数字孪生吴淞江工程(江苏段)建设方案探讨

数字孪生吴淞江工程以阳澄淀泖区为物理流域范围,在已有水文监测站网基础上,开展水位、流量、视频、工情等感知监测,以基础数据、监测数据、业务数据为底座,以水文-水动力-水质-水工程调度耦合模型为核心,以水利知识平台为驱动,对物理流域全要素全过程进行数字化映射与模拟,建设吴淞江工程相关业务预报、预警、预演、预案管理的“四预”业务体系,服务洪涝灾害防御、水资源管理与调配、工程全生命周期管理、生态河湖监管、智慧航运、水文化服务等业务工作,对于加快太湖流域数字孪生水网工程和智慧水利建设具有重要的指导意义。

数字孪生淠河建设实践与思考

数字孪生淠河根据淠河流域特征,以流域防洪需求为牵引,提出技术解决方案。在共享安徽省现有数据感知、网络传输、算力环境等基础上,建设内容包括流域数据底板、水利模型平台、水利知识平台等支撑平台,以及在上述支撑平台基础上建立防洪预报、预警、预演、预案“四预”应用。防洪“四预”应用以精细化洪水预报为预警、调度提供基础,洪水预警为下游圩区等保护对象提供多阶段预警,情景化洪水预演以实景化方式分析洪水影响,智能化方案实现防洪预案的快速、自动化生成。通过总结数字孪生淠河建设内容,进一步探讨数字孪生流域建设中存在的难点问题,为相关数字孪生流域建设提供借鉴。

数字孪生秦淮河流域防洪四预平台建设与应用

为实现秦淮河流域水灾害防御精准化预报预警和智能化调度决策,在梳理秦淮河流域防洪现状的基础上,对照水利部数字孪生流域先行先试建设要求,利用空天地立体监测、数据规律挖掘与知识发现、水利动态知识图谱、水文-水动力多要素过程互馈机制与模型耦合、模型参数优选与动态校正、多目标动态决策与方案智能生成、洪水风险分析评估等关键技术,将防洪四预过程贯穿于业务流程中,建立了面向流域防洪减灾的四预平台,并利用流域历史洪涝场景及防汛演练过程验证了平台的可用性。结果表明:防洪四预平台能够实现对秦淮河流域的实时监控、发现问题、优化调度,达到风险提前发现、预警提前发布、方案提前制定、措施提前实施的目的。研究成果可为其他数字孪生流域防洪建设提供思路和参考。

数字孪生滦河工程“四预”平台建设研究

针对滦河历史洪水灾害频发情况,为提升滦河水灾害防御能力,实施数字孪生滦河工程“四预”平台建设。结合滦河流域洪水特点,基于数字孪生、数字映射、大数据、云计算、物联网等先进技术,以三维数字孪生场景为数据底板,水文计算模型为算力,提升流域防洪“四预”能力为目标,开发“四预”平台和滦河智慧“四预”大屏,实现历史演变、实时监控、趋势研判3个不同时间维度的功能递进展示。“四预”平台包含信息化基础设施、数字孪生平台、业务系统3个层级,通过构建流域洪水“天空地”一体化监测体系,共享补充流域下垫面、数字地形、影响区域经济社会等数据,形成流域防洪数字孪生场景,开展超前模拟仿真推演,实现洪水预报、预警、预演、预案功能。数字孪生滦河工程“四预”平台建设完成后,将滦河流域“七一三”洪水的水文监测和工程调度资料输入系统进行验证,计算成果可靠,可为滦河流域防洪安全提供有力保障。

流域防汛智慧化总体框架建设及实施路径研究

为大力推进智慧水利和数字孪生流域建设,在防洪减灾领域需要构建流域防汛智慧化总体框架并研究实施路径,进而推动新阶段水利高质量发展。分析流域防汛智慧化建设过程中涉及的防汛业务应用智能化水平和应用系统建设水平等现状,从打造智慧化防洪“四预”体系、建设“三算”能力提升体系等方面构建我国防汛智慧化总体框架,并从优化提升洪水监测预报能力、加强洪水模拟推演和防洪调度模拟仿真技术应用、提升洪水风险管理与科学精准决策能力等方面提出具体实施路径。研究成果能为水利部门开展智慧化流域防洪业务、流域防洪规划修编提供技术支撑和对策参考。

