数字孪生水利实践案例分析与创新思考

数字孪生水利建设是新阶段水利高质量发展的重要实施路径。概述了数字孪生水网、数字孪生流域、数字孪生工程发展建设基本情况,以数字孪生尼尔基和数字孪生嫩江为例,介绍了数字孪生工程和数字孪生流域建设的成果及技术创新。分析了当前数字孪生水利建设中存在的问题并提出发展建议,以期为加快构建数字孪生水利体系提供参考。     

数字孪生江垭皂市工程建设方案研究

智慧水利建设是新阶段水利高质量发展的最显著标志之一。近年来,江垭皂市工程已初步形成了信息化支撑的业务平台体系,但仍存在监测感知能力不足、数据资源整合共享困难、业务应用智能化不高等短板。梳理了江垭皂市工程已有系统建设情况,对表对标数字孪生工程建设技术要求,提出了数字孪生江垭皂市工程建设方案,包含数字孪生平台、信息化基础设施、智能业务应用、网络安全体系和共建共享等内容,探索了数字孪生水利工程建设模式。研究成果可为长江流域数字孪生工程建设起到典型示范作用,为推进智慧水利建设提供参考依据。     

基于数字孪生技术的德州市水资源应用前景研究

德州市是典型的水资源极度匮乏地区,水资源供需矛盾突出。为解决水资源管理的用水总量分配和水资源调度等工作难题,充分利用现有水资源信息化资源,结合最新的信息化技术发展成果和水利部“十四五”智慧水利建设总体目标,对德州市水资源的数字孪生应用前景进行研究。以水利部数字孪生建设工作提出的建设目标和方法为指导,结合德州市水资源信息化现状,设计了水资源数字孪生五维模型框架,对如何实现物理实体和虚拟实体的相互映射、数据服务平台的运行以及数字孪生的互联互通进行了阐述,并对实现数字孪生的技术体系开展可行性分析。通过对水资源数字孪生系统结构化分析和典型案例分析,可以认为水资源数字孪生系统具备技术先进性和建设可行性,能够实现水资源业务信息化智能管理,提高德州市水资源信息化水平,并为德州市智慧水利建设提供实用性技术参考。     

推进江西智慧水利建设的思考

智慧水利建设是推动新阶段水利高质量发展的六条实施路径之一,同时也是新阶段水利高质量发展的显著标志,而数字孪生流域建设是智慧水利的核心与关键,是一项复杂的系统工程。江西智慧水利建设尚处于起步阶段,虽取得了显著成效,但仍存在算据基础薄弱、算法智慧化水平不高、算力资源饱和等不足之处,因此理清思路、抓住机遇、迎接挑战对江西智慧水利建设来说至关重要。本文通过梳理江西省智慧水利建设现状,理清当今面临的困难与挑战,提出了夯实水利数据基础、提升算法智慧化水平、完善信息基础设施、推进“2+N”智能业务应用、构牢网络安全体系等主要建设思路及“十四五”时期江西省智慧水利的发展目标,为今后江西省智慧水利建设提供建设性的规划方向。     

数字孪生技术在智慧水利建设中的应用

数字孪生技术与水利行业的深度融合，成为新阶段智慧水利高质量发展的坚实后盾，为我国现代水利的发展注入强大动能。数字孪生技术作为新的技术手段，实现了物理实体与数字虚体间的实时交互和精确映射，极大程度上提高了水利部门信息化服务的效率与质量。本文分析了智慧水利建设的必要性，从运行机制、实施步骤、应用领域3个方面，探讨了数字孪生技术的机理，并提出了相应建议。     

肇源县数字孪生灌区先行先试技术框架与建设布局

数字孪生灌区建设是智慧水利建设的重要内容，是提升灌区建设管理水平的有效手段，是新阶段灌区高质量发展的方向。开展数字孪生灌区建设具有重要意义，不仅是提升保障国家粮食安全支撑能力的重要举措，也是适应现代信息技术发展形势的必然要求，更是实现灌区现代化的内生需求。文章以黑龙江省肇源县中心灌区数字孪生灌区先行先试建设为研究内容，结合灌区实际与区域特点，完成了中心灌区数字孪生先行先试的建设任务、技术构架及建设布局，为推动灌区水利科技创新提升、提高水利资源综合效益、减轻水灾害损失、提高生态效益，充分发挥工程综合效益提供了技术体系和可行方案，为黑龙江省水利数字孪生建设提供可借鉴方案与技术支撑。     

铁力市北关灌区数字孪生灌区先行先试建设研究

数字孪生灌区建设是智慧水利建设的重要内容,是提升灌区建设管理水平的有效手段。文中通过铁力市北关灌区数字孪生灌区先行先试建设研究,推进灌区数字化、监控自动化、调度智能化建设,提高“四预”能力,形成可在全省推广、复制的数字孪生灌区建设成果。     

以数字孪生海河建设驱动流域治理管理新发展

现阶段，科学技术是推动经济社会发展的主要动力，不仅促进新型信息化技术与水利行业加速融合，而且推进智慧水利成为新阶段水利高质量发展的显著标志。智慧水利建设以数字孪生流域为核心，为强化流域治理管理、实现流域“四个统一”提供强大技术支撑。数字孪生海河建设可以提高“2+N”水利业务应用的数字化、智能化水平，其共建共享管理体系将提高流域治理管理的精准化水平和服务效能，并且通过提高水旱灾害防御能力、水资源集约利用和优化配置、水生态环境的监督治理等过程来保障流域社会经济的可持续发展。因此，数字孪生海河建设将驱动流域治理管理进入新发展阶段。     

