四信数字孪生可视化平台，赋能智慧水利创新发展

背景概述

 

　　以数字化、网络化、智能化为主线，以数字化场景、智慧化模拟、精准化决策为路径，以构建数字孪生流域为核心，全面推进算据、算法、算力建设，加快构建具有预报、预警、预演、预案功能的智慧水利体系。

　　——《关于大力推进智慧水利建设的指导意见》

 

方案介绍

 

　　数字孪生可视化平台基于一维、二维水动力模型，叠加三维可视化实时渲染，应用于水雨情监测、库区及小流域来水预报、水库闸坝调度、河道洪水推演、淹没分析等，依托平台提供的水安全要素趋势预测、水利灾害风险分析、水利调度方案模拟及推优，满足“预报精准化、预警超前化、预演数字化、预案科学化”的智能水利业务应用需求

　　平台提供高精度数据底板、支持并行运算的专业模型分析能力、结合虚幻引擎实现的三维可视化实时渲染能力，实现水利工程全生命周期的跟踪管理，真正做到科学化、智能化、可视化的灾害预测、水情监管和水情管理辅助决策，为政府部门日常业务化应用和灾害应急应用的实现提供核心业务支撑。

 

系统架构

 

　　数字孪生可视化平台总体架构设计严格遵循水利部智慧水利顶层设计及数字孪生水利工程建设总体框架，结合流域或库区数字孪生工程发展现状和实际需求，形成数字孪生工程建设框架。主要包括物理实体、水利基础设施、数字孪生平台、业务应用、标准规范体系和安全保障体系。

平台功能　　

 

数字孪生流域一张图：以一张图的形式进行全景展示，实现全过程的模拟仿真集成雨水情、水质、气象等多维数据，实现数据的“一屏统览”。

　　

洪水灾害要素预报：通过水利专业模型、智能模型、可视化模型等，实现对流域洪水的精细化模拟和快速实时预报，支持短期、中期、长期多种预报模式，大大延长洪水预报的预见期，为后续防洪超前仿真推演、评估优化、指挥调度提供充足时间。

　　

洪水灾害风险预警：支持实时数据预警和预报数据预警多模式预警服务，实时监测水利设施运行情况，对水位、流量等关键指标进行实时监测和分析，指标超阈值后自动生成预警报告，并按照预警等级推送给相关责任人。

　　

洪水灾害仿真预演：基于河道一维、二维水动力模型，实现洪水动态过程的预演，针对历史典型洪水、实时洪水、指定洪水、设计洪水进行实景化预演，直观展现洪水水流特性、淹没水深、淹没历时、影响人口以及可能造成的经济损失时空分布情况，确定水利工程调度最优方案 。

　　

洪水灾害应急预案：依据预演确定的方案，综合考量水利工程最新情况，社会情况、经济情况、人员物资情况，科学研判分析会商决策，确定相应救援预案措施，提升水灾防御能力，减少洪涝灾害造成的损失。

产品优势　　

 

基于多技术融合与多源数据汇聚技术实现小流域来水预报、水库闸坝调度、河道洪水推演、淹没分析等业务场景的闭环流程，实现数字孪生“四预”全流程一体化预演技术，为数字流域、库区与智慧防洪体系建设提供技术支撑；

　　

基于自研的二维水动力模型是一款高效用于模拟地表水非结构化网格有限元模型，可对任意地形和边界区域进行水动力模拟，支持恒定流和非恒定流处理，提供多种边界类型设置及图表查看方式，支持冷热启动模式，模型使用灵活实用；

　　

可根据实时及未来水雨情、工情、险情等监测数据对水工程按照调度预案进行调度模拟，可根据调度的不同效果和风险对调度预案进行优化，将最适合的调度方案推送给流域调度管理决策者。

 

应用场景

 

库区、流域GIS一张图

　　支持构建数字孪生流域一张图，整合水利多领域数据资源，对江河湖泊流域、水库、电站、重要设备等管理要素的分布、范围、类型、状态等信息进行综合监测。

　　

水利枢纽，重点设备设施运行精细管控

　　支持基于数字孪生技术，对水利枢纽工程、水文站等要素对象进行真实复现，运行状态实时掌握；并可综合库区天气、水雨情数据等信息，结合专业模型算法和设备调度预案，对闸门、泵站等设备远程操控，辅助用户进行水库防洪“四预”精准决策和研判。

　　

洪水预报

　　使用水文预报模型结合气象格点数据，实现坡面产汇流、河道汇流、库区来水量的水文水力计算，根据输出的各类水文要素指标可应用于库区、河道等水利工程洪水模拟预报。

　　

溃坝模拟与洪水推演

　　使用水动力模型，建立大坝上下游的物理环境模型，模拟洪水在弯道和障碍物作用下导致的扩散情况，展示洪水淹没地区的范围和洪水到达时间。

　　

防洪减灾与风险预测

　　使用水动力模型评估N年一遇洪水发生时，水工建筑物某处存在不同程度破缺的情况下，洪水的淹没范围、洪水的水位等信息，为进一步设计该河段的防冲措施和堤防治理提供科学依据。

　　

水库蓄水调度与水量调配

　　支持集成各水库监测管理系统数据，支持构建调度预演预案，平衡蓄水和泄洪需求，对水库调蓄能力不足、水位超限等异常态势进行可视化预警告警，提升水库运行监管力度，为防洪、兴利等工作提供决策支持。