蔡阳-数字孪生水利构建技术与应用实践.pdf

1、P1数字孪生水利构建技术与应用实践P2目录第一部分：数字孪生水利构建技术第二部分：数字孪生海河的应用实践P3P3数字孪生水利构建技术01P4一、背景 水利部把建设数字孪生水利作为推动新阶段水利高质量发展的六条实施路径之一，通过2022和2023年两年的先行先试工作和技术攻关，总结提炼了构建数字孪生水利的关键技术难题，提出了解决难题的思路方法。升级改造新建算力算据算法数字孪生水利总体架构数字孪生水利层次关系图P5一、背景 至“十四五”末，按照“突出重点、急用先建”的原则，建成七大江河数字孪生流域；按照“规划先行、先导推进”的原则，骨干水网中的数字孪生南水北调中线基本建成，省级数字孪生水网取得突破

2、；按照“重点提升、同步新建”的原则，大江大河重要控制性枢纽基本建成数字孪生工程；在重点防洪地区实现流域防洪“四预”，在跨流域重大引调水工程、跨省重点河湖基本实现水资源管理与调配“四预”，水利工程建设与运行管理、河湖管理、水土保持、农村水利水电等N项业务智能应用水平大幅提升；数据共享和网络安全防护能力明显增强。为新阶段水利高质量发展提供有力支撑和强力驱动。顶层设计技术攻关先行先试推广建设建设目标实施路径P6二、数字孪生水利构建技术1.算据方面：丰富算据1.1“天空地水工”一体化监测感知体系1.2.雨水情监测预报“三道防线”构建 技术1.3.地理空间数据底板构建技术1.4.顾及水系连通性的HDEM

3、构建方法1.5.水下地形数据处理技术1.6.水利对象一体化组织技术2.算法方面：优化算法2.1 数据知识融合驱动的模型构建技术2.2 遥感GIS一体化和AI识别技术2.3 大模型赋能知识平台3.算力方面：提升算力3.1 全国产化适配技术4.应用方面：强化业务“四预”4.1 业务“四预”构建技术4.2 研发基于超额水量分配的水库群逆向调度技术 P7二、数字孪生水利构建技术（丰富算据）各类监测手段形成的时空、范围、要素、精度、频次等方面互补协同的技术体系：“天”利用光学卫星、SAR卫星、重力卫星、气象卫星以及北斗等技术装备，实现对流域下垫面、河湖水体、洪涝灾害、工程面貌等的大尺度全局监测感知；“空

4、”利用无人机、高塔等设施设备，搭载激光雷达、天气雷达、测雨雷达等监测仪器，实现对水域岸线、蓄滞洪区、山洪灾害易发区等重点区域的地形、雨情等要素的中小尺度高精度动态及时监测感知；“地”指对河湖水体及水利工程以外的水利要素监测方式，主要利用雨量站、蒸发站、地下水测站、土壤墒情站、视频监测站等地面监测设施设备，实现对关键点位雨情、蒸发、地下水位、墒情等要素的精准实时监测感知；“水”利用声、光、电、无人船等监测技术装备，实现对河湖水体的水位、流速、水质、泥沙含量、水下地形、水生生物等水中水下要素的精准自动化监测感知；“工”利用渗压计、光纤光栅、应变计、震动仪、测量机器人、水下机器人等手段，实现对水库大

5、坝、堤防、水闸、隧洞等水利工程内外的渗流渗压、位移形变、应力应变等工情险情要素的实时精细监测感知。1.1“天空地水工”一体化监测感知体系P8二、数字孪生水利构建技术（丰富算据）1.2 雨水情监测预报“三道防线”构建技术 扩展第一道防线（卫星云图与测雨雷达）：在“云中雨”监测预报的基础上，耦合流域产汇流水文模型和洪水演进水动力学模型，开展产汇流及洪水演进预报，有效延长洪水预见期；加密第二道防线（雨量站）：在“落地雨”监测预报基础上，对接“第一道防线”监测预报成果，持续率定流域产汇流水文模型和洪水演进水动力学模型参数，实时更新模型输入，迭代优化监测预报结果，在保证洪水预见期的同时，提高洪水预报精准

6、度。合理布设第三道防线（水文站）：对接“第二道防线”监测预报成果，迭代优化洪水演进预报并向下游水文站或断面逐级传递，实现河系滚动传导预报，进一步提高洪水预报精准度。“三道防线”是一个统一整体，各道“防线”相互促进，实现延长洪水预报预见期和提高预报精准度的有效统一。P9二、数字孪生水利构建技术（丰富算据）1.3 地理空间数据底板构建技术 基于激光雷达、倾斜摄影测量、卫星立体测图、影像微分纠正、波束回声探测、建筑信息集成等技术获取流域下垫面影像、水上水下地形、地表形态和建筑信息模型，经数据融合、数据评价等处理，耦合数据模型和数据引擎，构建多时空尺度、多源异构数字孪生水利地理空间数据底板，支撑水文水