隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、數(shù)字孿生等技術(shù)的蓬勃發(fā)展，利用新技術(shù)推進(jìn)水利工程運(yùn)行管理數(shù)字化、智能化已經(jīng)成為當(dāng)前水利工程信息化研究的熱點(diǎn)方向，加快構(gòu)建具有預(yù)報(bào)、預(yù)警、預(yù)演、預(yù)案功能的數(shù)字孿生流域和數(shù)字孿生水利工程體系引起了廣泛關(guān)注和重視。

數(shù)字孿生流域是將物理流域映射到數(shù)字世界，如：江川湖泊以及水利工程水壩及水利發(fā)電站里的每一個(gè)水利工作程部件進(jìn)行建模及水質(zhì)進(jìn)行還原，在我們的數(shù)字世界中可以看到一個(gè)三維的仿真場(chǎng)景，在場(chǎng)景中可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)調(diào)度，實(shí)時(shí)管理的數(shù)字化流域。

近日，數(shù)字孿生流域迎來(lái)重大利好，我國(guó)首個(gè)數(shù)字孿生流域建設(shè)重大項(xiàng)目審批立項(xiàng)。14日，國(guó)家發(fā)展改革委批復(fù)長(zhǎng)江流域全覆蓋水監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)可行性研究報(bào)告，長(zhǎng)江流域全覆蓋水監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)是國(guó)務(wù)院確定的１５０項(xiàng)重大水利工程之一和《“十四五”水安全保障規(guī)劃》中的智慧水利建設(shè)重點(diǎn)項(xiàng)目。項(xiàng)目建設(shè)圍繞數(shù)字孿生流域建設(shè)的目標(biāo)任務(wù)，通過(guò)新建改造水文站網(wǎng)，完善視頻和遙感等監(jiān)測(cè)手段，構(gòu)建水監(jiān)測(cè)感知體系，加強(qiáng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)匯集和處理分析，搭建監(jiān)測(cè)、評(píng)估、告警、處置、總結(jié)全過(guò)程管控應(yīng)用體系，提升預(yù)報(bào)、預(yù)警、預(yù)演、預(yù)案“四預(yù)”對(duì)流域治理管理決策的支持能力。項(xiàng)目建成后，將進(jìn)一步夯實(shí)長(zhǎng)江流域治理管理的算據(jù)、算法、算力基礎(chǔ)，提升流域治理管理的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化水平，為增強(qiáng)長(zhǎng)江流域水安全保障能力提供技術(shù)驅(qū)動(dòng)。

政策推動(dòng)，智慧水利提速

隨著智慧化水平的發(fā)展，水利工程建設(shè)也朝著數(shù)字化建設(shè)方向轉(zhuǎn)型升級(jí)。智慧水利即是利用物聯(lián)網(wǎng)、智能傳感、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)對(duì)供水、排水、節(jié)水、污水處理、防洪等水利環(huán)節(jié)進(jìn)行智慧化管理，其核心囊括：(1)信息傳感及物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)的應(yīng)用。(2)多部門多源信息的監(jiān)測(cè)與融合，包括氣象、水文、農(nóng)業(yè)、海洋、市政等多部門，天上、空中、地面、地下等全要素監(jiān)測(cè)信息的融合應(yīng)用。(3)集信息監(jiān)測(cè)分析、情景預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、科學(xué)調(diào)度決策與控制運(yùn)用等功能于一體。

2021年《中華人民共和國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》明確指出：構(gòu)建智慧水利體系，以流域?yàn)閱卧嵘闇y(cè)報(bào)和智能調(diào)度能力。水利部按照“需求牽引、應(yīng)用至上、數(shù)字賦能、提升能力”總要求，編制了《“十四五”智慧水利建設(shè)規(guī)劃》、《智慧水利建設(shè)頂層設(shè)計(jì)》、《關(guān)于大力推進(jìn)智慧水利建設(shè)的指導(dǎo)意見》等政策。

在《關(guān)于大力推進(jìn)智慧水利建設(shè)的指導(dǎo)意見》中提到，到2025年，通過(guò)建設(shè)數(shù)字孿生流域、“2+N”水利智能業(yè)務(wù)應(yīng)用體系、水利網(wǎng)絡(luò)安全體系、智慧水利保障體系，推進(jìn)水利工程智能化改造，建成七大江河數(shù)字孿生流域，在重點(diǎn)防洪地區(qū)實(shí)現(xiàn)“四預(yù)”，在跨流域重大引調(diào)水工程、跨省重點(diǎn)河湖基本實(shí)現(xiàn)水資源管理與調(diào)配“四預(yù)”，N項(xiàng)業(yè)務(wù)應(yīng)用水平明顯提升，建成智慧水利體系1.0版。到2030年，具有防洪任務(wù)的河湖全面建成數(shù)字孿生流域，水利業(yè)務(wù)應(yīng)用的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化水平全面提升，建成智慧水利體系2.0版。到2035年，各項(xiàng)水利治理管理活動(dòng)全面實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化。

