长江流域水工程智能调度平台建设探讨

围绕流域水工程联合调度需求,在《智慧水利总体方案》总体框架下,充分考虑国家防汛指挥系统建设成果延续性和技术推广应用的普适性,长江设计集团有限公司于2019年启动了以长江为示范的流域水工程联合调度系统及相应支撑平台技术研究开发工作.通过研发流域水工程调度规则库、水文水力等通用计算模型及智能算法、大数据分析技术、智慧使能应...     

面向防洪“四预”的数字孪生流域水利专业模型研发与实践应用——以数字孪生飞云江流域为例

数字孪生流域是推动智慧水利建设的核心和关键,而水利专业模型是数字孪生流域建设的重要算法支撑。从实际业务支撑角度研发面向防洪“四预”的数字孪生流域水利专业模型,包括水文、水动力、水工程调度、风暴潮等模型,并以浙江省温州市的数字孪生飞云江流域为载体进行实践应用。结果显示,在应对台风“杜苏芮”“卡努”“鸿雁”过程中,各类模型运行情况良好,水文、水动力及风暴潮模型预报值与实测值拟合程度较高,误差满足规范许可要求,水工程调度模型可实现模型预期调度效果。研发的水利专业模型和应用案例可为其他流域数字孪生建设提供参考。     

智慧长江建设关键技术难点与解决方案的思考与探索

以数字孪生长江为支撑的智慧长江是水利高质量发展新阶段下加快实现安澜长江、绿色长江、和谐长江、美丽长江目标的重要新型基础设施。本文围绕智慧长江建设近期目标，阐述了以数字孪生长江为支撑的智慧长江建设需求、发展背景、建设目标与总体框架。结合数字孪生长江试点项目，阐述了模型平台、知识平台以及重点业务应用建设的现状与存在的重点与难点问题。以问题为导向，重点介绍了模型通用化标准制定、数据驱动方法与机理模型的融合以及模型配置工具的应用，提出了防洪调度知识图谱构建新方法。以此为基础，阐述了具备正向模拟与反向推演功能的水工程智慧调度业务应用。最后探索了新老系统衔接与融合的实现路径，为推进智慧长江建设提供技术支持。     

长江科学院领导带队拜访湖南澧水流域水利水电开发有限责任公司就流域数字孪生试点建设事宜进行交流

正2021年9月6日,长江科学院院长卢金友、党委书记吴志广带队拜访湖南澧水流域水利水电开发有限责任公司(简称"澧水公司"),就澧水部分流域数字孪生试点建设相关事项进行交流。澧水公司董事长文柏海、总经理王志宏接待了卢金友一行,双方进行了座谈。项目组汇报了澧水流域数字孪生试点建设实施方案。澧水流域数字孪生试点建设将建立物理流域与数字流域之间全要素关联与响应关系,形成包含数字化场景、精准化模拟、智慧化决策的数字孪生流域,实现预报、预警、预演、预案"四预"功能,为澧水流域防洪、水资源调度及其他管理业务提供技术支撑。     

大数据驱动的流域洪涝灾害智能决策引擎关键技术研发

为减少流域洪涝灾害造成的生命财产损失，围绕水利、生态环境、应急管理、住建等行业流域洪涝灾害治理需求，依托大数据技术解决流域洪涝灾害治理过程中存在的感知监测、预测预报、调度优选、决策预演难题，形成一套完整的流域洪涝灾害智能化决策引擎，包括流域水位识别引擎、流域洪水预报产流引擎、流域工程智能调度引擎、流域数字孪生决策引擎，实现智能感知、智能预报、智能调度、智能决策，从而助力增强流域数字治理能力，为数字防灾、数字兴利、数字强国提供有力支撑。     

数字孪生驱动的智慧流域平台研究与设计

流域管理涉及水资源、水生态、水环境、水灾害等众多问题,以数字孪生为基础,将GIS,BIM,IoT融合的数字孪生与流域管理相结合,建立数字孪生数据及模型集成与可视化表达方法,研究数字孪生运行机制,构建智慧流域孪生体,设计数字孪生驱动的智慧流域平台.以堵河流域水库群防洪联合调度管控为例进行应用实践,实践证明:相比传统流域数...     

