[数码讨论]我国数字孪生水利体系框架基本形成 [复制链接]

           想象一下，如果把江河“复制”到电脑里，输入数据进行演算，江河是不是就变得会思考，具备了未卜先知的能力？这听上去或许有点科幻，其实正真实发生着，而且还有个专业名词进行概括——数字孪生水利体系。

  通俗来说，数字孪生水利体系就是通过大数据、云计算、人工智能等数智技术和水利业务深度融合，将江河湖泊、水利工程“搬进”数字世界进行智能模拟、调度预演，为水旱灾害防御、水资源管理与调配等提供“智慧大脑”。

  “‘十四五’期间，我国数字孪生水利体系框架基本形成。”日前，水利部副部长王宝恩在水利部新闻发布会上介绍，水利部门已完成94项数字孪生流域建设先行先试任务，分批推进14个省级水网先导区数字孪生水网建设，数字孪生三峡、南水北调、小浪底、丹江口、大藤峡等11个重点工程投入实战应用，49处数字孪生灌区先行先试、230个数字孪生农村供水工程建设取得阶段性成效，启动12座智能大坝建设、32处数字孪生调水工程和98处数字孪生蓄滞洪区建设。

  “智慧大脑”的“战绩”如何？王宝恩告诉记者，“智慧大脑”滚动开展洪水演进数字推演，迭代优化调度方案，系统、科学、安全、精准调度流域工程体系，为成功防御海河“23·7”流域性特大洪水、珠江流域北江1915年以来最大洪水等历史罕见洪水灾害提供了有力支撑。在今年长江流域主汛期来水显著偏少的情况下，“智慧大脑”助力流域58座控制性水库汛末蓄水量达1081亿立方米，再创历史新高。

  “水利部把防洪安全作为数字孪生水利体系建设及智能业务应用的重点领域，着力强化洪水预报、预警、预演、预案‘四预’功能。”水利部水旱灾害防御司司长姚文广透露，“十四五”以来，水利部门累计发布洪水预报272万站次，全国大江大河洪水预见期从3天延长到10天，主要江河关键期洪水预报准确率达90%；累计发布洪水预警1.24万次、发布山洪灾害预警121万次，及时组织山洪危险区群众转移避险1555万人次。今年秋汛期间，运用数字孪生长江动态模拟预演汉江流域骨干工程调度和洪水演进80余次，为成功应对汉江流域7次编号洪水提供了有力支撑。

  水资源管理与调配是数字孪生水利体系建设的重要内容。“十四五”以来，水利部重点围绕前端监测感知、监测感知数据归集处理平台、监测计量数据信息化应用，有力提升水资源精细化管理水平。“截至目前，非农取水、大中型灌区渠首取水口和典型小型灌区基本实现取水计量全覆盖，水利部已批复的171条重点河湖生态流量监测覆盖率达93%，已批复的94条跨省江河水量分配方案监测断面覆盖率达87%，全国已建成地下水监测站点24857处。”水利部水资源管理司司长于琪洋表示，“十四五”以来累计排查问题线索18.5万条，有力提升了取用水监管效能；2024年度重点河湖生态流量达标率达98.6%，88条（个）母亲河（湖）复苏目标任务全面完成。

  数字孪生水利体系建设，还有更多成效让人们可感可知。比如我国河湖众多，过去河湖乱占、乱采、乱堆、乱建问题点多面广、隐蔽难查，如今，高分辨率遥感卫星、无人机、视频智能识别等技术的应用，为规范化常态化开展河湖库“清四乱”提供了有力支撑，“十四五”期间清理整治“四乱”问题14万余个，推动河湖面貌改善，人民群众获得感、幸福感、安全感不断增强。

  王宝恩表示，“十五五”时期，水利部将坚持“需求牵引、应用至上，数智赋能、提升能力”，加快完善数字孪生水利体系，有效提升水利治理管理数智化水平。

数字孪生水利体系：让江河“会思考”的智慧治水革命

您提到的内容生动描绘了数字孪生水利体系如何将科幻变为现实，通过将江河“复制”到数字世界，赋予其“思考”和“预知”能力。这一创新体系正深刻改变我国水利治理模式，从“被动响应”迈向“主动调控”。以下结合最新进展和实际成效，对这一“智慧大脑”进行深入解析：
一、数字孪生水利体系的核心内涵与架构

数字孪生水利体系并非简单的数字复刻，而是通过大数据、云计算、人工智能等数智技术与水利业务深度融合，在虚拟世界构建江河湖泊、水利工程的“镜像”，实现对物理水利全要素和治理管理全过程的数字映射、智能模拟、前瞻预演。其核心架构包括：
数字孪生流域：以流域为单元，构建覆盖水系、地形、工程等全要素的数字模型，支撑流域统一规划、治理、调度和管理。
数字孪生水网：针对国家水网（以自然河湖为基础、引调排水工程为通道），实现水资源优化配置、防洪减灾等功能的智能调控。
数字孪生水利工程：聚焦水库、灌区、调水工程等单体工程，实现全生命周期的数字化管理和智能运维。

正如您引用的内容所示，该体系已形成“预报、预警、预演、预案”（简称“四预”）功能，这是其核心能力所在，实现了从数据到决策的全流程智能化。
二、“十四五”期间的显著成效：从框架到实战应用

