一、政策

為加快推進水利治理體系和治理能力現代化，水利部于2024年4月印發《關于推進水利工程建設數字孿生的指導意見》的通知，充分發揮數字孿生技術對水利工程建設高質量發展的驅動作用，提升水利工程建設全要素、全過程的數字化、網絡化、智能化管理能力，建立透徹感知、智能先進、互聯協同、科學高效的水利工程建設管理新模式，保障水利工程建設質量、安全和長效運行。

二、必要性

1、防汛抗旱

在汛期，準確監測水庫的水位和降雨量，通過水利專業模型分析計算，能夠幫助相關部門及時預測和掌握洪水的發生發展趨勢，為水庫調度決策提供科學依據。通過提前泄洪或攔蓄洪水，合理調控水庫的出水流量，保持水庫的安全水位，也可以有效地減輕下游地區的洪澇災害影響。

在干旱時期，預測水庫的蓄水量和來水量，可以合理安排水資源的調配，保障農業灌溉、工業生產、居民生活用水和生態環保用水的不同需求?。

結合上下游防洪要求和水庫自身安全運行條件，以水利專業模型為基礎，通過動態規劃等方法，優化水庫的防洪調度規則。

2、水資源管理

水庫預報模型可以準確掌握水庫的來水情況和水資源現狀，根據來水的不同等級和發展階段，計算水庫的水量平衡，確定不同的調蓄方式。考慮水庫的來水量（包括地表徑流、地下水補給等）、用水量（如灌溉、供水等）和蒸發滲漏損失等因素，精確地分析水庫的水量收支情況，合理安排生活生產供水計劃。

當水庫承擔多種功能，如供水、生態等時，水利專業模型可以綜合考慮這些目標。通過建立多目標優化模型，以供水保證率和生態需水量等作為目標，通過模擬不同的水資源分配方案，找到最優的配置策略。

三、系統介紹

智慧水庫數字孿生系統基于信息化基礎設施，利用云計算、物聯網、大數據、人工智能、遙感、數字仿真等技術，對物理流域全要素和水利治理管理活動全過程進行數字映射、智能模擬和前瞻預演，支撐水利業務“四預”功能實現。實現水庫公共數據的全面整合與共享，預留與上級主管部門、大數據等信息化系統之間的數據和業務接口，為實現水庫工程管理、水庫政務管理、應急指揮等核心的統一管理提供強有力的信息化支撐手段，為水庫安全運行與科學調度提供智慧化的管理手段。

四、系統亮點

智慧水庫數字孿生系統采用AI動態監管，打造“數字水庫”。

1、AI智能信息采集

AI智能信息采集用于大壩安全、水雨情、實時視頻、GIS地圖、流速流量、洪水預報、水質監測等。

2、數據集成化管控

數據集成化管控具有數據匯集、數據分析、溯源推導、預報預警等功能。

3、水庫動態監管平臺

4、構建水庫洪水演進分析數字化場景，直觀化展示洪水時空演進過程，并實現山洪災害風險落區的動態更新。

5、構建統一、高效、科學、規范的山洪災害防御體系，全面提升山洪災害監測預警的信息化管理水平，有效預防、及時控制和最大限度的消除山洪災害危害。

6、以動態化數據為依據一鍵生成災情報告，并通過智能化預案，選擇最優的調度方案，有效提高決策的科學性。

五、系統平臺

水庫管理平臺

數字孿生平臺

大壩安全監測平臺

水庫管理平臺

水利一張圖

單點數據分析

水位數據分析

流速流量數據分析

監測成果表自動生成

實景可視化、重要信息實景標注

相關視頻、數據關聯展示

重點區域警戒看護

報警模塊

巡檢上報模塊

大數據看板—定制化

移動監控端

六、系統功能內容

（1）、智慧水庫數字孿生系統建立以水雨情監測、大壩安全監測、防洪調度、興利調度、應急響應以及綜合管理等核心業務為一體的綜合業務系統，為水庫工程安全管理提供業務支撐。

（2）、系統建立基于ESB、微服務、SOA、ETL的信息系統架構體系，為業務應用系統協同業務、系統與數據之間、數據與數據之間提供高效的數據中臺和業務中臺，為信息系統業務功能擴展提供有效的保障。

（3）、結合信息化系統建設情況，對多源異構數據資源進行匯聚、清洗、共享，通過數據算法，實現數據最大限度的應用，建立“一數、一源、一責”的制度體系，確保數據動態更新，為應用系統提供規范的、可用的數據資源。

（4）、通過建立二三維一體化的GIS 平臺，借助無人機航拍技術、實景地圖技術等新型展示方式，將數據監測、分析模型與GIS 進行關聯，形成地理信息數據庫，發布具備工程管理價值的業務系統。

（5）、借助于BIM 技術對重要的水工建筑物進行三維建模，將大壩安全監測與三維模型結合，分析評估建筑物安全狀態，預測建筑物變化趨勢，指導工程管理和運行維護。

（6）、數字化監護采用數字孿生技術，基于實測的遙感影像和勘察的水庫數據，構建的一、二維水動力模型，預測分析洪水演進與淹沒過程，并在三維場景中展示防御對象的詳細信息。

（7）、通過無人機、無人船采集數字高程模型（DEM）、正射影像圖（DOM）、傾斜攝影模型及水下地形等地理空間數據，構建數字孿生可視化模型，并結合水利專業預測預報模型，實現“預報、預警、預演、預案”能力。

（8）、多部門聯動匯集水利、氣象等部門的數據，整合共享數據資源，打通多個數據源系統，實現跨部門數據共享，并開啟多級預警模式，實時開展動態研判。

（9）、智能預案通過移動端事件處置APP和跨部門聯動機制，實時動態掌控水庫情況和應急處置情況，一鍵生成水庫監測報告。

七、應用案例

馬湖水庫數字孿生平臺