一、政策

為加快推進水利治理體系和治理能力現(xiàn)代化，水利部于2024年4月印發(fā)《關(guān)于推進水利工程建設(shè)數(shù)字孿生的指導(dǎo)意見》的通知，充分發(fā)揮數(shù)字孿生技術(shù)對水利工程建設(shè)高質(zhì)量發(fā)展的驅(qū)動作用，提升水利工程建設(shè)全要素、全過程的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化管理能力，建立透徹感知、智能先進、互聯(lián)協(xié)同、科學(xué)高效的水利工程建設(shè)管理新模式，保障水利工程建設(shè)質(zhì)量、安全和長效運行。

二、必要性

1、防汛抗旱

在汛期，準確監(jiān)測水庫的水位和降雨量，通過水利專業(yè)模型分析計算，能夠幫助相關(guān)部門及時預(yù)測和掌握洪水的發(fā)生發(fā)展趨勢，為水庫調(diào)度決策提供科學(xué)依據(jù)。通過提前泄洪或攔蓄洪水，合理調(diào)控水庫的出水流量，保持水庫的安全水位，也可以有效地減輕下游地區(qū)的洪澇災(zāi)害影響。

在干旱時期，預(yù)測水庫的蓄水量和來水量，可以合理安排水資源的調(diào)配，保障農(nóng)業(yè)灌溉、工業(yè)生產(chǎn)、居民生活用水和生態(tài)環(huán)保用水的不同需求?。

結(jié)合上下游防洪要求和水庫自身安全運行條件，以水利專業(yè)模型為基礎(chǔ)，通過動態(tài)規(guī)劃等方法，優(yōu)化水庫的防洪調(diào)度規(guī)則。

2、水資源管理

水庫預(yù)報模型可以準確掌握水庫的來水情況和水資源現(xiàn)狀，根據(jù)來水的不同等級和發(fā)展階段，計算水庫的水量平衡，確定不同的調(diào)蓄方式。考慮水庫的來水量（包括地表徑流、地下水補給等）、用水量（如灌溉、供水等）和蒸發(fā)滲漏損失等因素，精確地分析水庫的水量收支情況，合理安排生活生產(chǎn)供水計劃。

當(dāng)水庫承擔(dān)多種功能，如供水、生態(tài)等時，水利專業(yè)模型可以綜合考慮這些目標。通過建立多目標優(yōu)化模型，以供水保證率和生態(tài)需水量等作為目標，通過模擬不同的水資源分配方案，找到最優(yōu)的配置策略。

三、系統(tǒng)介紹

智慧水庫數(shù)字孿生系統(tǒng)基于信息化基礎(chǔ)設(shè)施，利用云計算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、遙感、數(shù)字仿真等技術(shù)，對物理流域全要素和水利治理管理活動全過程進行數(shù)字映射、智能模擬和前瞻預(yù)演，支撐水利業(yè)務(wù)“四預(yù)”功能實現(xiàn)。實現(xiàn)水庫公共數(shù)據(jù)的全面整合與共享，預(yù)留與上級主管部門、大數(shù)據(jù)等信息化系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)接口，為實現(xiàn)水庫工程管理、水庫政務(wù)管理、應(yīng)急指揮等核心的統(tǒng)一管理提供強有力的信息化支撐手段，為水庫安全運行與科學(xué)調(diào)度提供智慧化的管理手段。

四、系統(tǒng)亮點

智慧水庫數(shù)字孿生系統(tǒng)采用AI動態(tài)監(jiān)管，打造“數(shù)字水庫”。

1、AI智能信息采集

AI智能信息采集用于大壩安全、水雨情、實時視頻、GIS地圖、流速流量、洪水預(yù)報、水質(zhì)監(jiān)測等。

2、數(shù)據(jù)集成化管控

數(shù)據(jù)集成化管控具有數(shù)據(jù)匯集、數(shù)據(jù)分析、溯源推導(dǎo)、預(yù)報預(yù)警等功能。

3、水庫動態(tài)監(jiān)管平臺

4、構(gòu)建水庫洪水演進分析數(shù)字化場景，直觀化展示洪水時空演進過程，并實現(xiàn)山洪災(zāi)害風(fēng)險落區(qū)的動態(tài)更新。

