水庫、河道堤防、蓄滯洪區(qū)等55類1600多萬個水利對象信息聯(lián)動更新，動態(tài)匯聚業(yè)務管理數(shù)據(jù)26.2億條，專線獲取高分、資源、環(huán)境等系列23顆國產(chǎn)遙感衛(wèi)星影像資源……數(shù)字技術賦能水利建設和發(fā)展，大江大河、國家水網(wǎng)、水利工程全部納入管理，治水管水的數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化水平不斷提升。
今年，水利部數(shù)字孿生平臺基本建成，七大江河數(shù)字孿生流域建設相繼實施，數(shù)字孿生水利框架體系基本形成，94項數(shù)字孿生流域建設先行先試任務進入收尾階段，數(shù)字孿生水利建設穩(wěn)健起步并取得階段性成效。
數(shù)字賦能，治水管水更智慧
什么是數(shù)字孿生水利？“通俗說，是指運用云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能、虛擬現(xiàn)實等新一代信息技術，采集全量數(shù)據(jù)，實現(xiàn)江河水庫、水網(wǎng)建設、工程調度等的可視化展示，并進行智能化模擬和前瞻性預演。”水利部信息中心主任蔡陽解釋。
——數(shù)字賦能，治水更智慧。
今年4月底，我國首個數(shù)字孿生流域建設重大項目——長江流域全覆蓋水監(jiān)控系統(tǒng)建設項目開工建設。建成后，監(jiān)測站網(wǎng)將覆蓋3791個斷面和上萬個規(guī)模以上取水口，視頻監(jiān)視體系能夠覆蓋160座控制性水利工程、96個重要防汛節(jié)點、28個重要采砂江段，助力持續(xù)推動長江大保護。
蔡陽介紹，自然水體投射到數(shù)字世界里，規(guī)劃、設計、調度方案，以及未來可能發(fā)生的情形都能超前推演，為開展防汛抗旱、水資源管理與調配等提供科學決策。
——智慧管理，用水更集約。
坐落在成都平原上的都江堰灌區(qū)渠系交織，保障取水用水。“過去，因測量精度不高、標準不一，灌區(qū)用水效率有待提升。”四川省都江堰水利發(fā)展中心科信處處長雷剛介紹，灌區(qū)因渠制宜，安裝先進計量設施，打造15款標準化量水秤。上百米寬的主干渠水位高、波浪大，安裝側掃雷達量水秤；幾米寬的支渠和斗渠，水量小，配置接觸式水位計量水秤。水量、水位等數(shù)據(jù)實時測量，用多少水，就放多少水，量水秤量出明白賬。
大中型灌區(qū)是保障糧食安全的重要基礎設施。物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、5G等現(xiàn)代信息技術覆蓋田間地頭，供、輸、配、灌、排更智能，農(nóng)業(yè)用水更有保障。水利部全面啟動48處數(shù)字孿生灌區(qū)建設。
數(shù)字孿生流域、數(shù)字孿生水網(wǎng)、數(shù)字孿生工程等建設不斷推進。廣東、浙江等第一批省級水網(wǎng)先導區(qū)，安徽、寧夏等第二批省級水網(wǎng)先導區(qū)以及南水北調工程啟動數(shù)字孿生水網(wǎng)建設；三峽、小浪底等11個重點數(shù)字孿生水利工程建設取得顯著成效。目前全國取用水在線監(jiān)測計量點增至5.9萬個，3.8萬多條（個）河湖管理范圍內地物實現(xiàn)遙感圖斑在線解譯。
算據(jù)、算法、算力同步提升
推進數(shù)字孿生水利建設，離不開算據(jù)、算法和算力的支撐。
數(shù)字孿生水利，基礎在“數(shù)”。“水能產(chǎn)生巨量數(shù)據(jù)。”水利部信息中心副主任錢峰介紹，河流長度、水庫庫容等相對固定的指標，形成了基礎數(shù)據(jù)。氣象衛(wèi)星和測雨雷達、雨量站、水文（水位）站等實時數(shù)據(jù)，形成了監(jiān)測數(shù)據(jù)。在流域防洪、水資源管理與調配等業(yè)務工作中生成的數(shù)據(jù)，形成了業(yè)務管理數(shù)據(jù)。下墊面高程、水下地形、BIM（建筑信息模型）等形成了地理空間數(shù)據(jù)。此外，經(jīng)濟社會、生態(tài)環(huán)境等其他領域也會產(chǎn)生與水利相關的大量數(shù)據(jù)。
數(shù)據(jù)龐雜豐富，如何收集？奔騰的黔江上，大藤峽水庫大壩高聳，8225支儀器深埋大壩中，實時感知溫度、濕度；約1700平方公里的壩區(qū)和155公里河道的建筑信息模型、水下地形等數(shù)據(jù)實現(xiàn)完整收集，與珠江流域共享水情、咸情信息。“我們成立數(shù)據(jù)中心，完成24個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集結，建立數(shù)據(jù)表1985張，接入548GB數(shù)據(jù)資源，構建了18個部門專題可視化頁面及4個大屏頁面，為建設數(shù)字孿生大藤峽提供數(shù)據(jù)基礎。”廣西大藤峽水利樞紐開發(fā)有限責任公司信息中心信息科副科長劉斌介紹。
