背景概述

以數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化為主線，以數(shù)字化場景、智慧化模擬、精準(zhǔn)化決策為路徑，以構(gòu)建數(shù)字孿生流域?yàn)楹诵?，全面推進(jìn)算據(jù)、算法、算力建設(shè)，加快構(gòu)建具有預(yù)報(bào)、預(yù)警、預(yù)演、預(yù)案功能的智慧水利體系。

——《關(guān)于大力推進(jìn)智慧水利建設(shè)的指導(dǎo)意見》

方案介紹

數(shù)字孿生可視化平臺(tái)基于一維、二維水動(dòng)力模型，疊加三維可視化實(shí)時(shí)渲染，應(yīng)用于水雨情監(jiān)測、庫區(qū)及小流域來水預(yù)報(bào)、水庫閘壩調(diào)度、河道洪水推演、淹沒分析等，依托平臺(tái)提供的水安全要素趨勢預(yù)測、水利災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分析、水利調(diào)度方案模擬及推優(yōu)，滿足“預(yù)報(bào)精準(zhǔn)化、預(yù)警超前化、預(yù)演數(shù)字化、預(yù)案科學(xué)化”的智能水利業(yè)務(wù)應(yīng)用需求

平臺(tái)提供高精度數(shù)據(jù)底板、支持并行運(yùn)算的專業(yè)模型分析能力、結(jié)合虛幻引擎實(shí)現(xiàn)的三維可視化實(shí)時(shí)渲染能力，實(shí)現(xiàn)水利工程全生命周期的跟蹤管理，真正做到科學(xué)化、智能化、可視化的災(zāi)害預(yù)測、水情監(jiān)管和水情管理輔助決策，為政府部門日常業(yè)務(wù)化應(yīng)用和災(zāi)害應(yīng)急應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)提供核心業(yè)務(wù)支撐。

系統(tǒng)架構(gòu)

數(shù)字孿生可視化平臺(tái)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)嚴(yán)格遵循水利部智慧水利頂層設(shè)計(jì)及數(shù)字孿生水利工程建設(shè)總體框架，結(jié)合流域或庫區(qū)數(shù)字孿生工程發(fā)展現(xiàn)狀和實(shí)際需求，形成數(shù)字孿生工程建設(shè)框架。主要包括物理實(shí)體、水利基礎(chǔ)設(shè)施、數(shù)字孿生平臺(tái)、業(yè)務(wù)應(yīng)用、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系和安全保障體系。

平臺(tái)功能

數(shù)字孿生流域一張圖：以一張圖的形式進(jìn)行全景展示，實(shí)現(xiàn)全過程的模擬仿真集成雨水情、水質(zhì)、氣象等多維數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的“一屏統(tǒng)覽”。

洪水災(zāi)害要素預(yù)報(bào)：通過水利專業(yè)模型、智能模型、可視化模型等，實(shí)現(xiàn)對(duì)流域洪水的精細(xì)化模擬和快速實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)，支持短期、中期、長期多種預(yù)報(bào)模式，大大延長洪水預(yù)報(bào)的預(yù)見期，為后續(xù)防洪超前仿真推演、評(píng)估優(yōu)化、指揮調(diào)度提供充足時(shí)間。

洪水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警：支持實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)預(yù)警和預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)預(yù)警多模式預(yù)警服務(wù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測水利設(shè)施運(yùn)行情況，對(duì)水位、流量等關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和分析，指標(biāo)超閾值后自動(dòng)生成預(yù)警報(bào)告，并按照預(yù)警等級(jí)推送給相關(guān)責(zé)任人。

洪水災(zāi)害仿真預(yù)演：基于河道一維、二維水動(dòng)力模型，實(shí)現(xiàn)洪水動(dòng)態(tài)過程的預(yù)演，針對(duì)歷史典型洪水、實(shí)時(shí)洪水、指定洪水、設(shè)計(jì)洪水進(jìn)行實(shí)景化預(yù)演，直觀展現(xiàn)洪水水流特性、淹沒水深、淹沒歷時(shí)、影響人口以及可能造成的經(jīng)濟(jì)損失時(shí)空分布情況，確定水利工程調(diào)度最優(yōu)方案 。

