“水利一號”遙感衛星實(shí)施洪澇全局監測；無(wú)人機巡河，實(shí)時(shí)傳回流域動(dòng)態(tài)；堤壩、閘站、水庫中數千個(gè)傳感器不間斷運轉，水位、流量等數據秒級更新；數字孿生系統精準推演洪峰演進(jìn)，為調度決策提供“智慧大腦”……“十四五”期間，各級水利部門(mén)按照“需求牽引、應用至上、數字賦能、提升能力”要求，系統推進(jìn)數字孿生流域、數字孿生水網(wǎng)、數字孿生工程建設，為流域安全、水資源調配、工程安全筑牢數字屏障，不斷將創(chuàng )新成果轉化為摸得著(zhù)的民生福祉。

感知網(wǎng)絡(luò )越織越密

“數字孿生水利不是簡(jiǎn)單的數字復刻，而是打造一個(gè)能監測、會(huì )分析、可預報的‘虛擬水利系統’?！闭憬∷麖d廳長(cháng)李銳舉例，以水庫為例，數字孿生體不僅能同步水位、庫容等實(shí)時(shí)數據，還能給出汛期暴雨、干旱缺水等場(chǎng)景下的調度方案，為防洪調度、供水保障提供科學(xué)依據。今年6月，梅雨疊加臺風(fēng)“蝴蝶”，錢(qián)塘江中上游出現強降雨，浙江省提前24小時(shí)準確預報蘭溪洪峰流量，為富春江、分水江等水庫錯峰調度提供決策支持。

變幻莫測的水沙條件，如同一道復雜的考題，要精準解題離不開(kāi)強大的“智慧大腦”。

受近期陜西降雨影響，黃河中游涇河、渭河出現明顯漲水過(guò)程，統籌考慮洪水防御和排沙減淤，9月8日9時(shí)起，水利部黃河水利委員會(huì )聯(lián)合調度三門(mén)峽、小浪底等水庫實(shí)施2025年黃河第二次調水調沙。

“我們統籌運用衛星遙感影像、無(wú)人機、測雨雷達、‘智能石頭’，利用光電測沙儀等監測設備及水沙動(dòng)力學(xué)、水工程調度模型，動(dòng)態(tài)監測調控水庫排沙與下游水沙變化情況，精準預測工程可能出現的險情及河勢演變趨勢，迭代優(yōu)化調度方案?！彼奎S河水利委員會(huì )主任祖雷鳴介紹，根據數字孿生小浪底系統推演結果，此次調水調沙預計下泄水量約15億立方米，可對黃河下游河道進(jìn)行有效沖刷，為河道減淤和提升行洪能力提供有力保障。

如果說(shuō)數字孿生是水利工程的“智慧大腦”，感知網(wǎng)絡(luò )便是連接物理世界與數字空間的“神經(jīng)末梢”?！耙郧吧胶轭A警要等30分鐘，現在15分鐘就能精準推送，為群眾轉移搶出寶貴時(shí)間?！闭憬∷墓芾碇行母敝魅瓮鰜?lái)介紹，提升預警時(shí)效，核心在于加快數據采集傳輸速度。這些年，浙江對69個(gè)山洪災害防治縣的1.15萬(wàn)個(gè)重點(diǎn)村落逐一摸排，升級改造水文測站遙測終端，基本實(shí)現“鎮鎮有水位、村村有雨量”。

建設數字孿生水利體系是實(shí)現“推動(dòng)水利高質(zhì)量發(fā)展、保障我國水安全”的必由之路。目前，我國已基本形成涵蓋31顆遙感衛星、100多部測雨雷達、4800多架無(wú)人機、13.3萬(wàn)處地面水文報汛站、30多萬(wàn)處工程安全監測點(diǎn)的“天空地水工”一體化監測感知系統。

“今年‘七下八上’防汛關(guān)鍵期，我們充分發(fā)揮‘天空地水工’一體化監測感知體系作用，建成了覆蓋72類(lèi)2600萬(wàn)水利對象的數字孿生平臺數據底板，生成10米格網(wǎng)精度的全國數字流域水系，多維度掌握河道、水庫、蓄滯洪區等流域下墊面、淹沒(méi)面積、工程險情等動(dòng)態(tài)變化數據，為水旱災害防御決策提供了有力數據支撐?！彼啃畔⒅行闹魅胃鹅o說(shuō)。

水資源調配能力提升

9月13日23時(shí)，隨著(zhù)西遼河干流補水水頭成功抵達安樂(lè )屯，與下游既有水面銜接，西遼河干流年內再次實(shí)現全線(xiàn)過(guò)流，流域生態(tài)環(huán)境持續向好。

在這場(chǎng)河流復蘇行動(dòng)中，為最大程度發(fā)揮每立方米水資源的作用，水利部松遼水利委員會(huì )持續完善“天空地水工”一體化監測感知網(wǎng)，進(jìn)一步優(yōu)化數字孿生西遼河功能，實(shí)現了對復雜水資源調度過(guò)程的實(shí)時(shí)感知、動(dòng)態(tài)模擬、智能研判和精準決策?！皵底謱\生西遼河平臺可實(shí)時(shí)匯集1.7萬(wàn)多處降水、地表、地下、取用水等監測站點(diǎn)的數據，滾動(dòng)預演河道水流傳播時(shí)間、組合流量、演進(jìn)過(guò)程，優(yōu)化調度水庫蓄水、雨洪水、外調水和再生水，以求得調水最優(yōu)解?！彼克蛇|水利委員會(huì )總規劃師林嵐說(shuō)。

