智慧水利数字孪生

推进数字孪生流域建设是建设网络强国、数字中国、智慧社会的应有之义，是推进新阶段水利高质量发展的重要举措，更是强化流域治理管理最重要的支撑。

2022年全国水利工作会议在京召开。李克强总理、胡春华副总理作出重要批示。水利部党组书记、部长李国英出席会议并讲话。

会议强调，今年要加快建设数字孪生流域和数字孪生工程，强化预报预警预演预案功能。按照“需求牵引、应用至上、数字赋能、提升能力”要求，全面推进算据、算法、算力建设，对物理流域全要素和水利治理管理全过程进行数字化映射、智能化模拟。

工邦智慧水利以《"十四五"期间推进智慧水利建设实施方案》为基础，利用3S、物联网、BIM、三维仿真等信息技术，构建数字孪生流域、建设“2+N”水利智能业务应用体系。主要包括数字化底座、洪水“四预”模型、水雨情监测系统、水库大坝安全监测系统、智慧群闸联控系统、防汛应急指挥系统、水环境监管系统、河长制与河湖管理系统、地下水资源监测管理系统、灌区信息化管理系统、工程项目管理系统和水利“一张图”。

感知层：通过摄像机、传感器、无人机和移动设备、卫星定位系统等感知设备按约定的协议把物与物、物与人的连接建立起网络系统。

基础设施层：通过私有云、公有云、混合云等多种方式为用户提供其所需的计算和存储等资源，并通过虚拟化等技术实现资源池化，以实现资源的按需分配和快速部署。

数字化基础支撑层：通过数据同步交换、三维地理信息引擎、空间数据融合整编、物联网平台、时空数据中台、无人机自动建模技术打造数字孪生流域的数字化底座，形成基础数据统一、监测数据汇集、二三维一体化、三级贯通的数据底板。

智能水文模型：建设洪水预报、预警、预演和预案“四预”模拟仿真平台，实现洪水预报调度结果在数字地图中的动态交互、实时融合和仿真模拟，推动智慧流域防洪工作。

水利智慧应用层：基于可视化终端实现面向水雨情监测、河湖长制、水库大坝安全监测预警、地下水监测、群闸联控、灌区、智慧防汛应急指挥、水利工程项目管理、水环境监管等业务的分析应用，实现一张图综合可视化展示。

服务层：用户可以使用通过业务门户网站、公众门户网站、手机APP、微信公众号、微博大V号等进行信息访问。各种方式的访问都有统一的应用软件入口界面。

 以“时空感知大数据平台”为核心，打造数字孪生流域的数字化底座，形成基础数据统一、监测数据汇集、二三维一体化、三级贯通的数据底板，实时接入水雨情、工情、墒情、取水等水利监测数据，扩展经济社会等跨行业数据，支撑数字化映射。

利用智能感知技术和通信技术，建设对涉水对象属性及其环境状态进行监测和智能分析的天空地一体化水利感知网。

构建耦合气象、水文、水动力学的网格化、分布式、精细化的“降水-产流-汇流-演进”流域模型，全链条水文集合预报和洪水风险预警。核心功能包括洪水预报、洪水预警、洪水预演、洪水预案等，洪水“四预”平台作为防汛的“耳目尖兵”，为一线防汛工作开展提供支撑，提升风险防控能力。

预报方面，以实时雨水情信息为基础，结合产汇流模型实时预测分析。

预警方面，基于洪水预报（水情预报）数据，按照洪水预警信号等级信息预警信息生成与展示。

预演方面，集成水情监测数据、降雨监测数据、三维地表、水下三维地形、水利设施数据、防洪对象资料，在三维场景中，实现洪水预测演进、洪水淹没模型分析、洪水实时演进、防洪应急调度预演、河道水库溃坝预演、堰塞湖模拟的实景化展示。

预案方面，集成各类防洪方案、调度规则和专家经验等，实现各预案触发条件与水情监测的实时关联，实现对当前洪水水情与洪水级别的准确判断，及时、准确地触发防汛应急预案，提供客观、准确的数据支持，帮助防汛指挥部门进行应急调度决策。

水雨情监测系统：由监测中心、通信网络、水雨情监测设备、水雨情监测系统三部分组成，实现对雨水情等监测设备采集的数据实时接收、解析、存储、分析、处理以及可视化展示，通过系统可对流域内监测站点分布、运行状态、实时动态数据、视频信息、预警信息、维护信息等管理与查看。

水库大坝安全监测预警系统：主要包括物联网平台，无人机平台以及业务系统，其中物联网平台主要提供设备的快速接入和设备管理服务，无人机平台主要负责水库大坝三维模型构建以及巡检支撑，业务系统主要实现小型水库水雨情和大坝安全的实时监测和预警。

群闸联控信息系统：通过控制水闸调水补水，实现流域内水资源的灵活调动。在确保水库群、区间及上、下游安全前提下，实现防洪抗旱以及水资源合理利用。

智慧防汛应急指挥系统：基于数字孪生流域信息平台，汇总雨水情数据信息，结合洪水“四预”模型，实现预报数据与多维信息的融合与集成，将各类防汛信息进行实时快速地收集、分析和处理，切实加强防汛指挥系统等非工程防洪措施建设，供各级领导和防汛部门科学地调度人力、物力、财力，进行防汛调度指挥，能充分发挥防洪工程的整体防洪作用，最大限度地减轻灾害损失。

水环境监管信息系统：通过物联网平台实现实时在线多参数水质监测数据接收、解析、分析，支持4G/NB-IOT/北斗等多种网络，实现在线化监测设备运行、数据接收质量效益分析、监测站点分布可视化、水质质量评价、水质离子动态趋势分析，河道排污巡查信息管理、综合信息统计分析等。

河长制系统：利用现有水利水务信息化资源，以PC+APP应用模式，实现河湖基础信息管理；河湖长履职；监督考核；河湖巡查管理；投诉、上报事件管理；问题处理；通报公示；新闻动态信息发布；信息统计分析等功能。

地下水监测系统：主要功能为地下水监测数据的接收解析、自动化站网与设备运行管理、地下水监测网运行维护管理、实时监测数据的解析、显示和查询、地下水监测设备的运行状态等。

灌区信息化系统：涵盖灌区水雨情、水质监测、闸泵控制、气象监测在灌区业务中的应用，实现数据采集、视频监控、状态采集、数据显示、数据分析、报表生成等功能。

水利工程项目管理系统：项目实现全过程动态监管，等实现统一的信息管理。可在线查看项目基础信息、实施工程信息、分布位置、相关文件资料、多媒体、项目进展、工程实施过程数据，以及工程相关无人机三维模型、BIM模型等。

流域水利“一张图”：集基础地理、水文监测、水利设施、大坝安全监测、气象、洪水预警预报、水资源调度、山洪灾害、汛情、水环境监测、河湖长制、水土保持、工程项目实施等为水利相关数据内容，实现一张图综合可视化展示。