近年來(lái)，隨著(zhù)科技的不斷進(jìn)步和數字化轉型的推進(jìn)，數字孿生技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域展現出強大的潛力。在水利領(lǐng)域，數字孿生智慧水利解決方案通過(guò)智能模擬分析技術(shù)的應用，為水利業(yè)務(wù)的全要素“四預”功能提供支持，從而實(shí)現水安全要素的可視、可預測、可預警。
一、政策導向：
當前，水利行業(yè)正面臨著(zhù)日益復雜的水安全挑戰，為了應對這些挑戰，水利部日前印發(fā)的《2023年水利工程建設工作要點(diǎn)》指出,要“提升數字化應用水平,推動(dòng)數字孿生和信息化技術(shù)與水利工程建設管理深度融合,加快推動(dòng)新建重大水利工程建設數字孿生工程?！苯瞻l(fā)布的《數字中國建設整體布局規劃》也提出,要“構建以數字孿生流域為核心的智慧水利體系”。
二、數字孿生概念：
數字孿生是指通過(guò)數字化技術(shù)將實(shí)物世界和虛擬世界進(jìn)行映射和融合，實(shí)現實(shí)時(shí)模擬和預測。在水利領(lǐng)域，數字孿生智慧水利解決方案利用水利專(zhuān)業(yè)模型、智能分析模型和仿真可視化模型的集成耦合，構建出一個(gè)數字孿生水利工程模擬仿真平臺，實(shí)現對水利系統的全面監測和管理。
三、方案概述：
我司根據智慧水利總體目標，面向各層級水利業(yè)務(wù)智能化和水利監督領(lǐng)域，基于天空地多元立體的智能感知，聚焦水資源、水生態(tài)、水環(huán)境、水災害，構建以“1個(gè)物聯(lián)網(wǎng)感知體系+1個(gè)數字化底座+N項業(yè)務(wù)應用”為核心，綜合運用大數據、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、移動(dòng)互聯(lián)等先進(jìn)技術(shù)，深度融合信息技術(shù)與水利業(yè)務(wù)，圍繞多元信息采集、資源整合共享、業(yè)務(wù)協(xié)同和智慧應用等主要內容，從基礎設施整合優(yōu)化、資源共享與服務(wù)、資源深度開(kāi)發(fā)與利用三個(gè)層面擴展和豐富，構造了以信息共享、業(yè)務(wù)協(xié)同和智能應用、社會(huì )服務(wù)為核心的智慧水利信息平臺，可實(shí)現隨時(shí)開(kāi)展水質(zhì)監測分析、在線(xiàn)推演預測、預警分析、態(tài)勢預演和預案管理業(yè)務(wù)（“四預”）等應用建設，并基于三維可視展示，及時(shí)掌握庫區水質(zhì)狀況及未來(lái)變化態(tài)勢，實(shí)現水質(zhì)監測、模型推演預測、態(tài)勢預演、方案比選和決策全鏈條貫通。
四、系統亮點(diǎn)功能描述：
全要素感知功能：數字孿生智慧水利解決方案能夠實(shí)時(shí)感知水資源、水環(huán)境、水生態(tài)等多個(gè)要素的變化情況，提供全面、準確的數據支持。
智能分析功能：通過(guò)智能分析模型對海量數據進(jìn)行分析，挖掘出有價(jià)值的信息，為決策者提供科學(xué)依據。
模擬仿真功能：基于仿真可視化模型，數字孿生智慧水利解決方案能夠對水利系統進(jìn)行全面模擬和預測，幫助決策者更好地了解系統運行情況。
預警功能：通過(guò)對水利系統的實(shí)時(shí)監測和分析，數字孿生智慧水利解決方案能夠提前預警潛在的水安全風(fēng)險，幫助決策者及時(shí)采取措施。
五、應用場(chǎng)景：
流域防洪
解決方案圍繞流域防洪、水資源管理與調配，實(shí)現在沿線(xiàn)流域、重點(diǎn)水利樞紐工程場(chǎng)景數字化的基礎上，進(jìn)行水利治理管理活動(dòng)全過(guò)程精準化模擬和跟蹤，以預演為手段，指導預案生成，達到智慧化決策的目標。
