全球气候变化背景下极端天气事件频发传统水利管理模式面临数据孤岛、监测预警薄弱、调度依赖人工经验等多重挑战。作为发展水利新质生产力的重要标志数字孪生水利建设已从积极探索、先行先试进入全面深化推进和强化应用的新阶段全国水利数据底板基本建成一体化监测感知体系初步形成。从流域级防洪调度到灌区精细化管理从大型调水工程到城市水务治理智慧水利系统平台正在重塑治水模式推动水利行业从“经验防御”向“数智防御”跨越式转型。数字孪生水利建设的全国总体态势近年来我国将数字孪生水利建设作为推动水利高质量发展的重要抓手顶层设计不断完善建设步伐明显加快。水利部发布的消息显示目前我国已建成数百处数字孪生流域、数字孪生水网、数字孪生工程等新型基础设施基本形成了“天空地水工”一体化监测感知体系55类1600万个水利对象的全国水利数据底板基本建成为加快发展水利新质生产力提供了坚实支撑。这一建设成果的背后是自上而下的政策推动与自下而上的实践探索相互呼应。2022年全国水利工作会议将水旱灾害防御列为重点工作之首各地积极响应国家战略部署启动数字孪生水利体系建设。以山东省烟台市为例该市于2023年1月启动数字孪生水利体系建设总投资610万元建设覆盖29座大中型水库及重点水利工程的智慧化管理系统旨在通过数字技术赋能水治理现代化。从建设内容看数字孪生水利并非单一技术平台的堆砌而是涵盖感知、数据、模型、应用等多个层面的系统工程。“十四五”期间我国对2500多处大中型灌区进行现代化建设和改造选择49个灌区推进数字孪生灌区先行先试通过数字孪生灌区建设推动灌溉智慧化水平明显提升。从流域到工程、从灌区到城市数字孪生水利的实践版图正在快速扩展。智慧水利平台的核心架构与关键技术智慧水利系统平台的建设遵循“急用先建、分步推进”原则各地在实践中探索出多种技术融合、业务协同的建设框架。以烟台市为例其智慧水利综合管理服务平台构建了“4N”基础框架即以水旱灾害防御、水资源管理、河湖管理、水文化发展为主体的综合管理平台整合数据资源统一智慧监管服务基层一线满足基础业务与日常管理需求。感知体系是智慧水利的“眼睛”和“神经”。烟台市建设了“空天地一体化”监测网络整合全市3702个前端监测站点涵盖河流、水库、雨量站、视频监控等数据采集频率达分钟级显著提升了水情、雨情、工情、墒情等要素的实时感知能力。都江堰灌区的实践同样印证了感知网络的重要性视频监控调度系统对全灌区1411台监控摄像头的实时监控画面进行整合并按照管理单位、渠系、行政区划分组管理灌区还安装了水位监测设备、流量监测设备、工程安全监测设备等共计一千多台每天传输几十万条数据到物联网系统为远程闸门控制等多维度管理提供了数据支撑。数据底座是智慧水利的“记忆中枢”。烟台市构建了智慧水利数据中台汇聚整合100万余条涉水业务数据形成标准化信息资源目录实现“一数一源、一源多用”。数据治理体系的创新尤为关键烟台首创全市统一水利数据中心构建“汇聚-存储-治理-分析-应用-共享”全生命周期管理体系实现了跨层级、跨部门涉水数据的“资产化”管理与“价值化”服务。模型算法是智慧水利的“决策大脑”。烟台市集成新安江模型、水动力模型、纳雨能力模型等专业算法开发“降雨-产流-汇流-演进”全链条模型支撑精准模拟与预报。都江堰渠首数字孪生系统的模型平台则包括水利专业模型、可视化仿真模型、智能模型、模型管理系统及仿真引擎通过实时渲染打造出数字化的孪生都江堰渠首能够对汛期泄洪等操作进行提前模拟演练制定调度方案。