加強(qiáng)數(shù)字孿生流域建設(shè)

數(shù)字孿生流域是數(shù)字孿生技術(shù)與水融合的新的發(fā)展路徑，是數(shù)字流域、智慧水利發(fā)展的更高層級(jí)，將信息空間上構(gòu)建的水利虛擬映射疊加再水利物理空間上，重塑水利基礎(chǔ)設(shè)施，形成虛實(shí)結(jié)合，孿生互動(dòng)的水利發(fā)展新形態(tài)。它是以物理流域?yàn)閱卧r(shí)空數(shù)據(jù)為底座、數(shù)學(xué)模型為核心、水利知識(shí)為驅(qū)動(dòng)的新一代數(shù)字流域，綜合利用傾斜攝影、實(shí)景建模、數(shù)字仿真、BIM、GIS等技術(shù)，圍繞不同維度、不同場(chǎng)景、不同業(yè)務(wù)模塊建設(shè)需求，構(gòu)建具有不同場(chǎng)景尺度的流域數(shù)字孿生基底。

可以說(shuō)，在數(shù)字孿生技術(shù)框架中，物理流域和數(shù)字流域構(gòu)建成了一對(duì)“孿生體”，物理流域是現(xiàn)實(shí)中的流域，而數(shù)字流域則是利用地理信息系統(tǒng)（GIS）、虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）、算法模型、人工智能等技術(shù)構(gòu)建起來(lái)的虛擬流域，物理流域和數(shù)字流域之間通過(guò)數(shù)字孿生技術(shù)構(gòu)成“虛實(shí)映射”的“孿生體”。區(qū)別于傳統(tǒng)方法通過(guò)人工觀測(cè)或控制直接作用于現(xiàn)實(shí)對(duì)象，在數(shù)字流域中用戶可以通過(guò)孿生的數(shù)字流域來(lái)監(jiān)控、決策和控制物理流域。“虛實(shí)映射”的數(shù)字孿生應(yīng)用由數(shù)字孿生應(yīng)用支撐層來(lái)提供應(yīng)用支撐，這些應(yīng)用支撐包括“算法”“算例”和“算力”的支撐。

經(jīng)過(guò)多年建設(shè)，流域水利信息化已取得了顯著性成效，但總體上仍處于智慧水利起步階段，與城市、交通、電力、氣象等智慧先行行業(yè)及水利部打造數(shù)字孿生流域的要求相比，仍然存在明顯短板和薄弱環(huán)節(jié)。

2022年2月21日，水利部印發(fā)《水利部關(guān)于開展數(shù)字孿生流域建設(shè)先行先試工作的通知》，正式啟動(dòng)數(shù)字孿生流域先行先試工作，計(jì)劃用2年左右時(shí)間在大江大河重點(diǎn)河段、主要支流、重要水利工程中，加強(qiáng)數(shù)字孿生、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、5G等新一代信息技術(shù)與水利業(yè)務(wù)深度融合，在促進(jìn)業(yè)務(wù)協(xié)同、創(chuàng)新工作模式、提升服務(wù)效能方面不斷取得突破，打造一批可推廣可復(fù)制的成果和經(jīng)驗(yàn)，帶動(dòng)全國(guó)數(shù)字孿生流域建設(shè)。

結(jié)語(yǔ)

目前已經(jīng)有“數(shù)字孿生流域”應(yīng)用上線試運(yùn)行，比如數(shù)字孿生黃河水旱災(zāi)害防御應(yīng)用系統(tǒng)、蘭溪蘭江流域數(shù)字孿生應(yīng)用等。此外，全國(guó)各地?cái)?shù)字孿生流域建設(shè)先行先試項(xiàng)目也陸續(xù)通過(guò)審核或啟動(dòng)。

建設(shè)數(shù)字流域的市場(chǎng)前景非常廣闊，但也需要注意其建設(shè)難點(diǎn)主要?dú)w于數(shù)據(jù)構(gòu)建、利用以及融合，表現(xiàn)在數(shù)據(jù)基礎(chǔ)弱，二維多三維數(shù)據(jù)少、不同部門數(shù)據(jù)之間彼此孤島，讓流域數(shù)字孿生建設(shè)缺乏數(shù)據(jù)支撐等，因此構(gòu)建出了完整的數(shù)字孿生流域三維可視化解決方案，通過(guò)三維建模，在虛擬引擎的基礎(chǔ)上，在三維場(chǎng)景實(shí)時(shí)渲染、數(shù)據(jù)融合等技術(shù)，全方位賦能實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生流域?qū)⒊蔀榱肀脔鑿降奶雇尽?/p>