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數字孿生永定河系統正式上線運行

時間：2024-06-27 來源：中國水利報

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近日，由海委組織研發的數字孿生永定河系統正式上線運行，為永定河流域各省市開放提供應用端口。

永定河是首都北京的“母親河”，是國家四大重點防洪江河之一，也是海河流域京津冀區域重要水源涵養區、生態屏障和生態廊道。在永定河率先建成數字孿生流域，具有重要的示范意義。2021年以來，根據水利部統一部署，海委舉全委之力推進數字孿生永定河先行先試項目建設，構建了基于雨水情監測預報“三道防線”的天空地監測體系、多源數據融合的數字化場景、防洪全鏈條與生態水量調度全過程的智能化模擬系統，切實提升了永定河流域防洪和水資源管理與調配“四預”精準化決策水平，為實現永定河流域治理管理現代化奠定了堅實基礎。

集成“三道防線”

提檔升級感知體系

永定河官廳山峽源短流急，暴雨洪水突發性強，產匯流快，預見期短，推進數字孿生永定河先行先試建設，是保障永定河流域水安全的迫切要求。數字孿生永定河系統全面集成了水利部信息中心、海委、京津冀晉蒙等多方永定河流域“三道防線”建設成果，接入共享氣象衛星、11部氣象雷達、3部測雨雷達、1003處雨量站及342處水文站數據，試點構建了永定河山峽區間現代化雨水情監測預報“三道防線”，強化監測數據治理，持續提升數據質量，進一步助力實現了“延長洪水預見期與提高洪水預報精準度”的有效統一。

融合數據資源

構建水利數字化場景

通過數字孿生技術掌握洪水形成、演進和蓄泄機理，延長洪水預見期，提高防洪減災能力，需要堅實的數據底板作為支撐。數字孿生永定河系統匯聚了水利、氣象、生態環境、自然資源等行業數據資源，構建了跨層級、跨省市、跨行業的數據共享體系，搭建了包含2000多個監測點、2600余種屬性信息的全要素、大范圍、高精度的永定河流域三維水利“一張圖”，并建立了流域級數據底板常態化更新機制，切實實現了數字流域與物理流域的同步迭代更新。特別是在海河“23·7”流域性特大洪水后，對下墊面變化劇烈的官廳—屈家店河段、永定河泛區，及時采用激光雷達進行復測，為模型與應用“視算一體”提供了更加精準的數據支撐。

建設專業模型

提升智能化模擬能力

數字模型構建是實現虛實映射、實時交互的永定河流域數字孿生體的一大關鍵。數字孿生永定河系統建設了防洪、生態水量調度、工程安全等水利專業模型。面向流域防洪，構建了降雨短臨預報模型、盧溝橋以上精細化分布式水文模型、三家店以下河道及泛區二維水動力模型、工程調度與泛區運用的防洪調度模型等多模型耦合體系，實現了降雨—產流—匯流—演進全鏈條模擬、預報調度一體化決策。面向生態水量調度，構建了“物理機制+統計方法”雙驅動的來水預報和多目標生態水量調度的模型體系，支撐流域生態水量調度“帕累托最優”。面向工程安全，構建了多元回歸、有限元、綜合評判為一體的工程安全評價模型體系。

強化功能應用

助力流域治理管理

應用至上，目前該系統已在海河“23·7”流域性特大洪水防御以及永定河生態水量調度工作中得到初步應用。系統已實現流域防洪全要素、全過程、全場景的“視算一體”，可一鍵智能生成工程調度、工程防守、泛區群眾避險轉移等各種方案預案，支撐洪水全過程三維演進分析與全流域協同防御，通過自動對比推選最優調度方案，確保研判更及時、調度更科學、決策更精準。系統在永定河全年全線有水目標生態水量調度中，通過“四水統籌”“五庫聯調”，以生態效益最優、補水效率最高、補水費用最低為目標，快速制定實時調整方案，一鍵生成調令，保障調度目標實現，助力永定河流域生態水量調度順利進行。同時，系統還設置了工程管理、河湖管理、流域水文化等業務應用，構建起多元化數字場景。

下一步，海委將與流域內各省市緊密協作，以數字孿生永定河為示范，持續強化數字孿生水利共建共享共用，建立涵蓋數據、模型、平臺等多方面共建共享共用機制，為全面鋪開數字孿生海河建設打下良好基礎。