水利部推荐的数字孪生水利建设典型案例介绍

       2022年以来，水利部先后出台《数字孪生流域建设技术大纲（试行）》《数字孪生水网建设技术导则（试行）》《数字孪生水利工程建设技术导则（试行）》《水利业务“四预”基本技术要求（试行）》《数字孪生流域共建共享管理办法（试行）》等系列文件，细化明确了数字孪生流域、数字孪生水网、数字孪生水利工程、水利业务预报—预警—预演—预案（以下简称“四预”）等建什么、谁来建、怎么建以及如何共享等要求，为各级水利部门智慧水利建设提供了基本技术遵循。

一起来了解一下：近几年水利部推荐的典型数字孪生水利工程项目都有哪些：

1.水利部数字孪生平台

　　积极贯彻落实部党组关于数字孪生水利建设要求，依托国家重点研发计划“多尺度流域水资源和水利设施遥感监测应用示范项目（2021YFB3900600）”攻克多项关键技术难题，在全国水利一张图基础上，升级构建了水利部数字孪生平台。

      构建数字化场景，有序开展多源数据汇集治理，实现水利对象多要素数字化映射，融合生成多级动态更新的数据底板，推动行业共建共享；开展智能化模拟，研发水利专业模型和遥感AI识别模型，构建自主可控的通用模型平台，实现二三维一体化同步仿真和多模式展示，支持水利业务智能化模拟；支撑精准化决策，赋能防洪“四预”应用，建立以流域为单元短中长期预报体系，预警信息直达一线和社会公众，构建多库群“正向”“反向”调度模型，科学制定执行预案，为指挥决策提供重要依据。

2.丹江口工程数字孪生平台与“四预”智能业务应用

　　紧密围绕大坝安全、水质安全、库区安全业务需求，深度融合数字孪生汉江流域，开展了“天空地内”透彻监测感知网、数据底板、孪生平台与智能应用建设，全面实现“四预”功能。大坝安全方面，建立了监测数据治理→安全性态预测→隐患预警→风险预演→综合评价全链条大坝安全模型库，耦合数据驱动方法与物理机理模型实现大坝安全“四预”；

      水质安全方面，耦合水文预报与一、二、三维水动力水质模型实现水质安全“四预”，实现了上游污染入库后动态预测和任意位置突发污染扩散模拟，推送预警信息并评估预案处置效果；库区安全方面，构建了地灾预测预警与有限元仿真预演模型，实现库区地灾“四预”，可对库区未来安全态势预测预警。

3.数字孪生黄河（三门峡—济南河段）

　　针对黄河流域生态保护和高质量发展的核心及四预“短板”，聚焦“物联感知—场景搭建—模型驱动—引擎仿真—业务应用”等创新链条“关键环”，聚焦三门峡—济南重点河段，围绕全流域一盘棋、全链条驱动、全业务覆盖开展建设，研发了水利孪生可视化模拟仿真引擎、多源异构数据融合与孪生场景构建、在线泥沙测量系统、河防工程智能感知系统等多项关键技术装备与核心应用，构建了三门峡至济南河段统一的数字化场景，支撑建设了“2+N”业务应用系统，全面应用服务流域防洪、水资源管理调度、直管工程（河道）管理等工作，有力提升了黄河治理管理水平，助力黄河流域“四个统一”。

4.数字孪生曹娥江流域防洪应用

　　针对传统模式下防洪信息碎片化、调度不联动、协同不高效等问题，聚焦“降多少雨、涨多少水、风险在哪里、该如何调度、风险如何管控”等关键环节，整合气象、水利、应急、自然资源等部门数据资源和业务流程，构建流域二三维一体化数据底板；自主研发预报调度及风险研判全过程耦合模型，为决策者和技术人员分别搭建“驾驶舱”和“工作平台”，实现“气象预报—洪水预报—工程调度—风险研判—风险提示—信息反馈”防汛全链条一体化融合；串联点（单站）、线（堤防）、面（保护区），打通预报预警“最后一公里”。通过“业务协同+流程塑造+技术创新”组合拳，打造流域预报调度一体化模式，全面提升流域防洪“四预”能力。

5.潭江流域闸库群防洪潮联合调度

　　以恩平城区、开平城区等为重点防洪保护对象，以流域大中型水库群、潭江干流水闸为调度对象，聚焦潭江中下游合山水闸、镇海水库及大沙河水库至—崖门口河段一、二维洪潮演进过程，融合多信息源预报，构建气象—水文—水动力集一体的复杂流域入库径流预报及其洪涝延伸预报平台，重点开展22座大中型水库、6宗水闸、250公里潭江干流及重点支流综合预报调度模型建设，全面耦合江门市沿线防洪工程体系，有力支撑库闸群精准联调联控，初步构建流域洪潮灾害防御“四预”体系。

6.数字孪生小浪底

　　小浪底水利枢纽位于黄河最后一段峡谷出口处，集防洪、防凌、减淤、供水、灌溉、发电、生态等为一体，是黄河中下游防洪以及水沙调控体系的关键性控制工程。作为数字孪生水利工程首批试点，按照水利部关于数字孪生流域、数字孪生工程以及数据融合共享等方面的标准和要求，数字孪生小浪底全面加强算据、算法、算力建设，构建了以全要素数据底板为基础，模型库、知识库为支撑，N项业务应用赋能的数字孪生小浪底平台；实现了工程安全、防汛调度、库区管理等重点业务的“四预”功能和多目标管控，有效支撑工程安全稳定运行与综合效益充分发挥，提升了精准决策和管理能力。

7.数字孪生大藤峡

　　 锚定安全运行、科学调度、充分发挥工程效益的目标，搭建契合大藤峡在建工程特点的防汛与水量调度“四预”平台。针对工程运行初期水雨工情监测感知不全面和水库调度可视化、精细化、智能化程度不高等问题，在预报调度一体化与误差自动校正、自适应多模式静动库耦合调度、调度模型参数动态提取与更新、跨平台场景融合控制等方面开展研究与实践。

       实现了工程防汛态势感知一张图、预报形势一键分析、预警提示一线直达、预演模拟一览全局、预案行动一目了然，并成功运用于2022年西江洪水防御工作中，在确保安全前提下进行科学精准调度，以有限的防洪库容实现了最大的防洪效益。大藤峡防汛与水量调度“四预”平台在中央电视台、新华网、中新网等国家级媒体和水利部网站、中国水利报等省部级媒体上进行了广泛宣传报道，提升了数字孪生水利建设的社会影响力。

8.国产重力卫星高分辨率地下水反演及数字孪生水利建设应用

　　 地下水储量变化地面监测受监测点布设和水文地质参数不确定性的限制，难以快速准确获取大范围地下水储量变化信息。重力卫星与地下水位监测站网互为补充，为获取区域地下水储量变化信息提供了重要手段，但当前主流方法存在空间分辨率和精度的不足和时间延迟问题。国产重力卫星增加了现有重力卫星的星下点轨迹覆盖，提高了测量数据的时空分辨率和反演精度。数据自主可控，产品发布时间由国外重力卫星的2—3个月缩短至45天。

      本案例依托国家重点研发计划“多尺度流域水资源和水利设施遥感监测应用示范项目（2021YFB3900600）”研发了基于国产重力卫星的地下水储量变化反演技术体系，实现了地下水储量变化分辨率和精度的提升，支撑“天—空—地”一体化的地下水感知网构建。