水庫、河道堤防、蓄滯洪區(qū)等55類1600多萬個水利對象信息聯(lián)動更新，動態(tài)匯聚業(yè)務(wù)管理數(shù)據(jù)26.2億條，專線獲取高分、資源、環(huán)境等系列23顆國產(chǎn)遙感衛(wèi)星影像資源……數(shù)字技術(shù)賦能水利建設(shè)和發(fā)展，大江大河、國家水網(wǎng)、水利工程全部納入管理，治水管水的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化水平不斷提升。
今年，水利部數(shù)字孿生平臺基本建成，七大江河數(shù)字孿生流域建設(shè)相繼實施，數(shù)字孿生水利框架體系基本形成，94項數(shù)字孿生流域建設(shè)先行先試任務(wù)進入收尾階段，數(shù)字孿生水利建設(shè)穩(wěn)健起步并取得階段性成效。
數(shù)字賦能，治水管水更智慧
什么是數(shù)字孿生水利？“通俗說，是指運用云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能、虛擬現(xiàn)實等新一代信息技術(shù)，采集全量數(shù)據(jù)，實現(xiàn)江河水庫、水網(wǎng)建設(shè)、工程調(diào)度等的可視化展示，并進行智能化模擬和前瞻性預(yù)演。”水利部信息中心主任蔡陽解釋。
——數(shù)字賦能，治水更智慧。
今年4月底，我國首個數(shù)字孿生流域建設(shè)重大項目——長江流域全覆蓋水監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)項目開工建設(shè)。建成后，監(jiān)測站網(wǎng)將覆蓋3791個斷面和上萬個規(guī)模以上取水口，視頻監(jiān)視體系能夠覆蓋160座控制性水利工程、96個重要防汛節(jié)點、28個重要采砂江段，助力持續(xù)推動長江大保護。
蔡陽介紹，自然水體投射到數(shù)字世界里，規(guī)劃、設(shè)計、調(diào)度方案，以及未來可能發(fā)生的情形都能超前推演，為開展防汛抗旱、水資源管理與調(diào)配等提供科學(xué)決策。
——智慧管理，用水更集約。
坐落在成都平原上的都江堰灌區(qū)渠系交織，保障取水用水。“過去，因測量精度不高、標(biāo)準(zhǔn)不一，灌區(qū)用水效率有待提升。”四川省都江堰水利發(fā)展中心科信處處長雷剛介紹，灌區(qū)因渠制宜，安裝先進計量設(shè)施，打造15款標(biāo)準(zhǔn)化量水秤。上百米寬的主干渠水位高、波浪大，安裝側(cè)掃雷達量水秤；幾米寬的支渠和斗渠，水量小，配置接觸式水位計量水秤。水量、水位等數(shù)據(jù)實時測量，用多少水，就放多少水，量水秤量出明白賬。
大中型灌區(qū)是保障糧食安全的重要基礎(chǔ)設(shè)施。物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、5G等現(xiàn)代信息技術(shù)覆蓋田間地頭，供、輸、配、灌、排更智能，農(nóng)業(yè)用水更有保障。水利部全面啟動48處數(shù)字孿生灌區(qū)建設(shè)。
數(shù)字孿生流域、數(shù)字孿生水網(wǎng)、數(shù)字孿生工程等建設(shè)不斷推進。廣東、浙江等第一批省級水網(wǎng)先導(dǎo)區(qū)，安徽、寧夏等第二批省級水網(wǎng)先導(dǎo)區(qū)以及南水北調(diào)工程啟動數(shù)字孿生水網(wǎng)建設(shè)；三峽、小浪底等11個重點數(shù)字孿生水利工程建設(shè)取得顯著成效。目前全國取用水在線監(jiān)測計量點增至5.9萬個，3.8萬多條（個）河湖管理范圍內(nèi)地物實現(xiàn)遙感圖斑在線解譯。
算據(jù)、算法、算力同步提升
推進數(shù)字孿生水利建設(shè)，離不開算據(jù)、算法和算力的支撐。