基于信息基礎設施，利用三維仿真技術(shù)，對江河湖泊、水利工程、水利治理管理對象、影響區域等進(jìn)行數字孿生體構建、渲染、映射，實(shí)現三維可視化呈現。
解決方案具備對流域、河道、節點(diǎn)、水庫、水源、分水、洼地等海量水文數據整編處理，通過(guò)機器學(xué)習和智能算法，實(shí)現降雨、蒸發(fā)、產(chǎn)流、匯流、演進(jìn)和水庫調蓄等各類(lèi)水文過(guò)程動(dòng)態(tài)集成，提高洪水模擬預報和山洪預警等能力。
決策調度
在實(shí)現水利場(chǎng)景數字化的基礎上，通過(guò)預演分析洪水模擬預報、山洪災害預警、水量水質(zhì)聯(lián)合調度不同場(chǎng)景下的演變過(guò)程等，實(shí)現災害事件及水利工程調度的精準決策預案。針對重點(diǎn)斷面水位、流量、流向、項目流域水位、流向、重點(diǎn)樞紐工情信息等實(shí)時(shí)三維可視化顯示及重點(diǎn)斷面水量、水質(zhì)現狀，三維動(dòng)態(tài)展示洪水預報及預警，實(shí)現引水期間，流域水面線(xiàn)、槽蓄量、引水流向和水量分配信息的三維動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)呈現。根據所形成的預演、預案及調度方案，輔助現實(shí)世界的水利預報、預警及工程調度指揮決策。
水利工程
數字孿生水利工程包括對工程庫區、工程壩區、工程下游影響區的三維可視化數字孿生體構建，搭建數字孿生應用場(chǎng)景。其中，工程壩區包括水工建筑物和附屬機電設備及金屬結構等。
通過(guò)水利部本級及流域管理機構L1級和L2級數據底板基礎上，基于BIM+GIS技術(shù)建設水利工程L3級數據底板，匯聚工程全要素基礎數據、檢測數據、業(yè)務(wù)管理數據以及外部共享數據實(shí)現防洪興利智能預報調度、工程安全智能分析預警、生產(chǎn)運營(yíng)智慧綜合管理、庫區智慧巡查監管、綜合決策支持等業(yè)務(wù)應用。最終實(shí)現“四預”水利工程運行管理體系。
具體功能包括：水文監測(雨量監測、水位監測、流量監測、泥沙監測、土壤墑情監測)；工程安全監測(變形監測、滲流監測、應力應變及溫度監測、環(huán)境量監測、專(zhuān)項監測)；水質(zhì)監測；水土保持監測；安防監控等。
預警預案
數字孿生水利解決方案可以實(shí)現預演、預案功能。預演及預案通過(guò)數據底板、模型平臺、知識平臺共同建立和實(shí)現。
流域及水利工程預案包括：洪水預報方案、山洪災害預警方案、災害應急處置預案、工程防汛預案、入庫預報方案、工程調度預案、安全生產(chǎn)事故綜合應急預案、突發(fā)環(huán)境事件應急預案、船閘應急預案及現場(chǎng)處置方案等。
知識平臺集成歷史場(chǎng)景、預演方案和其他樣本庫。歷史場(chǎng)景記錄歷史上真實(shí)發(fā)生的預報預警、調度指令和演變場(chǎng)景；預演方案存儲并復演、仿真模擬不同階段輸入條件下的流域及工程變化成果，系統智能匹配預報預警方案和歷史類(lèi)似調度場(chǎng)景，使用機器學(xué)習技術(shù)，不斷分析、迭代、優(yōu)化模型算法，優(yōu)化預案，實(shí)現對水利事件的精準決策依據。
水庫大壩安全監測
水庫大壩安全監測依托5G、云計算、大數據、物聯(lián)網(wǎng)、數字孿生等技術(shù)實(shí)現全天候、全場(chǎng)景無(wú)人值守自動(dòng)監測及時(shí)掌握運營(yíng)狀況，有效解決水庫管理人員不足、管理不規范等問(wèn)題，包括大壩安全監測、水雨情自動(dòng)測報、閘門(mén)遠程控制、泄洪預警廣播、實(shí)時(shí)視頻監控、出入庫流量監測、水質(zhì)在線(xiàn)監測等幾個(gè)部分，能夠及時(shí)準確將前端監測站點(diǎn)數據采集入庫并自動(dòng)分析預警，可通過(guò)平臺及APP及時(shí)掌握水庫大壩運營(yíng)情況從而及時(shí)做出管理決策。