洪水災(zāi)害應(yīng)急預(yù)案：依據(jù)預(yù)演確定的方案，綜合考量水利工程最新情況，社會(huì)情況、經(jīng)濟(jì)情況、人員物資情況，科學(xué)研判分析會(huì)商決策，確定相應(yīng)救援預(yù)案措施，提升水災(zāi)防御能力，減少洪澇災(zāi)害造成的損失。

產(chǎn)品優(yōu)勢

基于多技術(shù)融合與多源數(shù)據(jù)匯聚技術(shù)實(shí)現(xiàn)小流域來水預(yù)報(bào)、水庫閘壩調(diào)度、河道洪水推演、淹沒分析等業(yè)務(wù)場景的閉環(huán)流程，實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生“四預(yù)”全流程一體化預(yù)演技術(shù)，為數(shù)字流域、庫區(qū)與智慧防洪體系建設(shè)提供技術(shù)支撐；

基于自研的二維水動(dòng)力模型是一款高效用于模擬地表水非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格有限元模型，可對(duì)任意地形和邊界區(qū)域進(jìn)行水動(dòng)力模擬，支持恒定流和非恒定流處理，提供多種邊界類型設(shè)置及圖表查看方式，支持冷熱啟動(dòng)模式，模型使用靈活實(shí)用；

可根據(jù)實(shí)時(shí)及未來水雨情、工情、險(xiǎn)情等監(jiān)測數(shù)據(jù)對(duì)水工程按照調(diào)度預(yù)案進(jìn)行調(diào)度模擬，可根據(jù)調(diào)度的不同效果和風(fēng)險(xiǎn)對(duì)調(diào)度預(yù)案進(jìn)行優(yōu)化，將最適合的調(diào)度方案推送給流域調(diào)度管理決策者。

應(yīng)用場景

庫區(qū)、流域GIS一張圖

支持構(gòu)建數(shù)字孿生流域一張圖，整合水利多領(lǐng)域數(shù)據(jù)資源，對(duì)江河湖泊流域、水庫、電站、重要設(shè)備等管理要素的分布、范圍、類型、狀態(tài)等信息進(jìn)行綜合監(jiān)測。

水利樞紐，重點(diǎn)設(shè)備設(shè)施運(yùn)行精細(xì)管控

支持基于數(shù)字孿生技術(shù)，對(duì)水利樞紐工程、水文站等要素對(duì)象進(jìn)行真實(shí)復(fù)現(xiàn)，運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)掌握；并可綜合庫區(qū)天氣、水雨情數(shù)據(jù)等信息，結(jié)合專業(yè)模型算法和設(shè)備調(diào)度預(yù)案，對(duì)閘門、泵站等設(shè)備遠(yuǎn)程操控，輔助用戶進(jìn)行水庫防洪“四預(yù)”精準(zhǔn)決策和研判。

洪水預(yù)報(bào)

使用水文預(yù)報(bào)模型結(jié)合氣象格點(diǎn)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)坡面產(chǎn)匯流、河道匯流、庫區(qū)來水量的水文水力計(jì)算，根據(jù)輸出的各類水文要素指標(biāo)可應(yīng)用于庫區(qū)、河道等水利工程洪水模擬預(yù)報(bào)。

潰壩模擬與洪水推演

使用水動(dòng)力模型，建立大壩上下游的物理環(huán)境模型，模擬洪水在彎道和障礙物作用下導(dǎo)致的擴(kuò)散情況，展示洪水淹沒地區(qū)的范圍和洪水到達(dá)時(shí)間。

防洪減災(zāi)與風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測

使用水動(dòng)力模型評(píng)估N年一遇洪水發(fā)生時(shí)，水工建筑物某處存在不同程度破缺的情況下，洪水的淹沒范圍、洪水的水位等信息，為進(jìn)一步設(shè)計(jì)該河段的防沖措施和堤防治理提供科學(xué)依據(jù)。

水庫蓄水調(diào)度與水量調(diào)配

支持集成各水庫監(jiān)測管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)，支持構(gòu)建調(diào)度預(yù)演預(yù)案，平衡蓄水和泄洪需求，對(duì)水庫調(diào)蓄能力不足、水位超限等異常態(tài)勢進(jìn)行可視化預(yù)警告警，提升水庫運(yùn)行監(jiān)管力度，為防洪、興利等工作提供決策支持。