近年來，隨著科技的不斷進步和數字化轉型的推進，數字孿生技術在各個領域展現出強大的潛力。在水利領域，數字孿生智慧水利解決方案通過智能模擬分析技術的應用，為水利業務的全要素“四預”功能提供支持，從而實現水安全要素的可視、可預測、可預警。
一、政策導向：
當前，水利行業正面臨著日益復雜的水安全挑戰，為了應對這些挑戰，水利部日前印發的《2023年水利工程建設工作要點》指出,要“提升數字化應用水平,推動數字孿生和信息化技術與水利工程建設管理深度融合,加快推動新建重大水利工程建設數字孿生工程。”近日發布的《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：
數字孿生是指通過數字化技術將實物世界和虛擬世界進行映射和融合，實現實時模擬和預測。在水利領域，數字孿生智慧水利解決方案利用水利專業模型、智能分析模型和仿真可視化模型的集成耦合，構建出一個數字孿生水利工程模擬仿真平臺，實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，面向各層級水利業務智能化和水利監督領域，基于天空地多元立體的智能感知，聚焦水資源、水生態、水環境、水災害，構建以“1個物聯網感知體系+1個數字化底座+N項業務應用”為核心，綜合運用大數據、物聯網、云計算、移動互聯等先進技術，深度融合信息技術與水利業務，圍繞多元信息采集、資源整合共享、業務協同和智慧應用等主要內容，從基礎設施整合優化、資源共享與服務、資源深度開發與利用三個層面擴展和豐富，構造了以信息共享、業務協同和智能應用、社會服務為核心的智慧水利信息平臺，可實現隨時開展水質監測分析、在線推演預測、預警分析、態勢預演和預案管理業務（“四預”）等應用建設，并基于三維可視展示，及時掌握庫區水質狀況及未來變化態勢，實現水質監測、模型推演預測、態勢預演、方案比選和決策全鏈條貫通。
四、系統亮點功能描述：
全要素感知功能：數字孿生智慧水利解決方案能夠實時感知水資源、水環境、水生態等多個要素的變化情況，提供全面、準確的數據支持。
智能分析功能：通過智能分析模型對海量數據進行分析，挖掘出有價值的信息，為決策者提供科學依據。
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：通過對水利系統的實時監測和分析，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險，幫助決策者及時采取措施。
五、應用場景：
流域防洪
解決方案圍繞流域防洪、水資源管理與調配，實現在沿線流域、重點水利樞紐工程場景數字化的基礎上，進行水利治理管理活動全過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，對江河湖泊、水利工程、水利治理管理對象、影響區域等進行數字孿生體構建、渲染、映射，實現三維可視化呈現。
解決方案具備對流域、河道、節點、水庫、水源、分水、洼地等海量水文數據整編處理，通過機器學習和智能算法，實現降雨、蒸發、產流、匯流、演進和水庫調蓄等各類水文過程動態集成，提高洪水模擬預報和山洪預警等能力。
決策調度
在實現水利場景數字化的基礎上，通過預演分析洪水模擬預報、山洪災害預警、水量水質聯合調度不同場景下的演變過程等，實現災害事件及水利工程調度的精準決策預案。針對重點斷面水位、流量、流向、項目流域水位、流向、重點樞紐工情信息等實時三維可視化顯示及重點斷面水量、水質現狀，三維動態展示洪水預報及預警，實現引水期間，流域水面線、槽蓄量、引水流向和水量分配信息的三維動態實時呈現。根據所形成的預演、預案及調度方案，輔助現實世界的水利預報、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、業務管理數據以及外部共享數據實現防洪興利智能預報調度、工程安全智能分析預警、生產運營智慧綜合管理、庫區智慧巡查監管、綜合決策支持等業務應用。最終實現“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、環境量監測、專項監測)；水質監測；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現預演、預案功能。預演及預案通過數據底板、模型平臺、知識平臺共同建立和實現。
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、安全生產事故綜合應急預案、突發環境事件應急預案、船閘應急預案及現場處置方案等。
知識平臺集成歷史場景、預演方案和其他樣本庫。歷史場景記錄歷史上真實發生的預報預警、調度指令和演變場景；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似調度場景，使用機器學習技術，不斷分析、迭代、優化模型算法，優化預案，實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、物聯網、數字孿生等技術實現全天候、全場景無人值守自動監測及時掌握運營狀況，有效解決水庫管理人員不足、管理不規范等問題，包括大壩安全監測、水雨情自動測報、閘門遠程控制、泄洪預警廣播、實時視頻監控、出入庫流量監測、水質在線監測等幾個部分，能夠及時準確將前端監測站點數據采集入庫并自動分析預警，可通過平臺及APP及時掌握水庫大壩運營情況從而及時做出管理決策。