面向数字孪生流域的知识平台构建关键技术

数字孪生流域中的知识平台需要支撑物理流域全映射与孪生流域可互动等应用要求。针对知识平台中的水利知识图谱、历史场景模式、业务规则、专家经验等建设内容,提出了一种基于知识图谱的数字孪生流域知识体系架构。在该架构中,利用图模型描述业务场景中实体概念间的关联关系,以事件为视角描述事件演化背后的机理与模式,以业务为导向形成业务-事件-要素间的关联网络,最终构建形成全景式耦合网络。基于全景式耦合网络,进一步建立了物理空间与数字空间、业务层与支撑层互动关联的闭环式应用架构。将此架构应用至数字孪生流域平台中,以事件为驱动,通过数据反馈形成决策闭环,从而达到支撑水利业务智能管理与决策的目的。     

数字孪生闸泵工程规划设计

闸泵工程作为流域的控制性工程，对流域的防洪调度、水资源管理与调配具有重要作用。本文按照《十四五智慧水利建设规划》，结合《数字孪生工程建设技术导则》要求，针对性从数据底板、模型平台、知识平台、基础支撑平台及智能业务应用等模块进行规划，以实现闸泵站各类信息及时汇聚处理、工程三维可视、模型优化计算、业务智能应用为目标，为闸泵站的信息化、数字化、智慧化建设发展提供支撑保障，对闸泵工程健康状态进行评价，对工程调度运行进行优化管理，并对闸泵类水利工程数字孪生建设提供样例。     

数字孪生流域智能化模拟关键问题与技术需求

建设数字孪生流域是推进智慧水利的重要内容,数字化场景、智能化模拟、精准化决策是其核心。智能化模拟处于中枢地位,数字化场景是智能化模拟应用载体,智能化模拟是精准化决策重要基础。从智能化模拟关键议题中选择基于水文实验的模拟模型、并行算法、智慧决策支持平台3个方面分析了现有数字孪生流域智能化模拟存在的主要问题和挑战,探讨了数字孪生流域智能化模拟关键技术需求,对发展方向进行了展望。     

长江流域水工程防灾联合调度思考

堤防、水库、蓄滞洪区、涵闸、泵站等是长江流域防洪抗旱减灾工程体系的重要组成部分,如何调度运用好水工程使其充分发挥防灾减灾效益,是一个需要不断思考的问题。总结梳理了近年长江流域水工程联合调度在规范调度管理、推进技术研究、提升信息化水平和发挥联合调度效益等方面的工作成效,并从流域超标洪水防御、调度目标多元化、预报调度一体化、综合决策智能化等角度重点分析了新时期水工程联合调度的需求,结合当前调度实际提出了下一步工作开展的几点建议。     

数字孪生调水泵站工程可视化模型构建和数据交互技术研究与应用

按照智慧水利建设“需求牵引、应用至上、数字赋能、提升能力”总要求,南水北调工程运行管理部门以满足泵站调水工程“提升效率、降低成本、水质保障、安全运行”的应用需求为目标,积极推进以GIS+OSGB+BIM技术结合UE4引擎渲染构建模型为支持的全景数字孪生南水北调泵站工程研究,并融合仿真驱动、交互推演,形成“诊断预报、分级预警、调度预演、多模预案”的调水工程“四预”体系应用框架,推进搭建全时空映射、全场景感知、全业务融合、全天候运用的模拟和前置推演仿真数字孪生调度平台,为推动实现调水工程现代化高质量发展目标提供技术支撑。     

汉江流域及南水北调中线工程水量调度保障技术

正成果概况"汉江流域及南水北调中线工程水量调度保障技术"由长江勘测规划设计研究有限责任公司完成。该技术统筹汉江流域内外用水和控制性水库群、引调水工程等的调度,建立了完善的水资源统一调度管理体系。通过干支流控制性水利工程调度及分河段水资源调度配置,实现了水库群—引调水工程—区域水量联合调度。以该技术为基础,开发了功能齐全的水量调度管理系统,信息化程度高。该技术在汉江流域及南水北调中线工程水量调度中发挥了重要作用。     

提升数字孪生流域建设“四预”能力

阐述水利部党组推进数字孪生流域建设决策部署的现实背景和重大意义,探索数字孪生流域赋能业务“四预”实现路径,以淮河2020年7月超标准洪水“预报”、四川省北川县2022年“7·16”山洪灾害“预警”、黄河2021年严重秋汛防洪调度“预演预案”三个典型案例为背景,通过复盘、总结、查找工作中存在的不足和原因,提出加强感知体系、数据孪生平台建设与赋能防汛“四预”具体措施,提出数字孪生流域建设几点认识和工作建议。     

