数字孪生飞云江流域水利知识平台建设研究

为提高飞云江流域智慧管控风险能力,根据数字孪生流域知识平台建设要求,以知识图谱为技术框架,引入机器深度学习技术,融入流域预报调度业务规则、历史典型场景洪水模式和专家预报经验等知识,通过图模型可视化处理,将知识以图数据模式进行存储,建立流域业务规则库、历史场景库、专家经验库和知识图谱库。利用图计算引擎管理和驱动知识,对流域特点、水利对象关联关系、业务规则等水利知识,进行挖掘提炼、归类组合、智慧管理和集成应用,构建基于水利知识图谱的数字孪生流域知识平台。数字孪生飞云江流域水利知识平台具有智能匹配、智慧推荐、全景推演等特点,可支撑流域防洪“四预”业务,提升流域风险与调度决策全流程数字化、智慧化、精准化水平,为其他水利知识平台建设提供经验借鉴。     

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。     

数字孪生乐安河助力提升小流域防洪决策支撑能力

江西省乐安河流域防汛工作具有小流域防洪的典型特征，针对小流域防洪存在的“四预”体系不完备、决策支持能力不能满足业务需要等问题，开展数字孪生乐安河流域的建设试点。将 WebGIS 引擎和游戏引擎相融合， 结合使用新型水文监测感知体系、BIM + GIS + IoT、多源数据融合等先进技术，搭建视觉真实、数据准确的三维数字孪生场景，构建未来降雨、水文预报、水工程调度、一维/二维演算等多模型耦合的流域防洪智能模拟仿真平台，实现乐安河上游暴雨集中区（婺源）洪水预报全过程的精准化模拟和预报调度一体化，为决策部门提供受灾影响范围这一关键性决策依据研究成果，对构建中小流域（县域）防洪“四预”体系，助力提升小流域（县域）防洪决策支撑能力具有示范性作用。     

面向多目标协同管理的城市小流域智慧管控平台探索

针对城市小流域业务协同困难、涉水要素众多、监测手段有限，导致水安全、水环境、水生态多目标协同困难的特点，利用物联网、大数据、数字孪生等前沿技术手段，构建覆盖数据采集、孪生流域、流域业务、流域标准体系、信息安全体系“三横两纵”的城市小流域智慧管控技术。以成都市某小流域为例，建立覆盖厂网河一体化综合管控平台，创新性提出基于“视频+AI”的水生态质量实时定量评估方法，实现流域全要素数字孪生管理、工控系统数据安全使用和流域“四预”调度分析，支撑流域不同降雨情景下多目标协同管理。     

数字孪生汉江流域建设先行先试关键技术探讨

针对汉江流域水工程种类多样、体量庞大、预报调度任务复杂且艰巨、水资源管理与调配业务信息化程度不足的现状，选取汉江流域作为数字孪生建设先行先试工作试点，重点围绕防洪调度和水资源管理与调配业务需求，开展数字孪生平台及预报、预警、预演、预案“四预”功能建设。目前，数字孪生汉江流域已初步构建与流域实体孪生的数据底板，搭建统一且通用的模型平台和微服务化的知识平台，融合专业模型、知识图谱与业务应用，基于水工程联合调度规则库、水位目标控制的水库调度方式优化、行蓄洪空间防洪调度知识图谱等关键技术，形成防洪调度和水资源管理与调配智慧应用。建设过程中在可视化技术、孪生平台、知识图谱等方面凝练相关技术成果，可为其他数字孪生建设提供支撑参考。     

数字孪生潭江流域先行先试建设与实践

数字孪生流域与数字孪生水网、数字孪生水利工程互联互通、信息共享、各有侧重,共同构成数字孪生水利系统核心,是推动新时代水利高质量发展的重要实施路径之一_[^1]。水利部于2022年2月启动了数字孪生流域建设先行先试工作,为切实其提高潭江流域水利工程防洪调度能力,江门市水利局按照水利部及广东省数字孪生流域试点建设工作要求_[^2],开展数字孪生潭江流域建设。数字孪生潭江面向流域防洪调度需求,以精细化调度22宗大中型水库、7宗梯级闸陂为目标,围绕四预核心功能,建设数据底板、模型平台、业务应用等内容,构建了流域LI级数据底板,流域重点区域及重点工程L2级数据底板,开发了五大类水利专业模型,初步构建了流域联合调度平台,并在2022年“龙舟水”、西北江洪水、台风暴雨防御期间投入实战,助力潭江流域水库水闸的群联合调度,取得防洪不受淹水资源不浪费的最佳效益。     

