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“數字孿生水利不是簡單的數字復刻，而是打造一個能監測、會分析、可預報的‘虛擬水利系統’。”浙江省水利廳廳長李銳舉例，以水庫為例，數字孿生體不僅能同步水位、庫容等實時數據，還能給出汛期暴雨、干旱缺水等場景下的調度方案，為防洪調度、供水保障提供科學依據。今年6月，梅雨疊加臺風“蝴蝶”，錢塘江中上游出現強降雨，浙江省提前24小時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，要精準解題離不開強大的“智慧大腦”。
(相關資料圖)
受近期陜西降雨影響，黃河中游涇河、渭河出現明顯漲水過程，統籌考慮洪水防御和排沙減淤，9月8日9時起，水利部黃河水利委員會聯合調度三門峽、小浪底等水庫實施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力學、水工程調度模型，動態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，迭代優化調度方案。”水利部黃河水利委員會主任祖雷鳴介紹，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。
如果說數字孿生是水利工程的“智慧大腦”，感知網絡便是連接物理世界與數字空間的“神經末梢”。“以前山洪預警要等30分鐘，現在15分鐘就能精準推送，為群眾轉移搶出寶貴時間。”浙江省水文管理中心副主任童增來介紹，提升預警時效，核心在于加快數據采集傳輸速度。這些年，浙江對69個山洪災害防治縣的1.15萬個重點村落逐一摸排，升級改造水文測站遙測終端，基本實現“鎮鎮有水位、村村有雨量”。
建設數字孿生水利體系是實現“推動水利高質量發展、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多架無人機、13.3萬處地面水文報汛站、30多萬處工程安全監測點的“天空地水工”一體化監測感知系統。
“今年‘七下八上’防汛關鍵期，我們充分發揮‘天空地水工’一體化監測感知體系作用，建成了覆蓋72類2600萬水利對象的數字孿生平臺數據底板，生成10米格網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、淹沒面積、工程險情等動態變化數據，為水旱災害防御決策提供了有力數據支撐。”水利部信息中心主任付靜說。
水資源調配能力提升
9月13日23時，隨著西遼河干流補水水頭成功抵達安樂屯，與下游既有水面銜接，西遼河干流年內再次實現全線過流，流域生態環境持續向好。
在這場河流復蘇行動中，為最大程度發揮每立方米水資源的作用，水利部松遼水利委員會持續完善“天空地水工”一體化監測感知網，進一步優化數字孿生西遼河功能，實現了對復雜水資源調度過程的實時感知、動態模擬、智能研判和精準決策。“數字孿生西遼河平臺可實時匯集1.7萬多處降水、地表、地下、取用水等監測站點的數據，滾動預演河道水流傳播時間、組合流量、演進過程，優化調度水庫蓄水、雨洪水、外調水和再生水，以求得調水最優解。”水利部松遼水利委員會總規劃師林嵐說。
數字孿生水利體系為水網調度提供了有力的數據保障。浙江省寧波市布設了超1.4萬個監測感知點位，覆蓋水庫、供水等七大類水利工程，海量數據實時匯聚指揮中樞。在此基礎上，寧波構建了“庫群互聯、三網協同”智慧水網體系，建成數字孿生水網系統，結合供水、雨水、污水“孿生三網”，實現“源頭—水廠—龍頭”全鏈條監管。
“輸入100天供水需求，系統會自動優化水庫、水廠調配方案，甚至規劃備用水源啟用。”浙江省寧波市水資源管理中心相關負責人周陽靖介紹，2024年抗旱期間，寧波通過數字孿生水網統籌水庫蓄水、協調跨區域引水，累計向城區增供原水2100萬立方米，將城區供水保證率穩定在99.8%。
在水資源管理領域，智慧化監測技術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第11個冰期輸水階段，其中南水北調中線工程較計劃向京津冀多調水0.41億立方米。
“以往調度多依賴經驗判斷與人工計算，如今依托智能調度業務應用平臺，可實現輸水能力自動評估與供水方案動態優化。”中國南水北調集團有限公司總經理孫志禹介紹，數字孿生南水北調中線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、熱力學等多學科算法，成功實現動態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統籌流域和區域生活、生產、生態用水，實現水資源精準預報、預警與調度，在不同來水與需水情境下優化配置方案，真正實現“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“實時監控”……當前，我國數字孿生水利建設已由積極探索、先行先試，進入全面深化推進和強化應用的新階段。
一方面，“水利一號”遙感衛星組網并持續開展洪水、冰磧湖等監測工作，100多部水利測雨雷達組網運行。無人機搭載紅外相機、激光雷達等，初步實現對堤壩等水利工程風險隱患的外部檢測；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，研發應用水平持續提升，已研發“云—雨”降水預報模型、分布式洪水預報模型、水動力學洪水傳導演進模型，進一步延長洪水預見期、提高預報精準度，為抵御流域性洪水提供了有力支撐。自主研發的太湖風浪模型在臺風“竹節草”期間預測湖面最大傾斜與實測數據基本一致。甘肅、江西等地研發作物需水、渠系動態優化配水等模型，實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，通過研發短臨降水預報模型、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補水等工作贏得主動。工程管理調度方面，通過在線監測和智能分析，在確保工程安全的前提下充分發揮工程綜合效益。
建設數字孿生水利體系重在應用與實效。水利部部長李國英表示，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，加快監測技術裝備研發應用，加大科技支撐力度，對水利治理管理對象實施全覆蓋、全空間、全要素、全天候監測感知，確保精準性、同步性、及時性。
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