水利部副部长王宝恩在12月16日的新闻发布会上明确指出，“十四五”期间我国数字孪生水利体系框架基本形成，并在多个领域取得突破性进展：
体系建设全面铺开
完成94项数字孪生流域建设先行先试任务，打造了一批可复制推广的典型案例。
分批推进14个省级水网先导区数字孪生水网建设，推动区域水网智能化升级。
重点工程投入实战：数字孪生三峡、南水北调、小浪底、丹江口、大藤峡等11个重点工程已投入实战应用。此外，49处数字孪生灌区先行先试、230个数字孪生农村供水工程建设取得阶段性成效，并启动12座智能大坝、32处数字孪生调水工程和98处数字孪生蓄滞洪区建设。
防洪减灾：“智慧大脑”的硬核战绩
数字孪生体系在应对历史罕见洪水灾害中发挥了关键作用：
成功防御重大洪水：为海河“23·7”流域性特大洪水、珠江流域北江1915年以来最大洪水等提供了有力支撑。通过滚动开展洪水演进数字推演，迭代优化调度方案，实现了流域工程体系的系统、科学调度。
洪水预见期与准确率大幅提升：“十四五”以来，全国大江大河洪水预见期从3天延长到10天，主要江河关键期洪水预报准确率达90%。累计发布洪水预报272万站次，发布洪水预警1.24万次、山洪灾害预警121万次，组织转移避险1555万人次。
长江流域蓄水创新高：在今年长江流域主汛期来水显著偏少的情况下，助力流域58座控制性水库汛末蓄水量达1081亿立方米，再创历史新高。
水资源管理与调配：精细化水平跃升
监测感知网络全覆盖：形成涵盖34颗遥感卫星、180余部测雨雷达、13.6万处地面水文报汛站、30多万处工程安全监测点的“天空地水工一体化监测感知系统”，基本覆盖水旱灾害防御、水资源管理等业务。
水资源利用效率提升：非农取水、大中型灌区渠首取水口基本实现计量全覆盖。2024年度重点河湖生态流量达标率达98.6%，88条母亲河（湖）复苏目标任务全面完成。累计排查取用水问题线索18.5万条，监管效能显著增强。
河湖管理：智能化守护绿水青山
通过高分辨率遥感卫星、无人机、视频智能识别等技术，实现河湖“四乱”（乱占、乱采、乱堆、乱建）问题的卫星遥感智能监测、图斑推送、整改销号全链条在线操作。“十四五”期间清理整治“四乱”问题14万余个，推动河湖面貌持续改善，人民群众获得感显著提升。
三、“智慧大脑”的技术支撑：模型与感知是核心

数字孪生水利体系的强大能力离不开两大核心技术支撑：
水利专业模型：这是数字孪生的“内核与引擎”。通过数学语言（如圣维南方程组、地下水运动方程等）描述物理定律（质量守恒、能量守恒等），准确刻画降雨-产汇流-水库调度-河道演进等过程。例如，在2021年黄河秋汛中，干支流水库精准调度模型提前2天预报北江超50年一遇特大洪水。水利部门将持续深化模型研发，强化正向-逆向-正向推演功能，提升预测精度。
天空地水工一体化监测感知系统：这是数字孪生的“神经末梢”。通过卫星遥感（天）、雷达与无人机（空）、地面水文站与传感器（地）、工程安全监测点（工）多维度协同，实现对水利全要素和全过程的实时感知。例如，浙江通过该系统将山洪预警响应时间从30分钟缩短至15分钟，为群众转移抢出宝贵时间。
四、“十五五”展望：迈向更高水平的数智化治理

王宝恩表示，“十五五”时期将坚持“需求牵引、应用至上，数智赋能、提升能力”，重点推进以下工作：
完善体系框架：科学编制“十五五”数字孪生水利体系建设实施方案，聚焦“夯基、提能、扩面”，一体化推进数字孪生流域、水网、水利工程建设。
强化核心技术攻关：在监测感知、数学模型等方面加快新技术新装备研发应用，构建协同高效的数字孪生平台。
拓展应用场景：打造一批具有“四预”功能的典型应用场景，在水旱灾害防御、国家水网调度、水利民生服务等领域实现“用得上、靠得住、效果好”。
保障措施升级：完善标准体系，加强人才培养（如卓越水利工程师培养工程），推动智慧水利本科专业建设（全国已有19所高校设立），为体系建设提供坚实支撑。
五、地方实践：唐山等地的创新探索

各地也在积极落实国家战略，形成特色经验。例如唐山市率先打造市域级数字孪生水网应用标杆——唐山智慧水利系统，建成923个视频监控点位的河湖智能视频监控网，在水旱灾害防御、水资源配置中发挥重要作用。松辽水利委员会则聚焦嫩江、西辽河等流域，推进数字孪生建设，在防洪和水资源调度中提供支撑。
总结

数字孪生水利体系是我国水利现代化的关键举措，它不仅让江河“会思考”，更通过“四预”功能实现了治水从经验判断到科学决策的根本转变。从成功防御特大洪水到水资源精细化管理，再到河湖生态修复，“智慧大脑”的成效已充分显现。随着“十五五”规划的推进，这一体系将进一步赋能水利治理现代化，为国家水安全提供更坚实的保障，在中国式现代化进程中书写智慧治水的新篇章。正如您所言，这不再是科幻，而是正在发生的现实，并将持续深刻影响我们的生活。