5、構(gòu)建統(tǒng)一、高效、科學(xué)、規(guī)范的山洪災(zāi)害防御體系，全面提升山洪災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警的信息化管理水平，有效預(yù)防、及時控制和最大限度的消除山洪災(zāi)害危害。

6、以動態(tài)化數(shù)據(jù)為依據(jù)一鍵生成災(zāi)情報告，并通過智能化預(yù)案，選擇最優(yōu)的調(diào)度方案，有效提高決策的科學(xué)性。

五、系統(tǒng)平臺

水庫管理平臺

數(shù)字孿生平臺

大壩安全監(jiān)測平臺

水庫管理平臺

水利一張圖

單點數(shù)據(jù)分析

水位數(shù)據(jù)分析

流速流量數(shù)據(jù)分析

監(jiān)測成果表自動生成

實景可視化、重要信息實景標注

相關(guān)視頻、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)展示

重點區(qū)域警戒看護

報警模塊

巡檢上報模塊

大數(shù)據(jù)看板—定制化

移動監(jiān)控端

六、系統(tǒng)功能內(nèi)容

（1）、智慧水庫數(shù)字孿生系統(tǒng)建立以水雨情監(jiān)測、大壩安全監(jiān)測、防洪調(diào)度、興利調(diào)度、應(yīng)急響應(yīng)以及綜合管理等核心業(yè)務(wù)為一體的綜合業(yè)務(wù)系統(tǒng)，為水庫工程安全管理提供業(yè)務(wù)支撐。

（2）、系統(tǒng)建立基于ESB、微服務(wù)、SOA、ETL的信息系統(tǒng)架構(gòu)體系，為業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)協(xié)同業(yè)務(wù)、系統(tǒng)與數(shù)據(jù)之間、數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)之間提供高效的數(shù)據(jù)中臺和業(yè)務(wù)中臺，為信息系統(tǒng)業(yè)務(wù)功能擴展提供有效的保障。

（3）、結(jié)合信息化系統(tǒng)建設(shè)情況，對多源異構(gòu)數(shù)據(jù)資源進行匯聚、清洗、共享，通過數(shù)據(jù)算法，實現(xiàn)數(shù)據(jù)最大限度的應(yīng)用，建立“一數(shù)、一源、一責(zé)”的制度體系，確保數(shù)據(jù)動態(tài)更新，為應(yīng)用系統(tǒng)提供規(guī)范的、可用的數(shù)據(jù)資源。

（4）、通過建立二三維一體化的GIS 平臺，借助無人機航拍技術(shù)、實景地圖技術(shù)等新型展示方式，將數(shù)據(jù)監(jiān)測、分析模型與GIS 進行關(guān)聯(lián)，形成地理信息數(shù)據(jù)庫，發(fā)布具備工程管理價值的業(yè)務(wù)系統(tǒng)。

（5）、借助于BIM 技術(shù)對重要的水工建筑物進行三維建模，將大壩安全監(jiān)測與三維模型結(jié)合，分析評估建筑物安全狀態(tài)，預(yù)測建筑物變化趨勢，指導(dǎo)工程管理和運行維護。

（6）、數(shù)字化監(jiān)護采用數(shù)字孿生技術(shù)，基于實測的遙感影像和勘察的水庫數(shù)據(jù)，構(gòu)建的一、二維水動力模型，預(yù)測分析洪水演進與淹沒過程，并在三維場景中展示防御對象的詳細信息。

（7）、通過無人機、無人船采集數(shù)字高程模型（DEM）、正射影像圖（DOM）、傾斜攝影模型及水下地形等地理空間數(shù)據(jù)，構(gòu)建數(shù)字孿生可視化模型，并結(jié)合水利專業(yè)預(yù)測預(yù)報模型，實現(xiàn)“預(yù)報、預(yù)警、預(yù)演、預(yù)案”能力。

（8）、多部門聯(lián)動匯集水利、氣象等部門的數(shù)據(jù)，整合共享數(shù)據(jù)資源，打通多個數(shù)據(jù)源系統(tǒng)，實現(xiàn)跨部門數(shù)據(jù)共享，并開啟多級預(yù)警模式，實時開展動態(tài)研判。

（9）、智能預(yù)案通過移動端事件處置APP和跨部門聯(lián)動機制，實時動態(tài)掌控水庫情況和應(yīng)急處置情況，一鍵生成水庫監(jiān)測報告。

七、應(yīng)用案例

馬湖水庫數(shù)字孿生平臺