全息感知，萬物皆“數(shù)”。水利部提出著力加強“天空地”一體化的感知系統(tǒng)建設，統(tǒng)籌完善水文、水資源、水利工程、水土保持等地面監(jiān)測站網(wǎng)的結構、布局、密度，強化衛(wèi)星遙感解譯以及無人機、無人船圖像快速采集與自動識別等新型監(jiān)測技術應用等。
數(shù)字孿生水利，重點在“演”。今年主汛期，水利部信息中心構建海河流域8處蓄滯洪區(qū)的二維水動力學洪水演進模型，利用遙感、無人機等監(jiān)測信息，動態(tài)識別水體范圍和行進速度等洪水演進信息，逐日推演洪水演進趨勢，有效支撐精準化決策。
水利部門夯實算法支撐，深化流域水文、水力學、工程調度等模型的研發(fā)應用。水利部數(shù)字孿生平臺投入運行以來，率先賦能流域防洪“預報、預警、預演、預案”。目前，全國降雨形勢展望期由20天延長至30天，主要江河關鍵期預報準確率達90%以上，預警信息靶式覆蓋1.3萬多座水庫責任人。
數(shù)字孿生水利，關鍵在“算”。在南水北調東線工程，大型泵站接力提水，長江水攀爬65米北上。“大型泵站機電耦合，技術復雜，僅靠人工巡查隱患，難免會有疏漏。”南水北調東線江蘇水源有限責任公司科技信息分公司總經(jīng)理莫兆祥說，聲紋AI監(jiān)測模型讓巡檢從聽聲音變?yōu)?ldquo;算”聲音。模型具備高性能算力，能夠從聲音大數(shù)據(jù)庫中精準捕捉異常，及時發(fā)出預警。精細管理，為大型泵站群持續(xù)健康運行增添保障。
看全國，算力突破催生技術之變。黃河物聯(lián)網(wǎng)“智能石頭”、浙江橫錦水庫大壩安全“體檢單”、國產(chǎn)重力衛(wèi)星高分辨率地下水儲量變化反演技術等一批創(chuàng)新應用涌現(xiàn)。水庫調度、河冰動力學、潮汐上溯影響及咸情分析等35項水利專業(yè)模型集成應用取得階段性進展。
數(shù)據(jù)共建共享，科技成果加快轉化
數(shù)字孿生水利建設，是一項技術密集、人才密集、資金密集的創(chuàng)新工程，實現(xiàn)高質量推進任重道遠。
共建共享，讓數(shù)據(jù)流動起來。
1.7萬多座水庫、385座報汛水文監(jiān)測站、5萬多個取水口……各類數(shù)據(jù)源源不斷匯集，助力數(shù)字孿生珠江建設。“在上下游、干支流共同協(xié)作下，珠江流域（片）138條省界河流、近3000條集雨面積50平方公里以上的河流數(shù)據(jù)得到更新補充，完善了珠江流域數(shù)據(jù)底板。”珠江水利委員會珠江水利綜合技術中心信息室副主任何虹說。
七大流域全力推動數(shù)據(jù)共建共享?；春铀瘑T會獲取安徽省2000余座小型水庫雨水情監(jiān)測信息，集成了約300GB的山洪災害、洪水風險圖和水利普查數(shù)據(jù)。太湖流域管理局擴大省際、涉水部門信息共享，印發(fā)信息共享清單，新增53座水利工程調度及水量信息、40個河道斷面水質信息。“水利部門加強數(shù)據(jù)資源跨地區(qū)、跨部門、跨層級的統(tǒng)籌管理，推動解決數(shù)據(jù)碎片化問題，為江河湖庫精準畫像。”水利部信息中心副主任成建國介紹。水利部將建立全覆蓋的數(shù)字孿生資源共享平臺，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、處理等協(xié)調推進。
自主創(chuàng)新，加快科技成果轉化。
位于北京市房山區(qū)的南水北調中線惠南莊泵站，是“南水”入京重要節(jié)點。多部門聯(lián)合攻關、新技術先行先試，水下機器人、水質應急監(jiān)測車等設備應用到工程管護中。“軟件、硬件同步提升，構建了集工程安全監(jiān)測、防汛應急、輸水調度、水質安全保障為一體的數(shù)字化場景。”中國南水北調集團中線有限公司北京分公司分調度中心副處長耿興寧介紹。
水利部有關負責人表示，接下來將繼續(xù)聚焦人才、資金、技術等關鍵要素，強化資源整合和力量協(xié)同，引導在水利工程建設和運行管護預算中科學安排資金，推進自主知識產(chǎn)權的工程控制體系、專業(yè)模型、模擬仿真等關鍵技術問題研究，持續(xù)優(yōu)化人才培養(yǎng)引進，大力推進數(shù)字孿生水利建設，為全面提升國家水安全保障能力提供更有力支撐。