珠江防汛“四预”平台建设及应用

珠江防汛“四预”平台是智慧水利“2+N”水利业务智能应用体系中先行建设的业务应用之一,是数字孪生珠江先行先试建设成功案例。结合“降雨-产流-汇流-演进”“流域-干流-支流-断面”“总量-洪峰-过程-调度”“技术-料物-队伍-组织”四个链条,从四情智能监控、多源多模型交互预报、分级分类预警、多尺度多要素预演、优化推荐调度预案等方面剖析探讨“四预”平台主要功能和关键技术,进一步阐述“四预”平台在实际防洪应用和系统建设中的经验成效。

数字孪生松辽流域防洪“四预”应用建设探究

系统梳理了松辽流域信息化建设的现状与问题,明确了数字孪生松辽平台的重点建设任务,在此基础上探索建设具有松辽流域特色的防洪“四预”应用,为新阶段松辽流域水利高质量发展提供动能和保障。

基于数字孪生流域的防汛“四预”平台设计

针对我国防洪减灾业务流程未打通、数字底板不完全、孪生场景难构建、决策支持不到位等现状问题,基于水利部数字孪生建设和流域防汛“四预”能力提升的总体要求,研究一站式防汛流程搭建、数字孪生场景实现、防汛结构化知识体系构建等关键技术,应用关键技术梳理平台数字化需求,设计并研发数字孪生流域防汛“四预”平台,实现流域自预报预警、形势研判、决策调度至抢险支持等全流程封闭的一站式防汛。“四预”平台先后在浙江钱塘江、雄安白洋淀、济宁泗河流域及郑州贾鲁河等上线应用,实践应用表明:“四预”平台有助于提高流域防汛的“四预”能力,对加强水库拦蓄、保障大坝安全、提高抢险效率、降低人员影响、减少经济损失等起重要作用,具有一定的实用价值。

数字孪生技术使能智慧地下水

地下水作为流域水循环的重要部分,在稳定区域水资源、维系生态系统功能等方面扮演着非常重要的角色,为实现地下水预报精准化、预警实时化、预演实景化、预案实地化的目标,使能地下水智慧业务应用及管理,以数字孪生技术为核心,提出智慧地下水体系的概念。依托地下水数据底板、知识平台,构建地下水数值模型,分析研究区地下水数字流场,预测预报不同时期的地下水动态特征;通过制定分区分时段地下水水位水量控制阈值,建立地下水超采预警机制;对不同场景下的地下水动态过程进行预演,并结合实时监测数据,制定地下水应急场景下的预案。构建的具有预报、预警、预演、预案功能的智慧地下水体系,可为地下水的管理和科学研究工作提供技术支撑。

基于数字孪生的陈蔡水库管控一体数字化平台建设研究

围绕陈蔡水库在水旱灾害防御、水资源调配以及工程运行管理方面的需求,建设基于数字孪生的管控一体数字化平台。平台以时空数据为底座、数学模型为核心、水利知识为驱动,构建水库自然要素与管理业务之间的响应关系,实现数字化场景、智慧化模拟、精准化决策,以及水库和流域的有效耦合。

基于数字孪生的水库运行管理技术研究及应用——以茶园水库为例

数字孪生流域建设是推动新阶段水利高质量发展的主要实施路径和重要标志之一。以茶园水库为研究对象,通过地理空间数据获取、GIS和BIM模型、水下地形模型、高分辨率三维实景模型构建等关键技术,构建了三维地理信息数字底板,耦合水文、水动力、水资源调配等水利专业模型,开发了具备预报、预警、预演、预案“四预”功能的流域防洪系统和水资源管理与调配应用系统。针对系统成果,从数据底板、模型平台、防洪“四预”应用、水资源管理与调配应用方面进行了深入剖析探讨,在“四预”平台基础上,利用长系列水文径流等资料,基于来水、需水预报模型及水资源优化配置模型对茶园水库的水资源进行合理配置,提炼总结出了一套相对完整的数字孪生的水库运行管理方案,为数字孪生清水江试点流域奠定了扎实的基础,可为中小流域数字孪生建设提供先行经验与有益参考。