《数字孪生流域建设技术大纲(试行)》解析

2022 年 3 月,水利部印发《数字孪生流域建设技术大纲(试行)》,明确了数字孪生流域的具体建设内容,细化了技术要求。介绍数字孪生流域建设背景,以及定义、建设范围及目标、建设原则等建设内涵,阐明智慧水利总体框架和数字孪生流域建设框架,进一步厘清相互关系。详细说明数据底板、模型平台、知识平台等组成的数字孪生平台,以及水利感知网、水利信息网、水利云等组成的信息化基础设施两大组成部分的主要建设任务,对涉及的具体功能要求和技术要点进行详细解析,就数字孪生流域建什么、达到什么标准及需要重点把握的技术环节等问题进行解读,并对数据孪生流域建设过程中涉及的数据安全特别是地理空间数据安全应用等重要问题和集成共享相关要求进行说明。     

数字孪生流域预演场景研究与运用——以嫩江干流为例

为加强数字孪生演练场景真实化,助力决策精准化,依托数字孪生流域建设思路,搭建数字孪生业务应用平台。分析孪生平台整体架构与关键技术,构建具备预报、预警、预演、预案功能的防洪“四预”全景可视化平台。以嫩江干流为例,分析数字孪生建设实际需求,以尼尔基水库防洪调度为预演场景,分析尼尔基水库上游与下游嫩江干流之间的淹没损失关系,得出最优调度防御安排及建议。结果表明：通过全景可视化平台进行场景演练,可呈现河道演进真实情况,保障河道行洪安全,避免淹没损失,为防洪安全决策提供科学支撑。     

韧性城市视角下的甬江流域数字孪生平台建设

针对甬江流域水灾害防御需求,结合韧性城市理论,以防洪减灾“预报、预警、预演、预案”四预体系为导向,利用数字孪生引擎的强大渲染能力,建设全要素的数字孪生流域时空底座,以水文水动力模型、空间计算技术等为重要基础支撑,围绕综合监测、洪涝预报、洪涝预演、综合调度、协同预案等业务需求构建孪生场景,实现了甬江流域数字孪生平台。实践应用表明,该平台成功抵御了甬江流域超标准洪水,并对未来防洪工程体系优化具有启示意义,对其他流域防洪减灾、城市内涝治理工作具有一定的借鉴意义。     

数字孪生椒江防洪“四预”应用研究

针对椒江流域山区河流、平原河网、感潮河段、洪泛区均存在的水系及易受台风影响的洪涝格局,根据数字孪生流域的要求,开发了符合数字孪生标准的水利专业模型服务组件,建设了预报调度一体化系统;对模型计算所需的多源数据开发了多源数据融合平台;根据防洪“四预”业务需求开发了知识平台对调度规则、历史洪水的知识推送功能;建立了椒江流域273个子流域112条河流、2112个计算断面、84900个二维计算网格、17个控制单元的流域预报调度一体化模型,系统经过多场次台风暴雨检验,运行效率较高;对全国沿海地区防洪“四预”应用建设具有借鉴意义。     

基于“两台一库”的云南省抗旱业务应用系统设计与实现

为了积极应对云南省近年来频发的各种抗旱应急事件，促进云南省经济和社会的和谐发展，提升云南省抗旱工作的现代化水平，开发建设云南省抗旱业务系统。该系统是云南省防汛抗旱指挥系统的重要组成部分，基于“两台一库”技术架构，应用 WebGIS 技术，采用 B/S 结构搭建系统。从系统建设原则、总体构架和具体功能等方面介绍云南省抗旱业务应用系统，重点讨论系统业务功能设计与实现方法。通过该系统的建设， 提升云南省旱情信息监视、分析、预测、评估能力，提高云南省干旱灾害信息分析处理的时效性和准确性，实现云南省抗旱工作的数据采集自动化、分析预测智能化、运行管理规范化、调度决策科学化，为云南省抗旱业务管理工作提供全方位和高效率的技术支撑，对云南省抗旱减灾工作有重要意义，同时也为加快推进云南省智慧水利现代化建设提供积极、可行的经验。     

