背景概述

以數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化為主線，以數(shù)字化場景、智慧化模擬、精準化決策為路徑，以構建數(shù)字孿生流域為核心，全面推進算據(jù)、算法、算力建設，加快構建具有預報、預警、預演、預案功能的智慧水利體系。

——《關于大力推進智慧水利建設的指導意見》

方案介紹

數(shù)字孿生可視化平臺基于一維、二維水動力模型，疊加三維可視化實時渲染，應用于水雨情監(jiān)測、庫區(qū)及小流域來水預報、水庫閘壩調(diào)度、河道洪水推演、淹沒分析等，依托平臺提供的水安全要素趨勢預測、水利災害風險分析、水利調(diào)度方案模擬及推優(yōu)，滿足“預報精準化、預警超前化、預演數(shù)字化、預案科學化”的智能水利業(yè)務應用需求

平臺提供高精度數(shù)據(jù)底板、支持并行運算的專業(yè)模型分析能力、結合虛幻引擎實現(xiàn)的三維可視化實時渲染能力，實現(xiàn)水利工程全生命周期的跟蹤管理，真正做到科學化、智能化、可視化的災害預測、水情監(jiān)管和水情管理輔助決策，為政府部門日常業(yè)務化應用和災害應急應用的實現(xiàn)提供核心業(yè)務支撐。

系統(tǒng)架構

數(shù)字孿生可視化平臺總體架構設計嚴格遵循水利部智慧水利頂層設計及數(shù)字孿生水利工程建設總體框架，結合流域或庫區(qū)數(shù)字孿生工程發(fā)展現(xiàn)狀和實際需求，形成數(shù)字孿生工程建設框架。主要包括物理實體、水利基礎設施、數(shù)字孿生平臺、業(yè)務應用、標準規(guī)范體系和安全保障體系。

平臺功能

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

洪水災害要素預報：通過水利專業(yè)模型、智能模型、可視化模型等，實現(xiàn)對流域洪水的精細化模擬和快速實時預報，支持短期、中期、長期多種預報模式，大大延長洪水預報的預見期，為后續(xù)防洪超前仿真推演、評估優(yōu)化、指揮調(diào)度提供充足時間。

洪水災害風險預警：支持實時數(shù)據(jù)預警和預報數(shù)據(jù)預警多模式預警服務，實時監(jiān)測水利設施運行情況，對水位、流量等關鍵指標進行實時監(jiān)測和分析，指標超閾值后自動生成預警報告，并按照預警等級推送給相關責任人。

洪水災害仿真預演：基于河道一維、二維水動力模型，實現(xiàn)洪水動態(tài)過程的預演，針對歷史典型洪水、實時洪水、指定洪水、設計洪水進行實景化預演，直觀展現(xiàn)洪水水流特性、淹沒水深、淹沒歷時、影響人口以及可能造成的經(jīng)濟損失時空分布情況，確定水利工程調(diào)度最優(yōu)方案 。

洪水災害應急預案：依據(jù)預演確定的方案，綜合考量水利工程最新情況，社會情況、經(jīng)濟情況、人員物資情況，科學研判分析會商決策，確定相應救援預案措施，提升水災防御能力，減少洪澇災害造成的損失。

產(chǎn)品優(yōu)勢

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

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

可根據(jù)實時及未來水雨情、工情、險情等監(jiān)測數(shù)據(jù)對水工程按照調(diào)度預案進行調(diào)度模擬，可根據(jù)調(diào)度的不同效果和風險對調(diào)度預案進行優(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。

應用場景

庫區(qū)、流域GIS一張圖

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

水利樞紐，重點設備設施運行精細管控

支持基于數(shù)字孿生技術，對水利樞紐工程、水文站等要素對象進行真實復現(xiàn)，運行狀態(tài)實時掌握；并可綜合庫區(qū)天氣、水雨情數(shù)據(jù)等信息，結合專業(yè)模型算法和設備調(diào)度預案，對閘門、泵站等設備遠程操控，輔助用戶進行水庫防洪“四預”精準決策和研判。

洪水預報

使用水文預報模型結合氣象格點數(shù)據(jù)，實現(xiàn)坡面產(chǎn)匯流、河道匯流、庫區(qū)來水量的水文水力計算，根據(jù)輸出的各類水文要素指標可應用于庫區(qū)、河道等水利工程洪水模擬預報。

潰壩模擬與洪水推演

使用水動力模型，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致的擴散情況，展示洪水淹沒地區(qū)的范圍和洪水到達時間。

防洪減災與風險預測

使用水動力模型評估N年一遇洪水發(fā)生時，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，為進一步設計該河段的防沖措施和堤防治理提供科學依據(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)，支持構建調(diào)度預演預案，平衡蓄水和泄洪需求，對水庫調(diào)蓄能力不足、水位超限等異常態(tài)勢進行可視化預警告警，提升水庫運行監(jiān)管力度，為防洪、興利等工作提供決策支持。