时表示，80年来黄河治理开发保护与国家发展需求紧密相连，科技贯穿全过程，大致经历三个阶段。

• 1946—1999年是奠基期，从“宽河固堤”起步，三门峡、刘家峡、龙羊峡等枢纽相继兴建，锥探灌浆、水坠法筑坝等技术不断涌现。
• 1999—2014年是转型期，以小浪底水库投运为节点，提出“原型黄河”“数字黄河”“模型黄河”即“三条黄河”，实施调水调沙原型试验与生产运行、全河水量统一调度。
• 2014年至今是深化期，黄河流域生态保护和高质量发展上升为重大国家战略，发展“一高一低”水库对接、水库—河道年际接续调控的水沙调控新模式，并推动“数字黄河”向“数字孪生黄河”迭代升级。

魏向阳认为，最关键的范式转换是“三条黄河”建设提出及数字孪生黄河延续发展，它们把原型观测、物理模型、数学模型整合为相互校验、互为支撑的体系。

调水调沙：用有限水冲刷河槽

自2002年以来，黄河已实施33次调水调沙，累计输沙入海37.4亿吨。“黄河调水调沙理论与实践”获2010年度国家科技进步奖一等奖，并于2025年入选生态文明领域20项重大科技成果。

魏向阳解释，调水调沙就是利用下游河道输沙能力，通过水库合理调节来水来沙，塑造可控洪水，把不协调水沙过程变为协调过程，冲刷下游河槽、恢复过流能力。其核心难题是用有限水把尽可能多泥沙送入大海，同时减少水库淤积，主要靠河道输沙理论和水库泥沙运动理论支撑。下游河道具有“多来多排多淤，少来少排少淤”特点，输沙能力与来水流量高次方成正比，集中泄放大流量过程输沙效果更好；高含沙洪水进入水库后形成异重流，科研人员构建定量描述小浪底水库异重流输移过程的数学方程和人工塑造异重流技术指标。

“三条黄河”联动形成闭环

“原型黄河”是真实黄河，利用“天空地水工”监测感知技术实时监测水流、泥沙、河势、工程、地形等信息；“数字孪生黄河”把黄河装进计算机，快速预演不同调度方案下的水库排沙、洪水演进、河势变化和水位表现，比选最优方案；“模型黄河”是在实验室按比例复刻的物理模型，可开展洪水预演和调度试验。三者数据互通、功能互补、效果互验，形成完整闭环。

今年调水调沙期间，卫星遥感每日分析洪水动态，无人机、视频和手持雷达获取洪水态势，光电测沙仪实时监测含沙量，“智能石头”全天候监测预警河道工情险情；数字孪生强化“四预”能力，通过“正向—逆向—正向”推演制定预案，助力实现抗旱保供、腾库迎汛、水库排沙、生态补水等多目标共赢。模型精准度方面，团队重点抓基础数据更新、机理规律研究和“三条黄河”联动校验，用实测资料持续率定验证。光电测沙仪可对每立方米泥沙质量0—1110千克的浑水有效监测，把泥沙数据采集从传统取样烘干的24小时以上压缩至分钟级。面向“十五五”，治黄科技仍需挑战更多“不可能”，以数智化支撑水沙新格局下的科学决策。