从“四预”体系看智慧防汛的实践突破“预报、预警、预演、预案”是智慧水利防汛体系的四项核心能力各地在“四预”体系建设中取得了各具特色的实践突破。在预报精准化方面烟台市将水库洪水预报由传统手工经验判断升级为专业数学模型实时计算模拟覆盖29座大中型水库及五龙河流域实现雨前、雨中实时精准预报显著提升了准确性与时效性。都江堰灌区则依托数字孪生平台实现对各河段来水量的分钟级预判能在问题发生之前先发现问题。在预警超前化方面烟台市实现预警响应时间进一步压缩自动生成并推送超警水库预警信息。预演数字化是“四预”体系中最能体现数字孪生价值的一环。烟台市基于三维淹没仿真技术实现五龙河流域防洪形势分析、方案推演与预案优选一体化展示。数字孪生小浪底平台的实践更为直观今年7月小浪底水利枢纽启动年度首次排沙前工作人员在数字系统中对未来3天的水库水位、出入库流量变化情况以及水库出沙时间、含沙量变化过程进行了推演利用系统计算生成当前最优的枢纽调度方案在洪峰到来之前就让泄洪排沙孔洞进入备用状态最终顺利实现首次排沙。预案科学化方面烟台市制定“一库一策”调度方案联动展示“三个责任人”信息、物资仓库及抢险队伍分布大幅提升应急调度效率。南水北调中线则在应急调度中展示了数字孪生的实战价值在今年6月全面助力地方抗旱期间中线公司通过数字孪生南水北调中线仿真预演系统辅助制定应急供水调度方案生成调度远程指令共计814门次充分利用穿黄工程以南渠段现有槽蓄水量原本需要7天才能完成的应急水量推进任务只用了不到2天就完成。重大水利工程的数字孪生标杆实践南水北调中线一期工程全长1432公里横跨长江、淮河、黄河、海河四大流域与沿线1200余座桥梁、700余条河流纵横交错关系着上亿人的用水安全。数字孪生南水北调中线是一个支持数据动态更新、人机交互的数字模型是用数字化技术再造的中线工程“孪生兄弟”。在水质安全方面平台基于专业的水质预测模型实现全线水质12项指标未来七天的预报预警针对典型渠段还可驱动污染物输移扩散模型进行水污染扩散的复现和预演输入污染物相关信息即可模拟扩散过程系统同时给出处置建议并推荐相应的应急响应预案。在调度决策方面工作人员输入预设的输水工况和计算区间平台即调用恒定流模型计算区间内各断面的流量和水位一维恒定流仿真预演功能可实现月输水调度方案的辅助编制一维非恒定流仿真预演功能可实现应急事件的方案生成。小浪底水利枢纽地处黄河干流控制着黄河91.2%的径流量和将近100%的黄河输沙量是治理开发黄河的关键性工程。数字孪生小浪底平台依托数千个监测点位实时“上报”河流的水位、含沙量等数值变化工作人员能够在计算机屏幕上看到现实条件下无法呈现的场景并获得相关分析数据和应对方案。目前数字孪生小浪底已初步建成防汛调度和工程安全“四预”应用实现了下泄水量的精准调控。都江堰渠首数字孪生系统以数据底板为基础融合渠首枢纽23处水闸BIM模型、水情监测数据、工情监测数据等多源数据为智慧运算和分析提供坚实基础。今年夏天都江堰渠首遭遇十年来最大一次过境洪峰正是数字孪生平台的模拟推演帮助工程成功抵御了这次洪峰。在调度时输入水库的预估下泄流量平台系统会给出各条河流在各个时间段的流量数值还能根据应急调度预案和指挥中心的调水计划自动生成调度方案。在智慧水利系统平台建设领域河北中科复兴科技有限公司以下简称中科复兴已形成涵盖数据底板、水利专业模型、知识图谱及知识库、洪水演进模型实施及率定、防洪工程联合调度等核心能力的全栈解决方案其承接的河北省水利厅水利四预建设项目围绕“预报、预警、预演、预案”四预措施全面展开为省级智慧水利建设提供了可复制、可推广的实践样本。