数字孪生，让治水更“智慧”——“数字孪生与国家水网智能化发展”分论坛侧记

　　本网讯（王璐）治水安邦、兴水利民，一直是国家治理的重要课题。智慧水利贯穿于防洪减灾、水资源配置、水生态保护与水管理服务等体系，是实现水利高质量发展的关键。

　　当云计算、大数据、人工智能等技术融入传统行业，水利工程增添了哪些新功能新特点？数字孪生思路为何，应用前景怎样？

　　近日，在第二届国家水网及南水北调高质量发展论坛的“数字孪生与国家水网智能化发展”分论坛上，一系列关于技术趋势和工程应用的行业问题被深度讨论。

　　

智慧治水，是场“持久战”

　　推进中国式现代化，要把水资源问题考虑进去。水资源时空分布不均、水旱灾害频发，是我国的基本水情；发展产业、工业化、现代农业和城镇化对水需求很大。二者叠加，让水安全愈发重要。水问题也对智慧水利提出新课题。

　　“问题清单”亦是“变革清单”，水利工程如何更好满足时代之需?

　　“水利工程不仅要考虑自身建设，还要时刻关注与之相交互的自然环境所受到的影响。”中国科学院院士、水文水资源专家刘昌明回顾了中国水网40多年的建设历程，提到水利工程影响广泛，要从更大的时空范围去审视。

　　水利工程的安全性和稳定性与隧道及地下工程的稳定性密切相关。“数字化智能化技术在水利工程的应用前景日益广阔。”中国工程院院士、山东大学校长李术才在题为《隧道与地下工程灾害防控和施工智能决策研究进展》的主旨报告中，就隧道工程灾害防控、施工智能决策等问题，提出了见解。

　　近几年，数字孪生技术成为治水“热词”。2023年5月，中共中央、国务院印发《国家水网建设规划纲要》，以自然地理、干支流水系、水利工程、经济社会信息为主要内容，推动数字孪生水网建设。

　　从数字孪生三峡到数字孪生小浪底工程，从长江流域全覆盖水监控系统到水利部数字孪生统一平台，截至目前，我国七大江河数字孪生流域建设相继实施，并与流域内省级数字孪生平台实现对接，汇集形成千万亿字节（PB）级L1数据底板，94项数字孪生流域建设先行先试任务进入收尾阶段。

　　水利部信息中心副主任成建国认为，应对自然挑战，“预”字是关键。而数字孪生作为智慧水利建设的核心和关键，其本质则是通过采集江河湖泊、水利工程等全量数据，通过数字镜像对工程调度进行预演、对各种方案进行推演，再选择最高效、安全精准的方案，最终在现实中实施。

　　

数字孪生，“推演”出实效

　　今年年初，水利部公布2023年“数字孪生水利建设十大样板”名单。数字技术赋能一座座大国重器，成为水利新质生产力发展的新“名片”。

　　在湖北宜昌，数字孪生三峡从先行先试的“试验场”走向了“应用场”。在2024年长江1号洪水防御中，数字孪生三峡防洪形势分析模块通过推演，跟踪分析了长江中下游超警堤防情况和“洲滩民垸”运用风险情况，为各地组织巡堤查险、人员转移提供了及时“叫应”提醒服务。

　　三峡集团承担数字孪生三峡建设先行先试任务以来，有序开展了数据底板搭建、模型科技攻关、重点业务应用建设等各项工作，数字孪生三峡已经初步实现预报、预警、预演、预案的“四预”功能。

　　而在南水北调工程中，数字孪生南水北调中线1.0实现了冰情预测预报模型和冰期输水业务应用，可以科学预测预报未来3天、5天、7天、10天、15天各渠段位置的水温、冰情，通过优化调度方案大幅提升中线工程冬季输水能力，助力中线工程2023至2024年度向沿线供水16.9亿立方米。

　　截至目前，以三峡、南水北调、小浪底、大藤峡等为代表的一大批数字孪生工程已初步建成并投入运用，数字孪生灌区、数字孪生调水工程、数字孪生农村供水工程等试点逐渐铺开。

　　中国是世界上水情最复杂、江河治理难度最大、治水任务最繁重的国家之一。建设数字孪生流域，可以将数据监测单位从单个水利工程拓展至大型水利工程群、从单个河段拓展至整个流域，将预测的时程单位从时、日拓展至周、月、季度等，有助于提升水资源管理效率和科学化水平，从严从细管好水资源，让有限的水资源效益最大化。

　　“以数字赋能新时代治水管水，是国家水网建设全面贯彻新发展理念，在数字化发展浪潮中把握新机遇、应对新挑战、塑造新优势的必然选择。”分论坛上，水利部南水北调司副司长王勇表示。

　　

人工智能，“数”“算”两手抓

　　“ AI技术正在深刻改变我们的工作和生活方式，大数据人工智能也在加速影响水网建设，水网数字化智能化发展已成大势所趋。”分论坛主持人、中国南水北调集团水网智慧科技有限公司董事长刘琴表示。

　　数字孪生水利，重点在云计算。物理模型千变万化，如何选择？

　　分论坛上，美国国家人工智能科学院院士、中国科学院自动化研究所研究员王军平从机器学习、生成式人工智能、多模态大模型等方面介绍了人工智能技术发展脉络与前沿技术最新进展，阐述水网全流域水利工程数字孪生体系构建路径等创新应用成果。

　　“人工智能模型非常重要。水利工程数字孪生体系构建中，物联网、北斗网络等作为‘神经’可以了解工程实时状态，而各类模型作为‘大脑’可以进行智慧化模拟。‘大脑’与‘神经’充分联系起来，我们就能把水利工程变为生命体，解决人与物之间真正交互的问题。”王军平说。

　　数字孪生水利，难点是数据。数据庞杂丰富，如何收集？

　　以数字孪生三峡为例，三峡工程自建设以来累计部署了12000余个安全测点，接入了1200多个重要测点进行监控。不过，这些监测点的历史数据和实时数据，只是数字孪生三峡基础的一部分。

　　“三峡集团建设运行三峡工程以来，开展了大量运行管理工作，建成了大量感知监测设施。”三峡集团数字化管理中心工程师胡腾腾介绍，“这些数据是数字孪生三峡的重要基础，也是其升级迭代的珍贵养料。数字孪生三峡就是通过分析和计算这些数据，从而发现规律，并用相应的规律预测三峡工程运行的趋势，为三峡工程长期安全稳定运行以及综合效益更好发挥提供保障。”

　　数字孪生技术依赖于大量的实时数据流，而这些数据涉及到基础设施的各个方面。对此，成建国认为，数据与国家安全紧密相关,需要统筹考虑数据加密、权限管理、数据最小化等原则，才能安全实现数字孪生系统“追溯过去、感知现在、预测未来”的目标。

　　编辑：杨思恒 李雷 卢西奥

发布日期：2025年01月07日