數字孿生水利體系為水網(wǎng)調度提供了有力的數據保障。浙江省寧波市布設了超1.4萬(wàn)個(gè)監測感知點(diǎn)位，覆蓋水庫、供水等七大類(lèi)水利工程，海量數據實(shí)時(shí)匯聚指揮中樞。在此基礎上，寧波構建了“庫群互聯(lián)、三網(wǎng)協(xié)同”智慧水網(wǎng)體系，建成數字孿生水網(wǎng)系統，結合供水、雨水、污水“孿生三網(wǎng)”，實(shí)現“源頭—水廠(chǎng)—龍頭”全鏈條監管。

“輸入100天供水需求，系統會(huì )自動(dòng)優(yōu)化水庫、水廠(chǎng)調配方案，甚至規劃備用水源啟用?！闭憬幉ㄊ兴Y源管理中心相關(guān)負責人周陽(yáng)靖介紹，2024年抗旱期間，寧波通過(guò)數字孿生水網(wǎng)統籌水庫蓄水、協(xié)調跨區域引水，累計向城區增供原水2100萬(wàn)立方米，將城區供水保證率穩定在99.8%。

在水資源管理領(lǐng)域，智慧化監測技術(shù)還在持續延伸應用觸角。今年2月28日，南水北調工程安全度過(guò)第11個(gè)冰期輸水階段，其中南水北調中線(xiàn)工程較計劃向京津冀多調水0.41億立方米。

“以往調度多依賴(lài)經(jīng)驗判斷與人工計算，如今依托智能調度業(yè)務(wù)應用平臺，可實(shí)現輸水能力自動(dòng)評估與供水方案動(dòng)態(tài)優(yōu)化?！敝袊纤闭{集團有限公司總經(jīng)理孫志禹介紹，數字孿生南水北調中線(xiàn)系統構建了數理與機理相結合的水溫及冰凌預報模型，融合了水力學(xué)、熱力學(xué)等多學(xué)科算法，成功實(shí)現動(dòng)態(tài)輸水工況下冰蓋生消演變的精準模擬。

如今，數字孿生水利體系通過(guò)統籌流域和區域生活、生產(chǎn)、生態(tài)用水，實(shí)現水資源精準預報、預警與調度，在不同來(lái)水與需水情境下優(yōu)化配置方案，真正實(shí)現“精打細算用好水資源、從嚴從細管好水資源”。

科技成果加速應用

從“人防”到“技防”，從“間斷巡查”到“實(shí)時(shí)監控”……當前，我國數字孿生水利建設已由積極探索、先行先試，進(jìn)入全面深化推進(jìn)和強化應用的新階段。

一方面，“水利一號”遙感衛星組網(wǎng)并持續開(kāi)展洪水、冰磧湖等監測工作，100多部水利測雨雷達組網(wǎng)運行。無(wú)人機搭載紅外相機、激光雷達等，初步實(shí)現對堤壩等水利工程風(fēng)險隱患的外部檢測；機器狗、機器人加速應用于工程裂縫、滲漏等異常情況排查。

另一方面，研發(fā)應用水平持續提升，已研發(fā)“云—雨”降水預報模型、分布式洪水預報模型、水動(dòng)力學(xué)洪水傳導演進(jìn)模型，進(jìn)一步延長(cháng)洪水預見(jiàn)期、提高預報精準度，為抵御流域性洪水提供了有力支撐。自主研發(fā)的太湖風(fēng)浪模型在臺風(fēng)“竹節草”期間預測湖面最大傾斜與實(shí)測數據基本一致。甘肅、江西等地研發(fā)作物需水、渠系動(dòng)態(tài)優(yōu)化配水等模型，實(shí)現灌區作物高效節水灌溉。

付靜介紹，今年“七下八上”防汛期間，通過(guò)研發(fā)短臨降水預報模型、氣象水文耦合模型和知識圖譜，提前預測汛情。

流域防洪方面，初步建成七大流域防洪“四預”決策支持系統，主要江河關(guān)鍵期洪水預報準確率達90%以上。水資源管理與調配方面，在確保防洪安全的前提下科學(xué)攔蓄、調度雨洪資源，為太湖流域抗咸保供、珠江流域壓咸補淡，以及京杭大運河生態(tài)補水等工作贏(yíng)得主動(dòng)。工程管理調度方面，通過(guò)在線(xiàn)監測和智能分析，在確保工程安全的前提下充分發(fā)揮工程綜合效益。

建設數字孿生水利體系重在應用與實(shí)效。水利部部長(cháng)李國英表示，要準確把握數字孿生水利體系建設面臨的新形勢新任務(wù)新要求，按照“需求牽引、應用至上、數字賦能、提升能力”原則，加快構建“天空地水工”一體化監測感知系統，加強數據采集與歸集共享，加快監測技術(shù)裝備研發(fā)應用，加大科技支撐力度，對水利治理管理對象實(shí)施全覆蓋、全空間、全要素、全天候監測感知，確保精準性、同步性、及時(shí)性。