智能运维监控平台在数字孪生黄河建设中的应用

为解决信息系统依靠人工运维出现时效性差、运维工具繁多等问题,提出基于统一智能运维监控平台,实现面向业务、应用和IT基础设施等全生命周期的运维管理方式。梳理总结黄河数据中心信息系统运维管理发展历程,从黄河数据中心运维现状及数字孪生黄河建设对智能运维管理的需求出发,提出面向数字孪生黄河建设的智能运维监控平台设计方案,详细阐述了建设目标、建设任务、平台逻辑架构、平台特性、特色功能等。通过智能运维监控平台建设,有效提高了黄河数据中心信息系统运维工作的精细化、自动化、智能化水平,提升了信息化运维保障支撑能力。     

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。     

建设"三条黄河"

为做到“堤防不决口,河道不断流,水质不超标,河床不抬高”,实现黄河长治久安,新时期的黄河治理开发和管理应着力建设“三条黄河”,即“原型黄河”,“数字黄河”和模型黄河”。“原型黄河”指现实中的黄河;“数字黄河”是“原型黄河”的虚拟对照体,“模型黄河”是按一定比例缩小的“原型黄河”。“三条黄河”的建设相互关联,互为作用,要建设“三条黄河”,必须搞好规划,引进技术,培养人才。     

黄河流域三维仿真系统的构想与实现

黄河流域三维仿真系统因其涉及的范围广、数据量大、仿真精度要求高而变得异常复杂，为此，系统的总体框架在设计上将需要仿真的三维场景分成两个层次：主窗体层和子窗体层。主窗体层用来仿真全流域大范围的地物信息，窗体用来仿真局部地区的详细信息以及计算结果的查询演示。主窗体和子窗体的分层解决了当前硬件条件下显示范围大与显示精度高之间很难协调的矛盾，实现了大到黄河全流域整体漫游，小到小浪底电站厂房内的一台机组的全方位、多层次、高精度的三维立体仿真。     

数字黄河的概念框架和关键技术

论述“数字黄河”的概念，给出“数字黄河”工程的框架，简述了建设“数字黄河”的关键技术。     

建立黄河数学模拟系统

“数字黄河”工程经过5年的建设,在数据采集、数据传输、数据存储和数据处理方面取得了长足的进步,数学模拟系统建设将是今后5～10年努力的方向。黄河数学模拟系统建设要围绕黄土高原土壤侵蚀模型、水库调度模型、黄河下游河道水沙演进模型、河口模型、水质预警预报模型、宁蒙河段冰凌预报模型六大模型系统开展。要充分认识黄河数学模拟系统建设的长期性和复杂性,持之以恒地进行黄河数学模拟系统建设。     

黄河水量调度管理系统的建设目标与系统结构

黄河水量调度管理系统的建设是在"数字黄河"工程和黄河水量调度管理应急实施方案建设的基础上,以黄河水量调度管理决策支持系统建设为核心,以信息采集、引退水工程监控系统建设为重点,建设覆盖黄河干流和重要支流及水量调度管理的现代化管理平台。在介绍黄河水量调度管理系统建设目标及主要建设内容的基础上,重点分析了系统总体结构。该系统建成后将提高黄河水资源调度的科学性和实效性。     

黄委“数字防汛”建设回顾与思考

"数字防汛"是防汛工作的数字化和信息化。通过介绍水利部黄河水利委员会"数字防汛"建设的目标及总体框架,在总结2001年以来黄委开展"数字防汛"工程建设成就的基础上,指出建设中存在投入不足、规划滞后等问题,对"数字防汛"下一步工作提出了加大基础设施建设力度,开展标准规范建设,完善和推进防汛应用系统建设等具体建议。     

"黄河学"论纲

黄河和黄土高原是世界上独一无二的自然地理单元，黄河流域是中华文明的发祥地。建立和发展以黄河及其流域为研究对象的“黄河学”，具有固植黄河根源、发扬黄河精神、发展黄河文化、弘扬黄河文明、促进黄河综合研究、推动黄河开发整治等多方面的重大意义，并且有着研究对象、研究视角和研究基础方面的可能性。“黄河学”应是一门建立在自然科学、社会人文科学、文学艺术科学及技术科学之上的综合学科，具有综合性、区域性和具象性特征，包括自身基本理论、黄河及其流域自然规律、社会发展规律、文化艺术、自然-社会系统和研究方法6个方面的研究内容。为了建立“黄河学”，应尽快开展有关理论、实践和方法等问题的研究。     

对黄河潼关—三门峡河段治理的探讨

黄河潼关－三门峡河段，兼有自然河道段和水库区段，受来水来沙和水库运用等因素影响，河岸坍塌沿岸损失比较严重，虽经多年治理，效果不太理想，通过对存在问题的研究，建议采取综合治理措施，提供相应保障，加快治理速度。     

三门峡水库芮城库区黄河段治理轮廓

黄河三门峡水库潼关至大坝河道长113.5km ,其中芮城段67 .2km ,按水库运用情况,黄淤41 ～30 断面长45 .6km ,河道特性明显,称为自然河道段;黄淤30～24 断面,长21 .6km ,呈水库和河道双重特性,称回水变动段。经对两段河道特性和多年流势分析及已建护岸工程的基本评价后,本文对工程设防标准、基本流路、平面布设及结构形式提出了符合整体规划又切合实际的数据     

分布式水文模型构建及在黄河区间流域的应用

选择位于黄河支流洛河中游的长水—宜阳区间流域作为研究对象,基于数字高程模型,计算栅格水流方向、集水面积和栅格演算次序,为产汇流计算打下基础。把1个栅格单元作为1个小子流域,基于栅格采用新安江模型进行产流计算,采用Muskingum-Cunge算法进行河道洪水演算。结果表明,基于DEM的分布式水文模型在洪峰误差控制和过程拟合等方面表现较好,洪水模拟具有较高的精度。