福建省数字水利“一平台”总体框架研究

福建省数字水利“一平台”的提出是从顶层推进福建省水利现代化建设的必要举措。为做好省级数字水利顶层设计，考虑福建水利信息化现状及面临形势，围绕“一屏看水、一网管水”的目标，提出“6个1”的“一平台”目标建设，探索“一平台”“五统一”总体框架下的“四大体系”，分析资源共享支撑架构、三级贯通网络架构、数字赋能应用架构及其建设内容，同时结合福建省水利信息化省情，提出“一平台”需经过业务系统统一认证、关键信息集中展示，数据资源共享服务、先立后破更新迭代，三级平台分级部署、业务应用数字赋能3个阶段的实施路径，逐步实现福建省数字水利“一盘棋”建设，数字赋能省市县三级水利业务、水利政务信息化应用。     

安徽省基层防汛语音服务平台研究与建设

传统水利业务应用系统存在信息查询效率不高、功能操作步骤繁琐、系统应用专业性强等问题,导致系统在基层推广应用难度大,也影响信息系统效益最大化发挥,严重制约水利信息化的发展。设计开发一种基于智能语音技术的基层防汛语音服务平台,通过私有化部署语音支撑软件、完善水利行业语料库,构建智能语音引擎及防汛抗旱专题知识库,并结合高精度的语音识别和语义解析服务,赋予基层防汛信息化平台采用自然语句的形式进行查询和执行防汛业务的能力。用户可通过语音命令完成实现对各种防汛基础数据、实时监测及业务应用信息的查询和操作。平台建成并投入使用后,为防汛、抢险、山洪灾害防御等业务管理工作提供全面高效的技术支撑。     

安徽省防汛抗旱地理信息云服务平台研究与建设

介绍安徽防汛抗旱地理信息云服务平台的建设背景及内容,对面向安徽防汛抗旱的水利数据框架建设、地理信息应用服务开发、基于Portal for ArcGIS的地理信息服务平台搭建等关键技术进行研究,并且开发防汛地理信息系统。安徽防汛抗旱地理信息服务平台已为一系列防汛抗旱相关业务系统提供地理信息应用服务,为防汛、抗旱、山洪灾害预警等业务管理工作提供全方位和高效率的技术支撑。     

数字孪生太浦河防洪及供水“四预”业务应用设计与实现

本文基于太浦河二、三维数据底板，根据太浦河物理河道特点、水闸、泵站等工程设计参数、影响区域范围等，提出建立数字孪生太浦河防洪及供水“四预”业务系统，构建太浦河防洪及供水知识平台，实现数字孪生流域与物理流域的交互。系统通过建立太浦河历史水雨情、工情、水质等信息与调度预案方案间的映射关系，以事件为驱动进行系统设计，在自动综合分析区域代表站水情、水质监测、水利工程调度情况、水雨情信息等基础上，触发相应事件驱动机制，针对不同的事件，“四预”系统会呈现针对性的功能和界面，结合模型滚动预测预报成果，关联提示调度方案并实现自动推荐应急处置措施，为综合调度提供智能决策支持，并流场动态可视化技术，确定太浦河各个二维网格水体流速、流向，实现太浦河流场的仿真动画模拟。系统为精准应对2022年“梅花”台风防御及上海市抗咸潮保供水提供了技术支持，为数字孪生流域建设提供参考。     

安徽省水利信息化共享平台建设与思考

针对安徽省水利信息化建设现状及存在的信息资源开发利用和共享程度不高,信息孤岛,现代化技术手段不强等问题,充分运用“互联网 +”、云计算、大数据等新技术和新理念,推进安徽省水利信息化资源整合共享和开发利用,强化信息化技术与水利业务深度融合。根据水利部水利信息化顶层设计,按照“五统一”要求,采用松耦合的分层架构,开发建设安徽省水利信息化共享平台,初步实现水利数据资源统一管理、一数一源,基础设施集约建设、平台共用,地理业务信息有效融合、以图监管,核心应用信息集中展现、业务协同, 信息安全优化健全、稳定可控,形成安徽水利“ 一个大数据中心、一张图、一个应用门户、一套安全防护体系”即“四个一”新局面,逐步实现安徽水利信息化建设“一盘棋”,为安徽省智慧水利建设构建核心应用平台。