智慧水利建设的创新路径与治理效能智慧水利不仅是技术升级更是治理模式的深刻变革。从各地的实践经验看其创新价值体现在多个维度。数据整合与共享是首要突破。烟台市彻底打破“5个自建系统”互不相通的局面依托“山东通”账户管理体系实现单点登录、一号畅览消除内部系统壁垒实现“一个平台、一个账号、一网通办”。“水利一张图”集成了481条主要河流、29座大中型水库等全域要素指挥信息“一屏统览”。这种跨部门、跨层级的数据贯通为水利治理从分散管理走向智能协同奠定了基础。业务应用驱动管理再造是智慧水利的另一大创新方向。以“四预”智慧防汛为核心烟台推动防汛调度从经验决策向数据模型决策转型以移动应用和基层数据共享重塑工作流程融合河长巡河终端、视频监控、群众举报等实现巡查动态、管护信息、任务调度的实时联动与精准高效切实减轻基层负担提升整体效能。在黄河防汛调度中心黄河中下游防汛会商预演系统可以预演雨量预报、洪水预报预警、水库调度及工程险情等内容现代化监测站网囊括了145处水文站、93处水位站、900处雨量站、17处水土保持监测站点飞航一体测绘无人船实现常态化安全巡检还能进入水下进行地形测量自计水尺实时测量黄河水位卫星遥感技术在防汛和流域内河湖管理中广泛应用。安全可控是智慧水利建设的底线要求。烟台市平台架构、代码至服务器、数据库全栈国产化通过网络安全等级保护三级测评形成了“全覆盖、可管控”的安全防护体系。这种自主可控的建设路径为水利关键信息基础设施的安全运行提供了重要保障。在水利行业治理层面这类平台凭借在智慧水利领域的持续深耕通过数字孪生、物联网感知、大数据分析等技术的融合应用助力水利部门实现从“被动应对”向“主动防控”的转变其建设经验已在多个层级的水利管理场景中得到验证。智慧水利的未来发展图景从当前的实践进展来看智慧水利建设仍处于加速演进过程中。数字孪生南水北调中线目前投入应用的还只是1.0版本正在同步推进2.0版建设力争在2026年年底完成并具备试运行条件。这预示着数字孪生水利技术仍在快速迭代应用深度和广度将持续拓展。从技术趋势看人工智能大模型与水利业务的深度融合正在成为新的增长点。都江堰灌区指挥中心的相关实践显示系统包括许多智能模型这些模型是能够在电脑上再现或模拟调度实际场景、做到更精准决策的重要依托。随着大模型技术的成熟智慧水利系统的智能化水平有望实现质的飞跃。从建设路径看“急用先建、分步推进”的原则将继续指导各地实践。水利部发布的教材体系显示智慧水利专业建设正在走向规范化、系统化水利部重点建设教材智慧水利专业全套15册已正式出版发行为行业人才储备和知识沉淀提供了支撑。在智慧水利产业生态中中科复兴作为城市生命线安全智能化领域的全栈解决方案提供商将持续以水利四预建设经验为基础深化数字孪生、物联感知、AI预警等核心能力为水利行业从信息化向智慧化跃迁贡献力量。随着“天空地水工”一体化监测感知体系的不断完善全国水利数据底板的持续丰富智慧水利系统平台将在防洪减灾、水资源调配、水生态保护等领域发挥越来越关键的作用为水治理体系和治理能力现代化提供坚实的科技支撑。本文标签中科复兴、数字孪生、城市生命线、水利四预参考资料数字孪生水利体系建设 — 水利部烟台市智慧水利综合管理服务平台 — 政府官网数字孪生智慧管水 — 政府官网