2020年长江流域水工程联合防洪调度实践

随着长江流域控制性水利工程不断建成投运,沿江排涝规模不断发展,水工程调度运用对洪水演进特性及河道槽蓄的改变,流域的防洪形势也发生相应变化。2020年,长江流域共发生5次编号洪水,实时防洪调度应对中采取了以三峡水库为核心的多组合水工程联合调度方式,成功应对长江2020年流域性大洪水。对2020年洪水期间长江流域水工程联合调度实践情况进行回顾梳理,分析不同场次洪水下水工程联合调度运用方式和调度效果,探讨水工程防洪调度过程中显露出的防洪制约因素,提出完善流域水工程联合调度工作的思考建议。     

数字孪生架构下水工程数字底座建设研究

数字孪生工程是推动水工程全生命周期管理和水利智能化发展的重要途径.数据底座是数字孪生水工程建设的根基.基于已有研究成果和应用案例,系统分析和探讨了数字孪生架构下水工程数字底座建设的核心要素和关键技术要点.数字底座建设的内容包括信息感知与智能设施管理平台、数字孪生体、大数据平台以及信息模型平台的建设,文章提出其关键技术为...     

以防洪为核心的三明市沙溪数字孪生流域建设

为提高三明市防洪的实时监管效能、应急处置能力与安全保障水平,以沙溪流域为例,构建了以防洪为核心的数字孪生流域。从防洪“预报、预警、预演、预案”4个方面,通过完善监测感知网建设,针对三明市沙溪流域防汛感知网的薄弱环节,适当增加水文、气象等监测设备,提升气象预测预报预警精准程度;加强数据资源建设,整合现有平台及数据资源,推动各部门间数据同步、互通共享与系统同屏共享,实现“一屏知汛”;开展重点区域建设,将沙溪流域作为重点建设区域,建设覆盖沙溪流域的立体监测体系,并重点实现沙溪流域防洪调度一体化,实现信息快速流通,支撑防汛应急指挥调度。实践证明：在数字孪生技术的支持下,通过调度预演来分析决策,三明市主城区防汛预警提前了6 h,最大限度地减少灾害影响和社会经济损失,取得了良好的运用效果。     

三峡水库优化调度实践与思考

三峡工程是国之重器，如何更好发挥其在长江流域水工程联合调度中的核心作用、提升流域防灾减灾能力，是需要积极探索和持续思考的重大课题。梳理了三峡水库优化调度研究历程，从防洪、抗旱供水、发电、航运、生态环境、应急等方面总结了近年调度实践成效，结合流域水工程联合调度现状，剖析需要关注的重点问题，并根据当前调度实际提出下一步工作建议。     

数字孪生黄河建设挑战与推进举措

水利部把建设数字孪生流域作为推动新阶段水利高质量发展重要路径,黄委谋划以数字孪生黄河建设驱动治黄信息化提档升级,以高水平、高质量信息化引领黄河治理体系和治理能力现代化。分析了治黄信息化支撑能力存在不足、面临挑战,提出了数字孪生黄河建设思路、任务及推进措施,通过数字孪生黄河建设增强流域治理管理智慧化水平。     

数字孪生周公宅-皎口梯级水库防洪“四预”应用

响应宁波市智慧水利建设,落实数字孪生工程建设先行先试工作,提高水库防汛调度能力、工程运行管理水平和综合决策水平,开展了数字孪生周公宅-皎口梯级水库建设,通过构建数字孪生平台和防洪“四预”业务应用,对梯级水库及下游影响区进行预报、预警、预演、预案全过程闭环模拟,在防汛防台、洪水风险应对等多种场景下为水库防洪形势分析、洪水作业预报、调度方案制定、下游人员避险转移等提供技术支撑,为大型水库工程数字孪生建设提供思路。     

数字孪生椒江“四预”平台建设实践

为进一步提升椒江流域水治理管理能力,运用数字孪生、知识图谱、大数据、云计算等新技术,从构建BIM+GIS数字孪生大场景出发,以水利工程为单元,以河流为脉络,以流域为核心,进行数字孪生椒江“四预”平台建设实践,打造全国数字孪生流域样板。针对当前水利业务存在数据底板精度低、数据更新不及时、部门联动不足等痛点问题,从数据融合、结果展现、模型耦合、体制机制创新、共建共享共防等方面进行探索突破,以期为其他受洪潮涝影响的沿海地区数字孪生“四预”平台提供思路借鉴与案例支撑。