數(shù)字孿生水利，基礎(chǔ)在“數(shù)”。“水能產(chǎn)生巨量數(shù)據(jù)。”水利部信息中心副主任錢峰介紹，河流長度、水庫庫容等相對固定的指標(biāo)，形成了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。氣象衛(wèi)星和測雨雷達、雨量站、水文（水位）站等實時數(shù)據(jù)，形成了監(jiān)測數(shù)據(jù)。在流域防洪、水資源管理與調(diào)配等業(yè)務(wù)工作中生成的數(shù)據(jù)，形成了業(yè)務(wù)管理數(shù)據(jù)。下墊面高程、水下地形、BIM（建筑信息模型）等形成了地理空間數(shù)據(jù)。此外，經(jīng)濟社會、生態(tài)環(huán)境等其他領(lǐng)域也會產(chǎn)生與水利相關(guān)的大量數(shù)據(jù)。
數(shù)據(jù)龐雜豐富，如何收集？奔騰的黔江上，大藤峽水庫大壩高聳，8225支儀器深埋大壩中，實時感知溫度、濕度；約1700平方公里的壩區(qū)和155公里河道的建筑信息模型、水下地形等數(shù)據(jù)實現(xiàn)完整收集，與珠江流域共享水情、咸情信息。“我們成立數(shù)據(jù)中心，完成24個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集結(jié)，建立數(shù)據(jù)表1985張，接入548GB數(shù)據(jù)資源，構(gòu)建了18個部門專題可視化頁面及4個大屏頁面，為建設(shè)數(shù)字孿生大藤峽提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。”廣西大藤峽水利樞紐開發(fā)有限責(zé)任公司信息中心信息科副科長劉斌介紹。
全息感知，萬物皆“數(shù)”。水利部提出著力加強“天空地”一體化的感知系統(tǒng)建設(shè)，統(tǒng)籌完善水文、水資源、水利工程、水土保持等地面監(jiān)測站網(wǎng)的結(jié)構(gòu)、布局、密度，強化衛(wèi)星遙感解譯以及無人機、無人船圖像快速采集與自動識別等新型監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用等。
數(shù)字孿生水利，重點在“演”。今年主汛期，水利部信息中心構(gòu)建海河流域8處蓄滯洪區(qū)的二維水動力學(xué)洪水演進模型，利用遙感、無人機等監(jiān)測信息，動態(tài)識別水體范圍和行進速度等洪水演進信息，逐日推演洪水演進趨勢，有效支撐精準(zhǔn)化決策。
水利部門夯實算法支撐，深化流域水文、水力學(xué)、工程調(diào)度等模型的研發(fā)應(yīng)用。水利部數(shù)字孿生平臺投入運行以來，率先賦能流域防洪“預(yù)報、預(yù)警、預(yù)演、預(yù)案”。目前，全國降雨形勢展望期由20天延長至30天，主要江河關(guān)鍵期預(yù)報準(zhǔn)確率達90%以上，預(yù)警信息靶式覆蓋1.3萬多座水庫責(zé)任人。
數(shù)字孿生水利，關(guān)鍵在“算”。在南水北調(diào)東線工程，大型泵站接力提水，長江水攀爬65米北上。“大型泵站機電耦合，技術(shù)復(fù)雜，僅靠人工巡查隱患，難免會有疏漏。”南水北調(diào)東線江蘇水源有限責(zé)任公司科技信息分公司總經(jīng)理莫兆祥說，聲紋AI監(jiān)測模型讓巡檢從聽聲音變?yōu)?ldquo;算”聲音。模型具備高性能算力，能夠從聲音大數(shù)據(jù)庫中精準(zhǔn)捕捉異常，及時發(fā)出預(yù)警。精細管理，為大型泵站群持續(xù)健康運行增添保障。
看全國，算力突破催生技術(shù)之變。黃河物聯(lián)網(wǎng)“智能石頭”、浙江橫錦水庫大壩安全“體檢單”、國產(chǎn)重力衛(wèi)星高分辨率地下水儲量變化反演技術(shù)等一批創(chuàng)新應(yīng)用涌現(xiàn)。水庫調(diào)度、河冰動力學(xué)、潮汐上溯影響及咸情分析等35項水利專業(yè)模型集成應(yīng)用取得階段性進展。
數(shù)據(jù)共建共享，科技成果加快轉(zhuǎn)化
數(shù)字孿生水利建設(shè)，是一項技術(shù)密集、人才密集、資金密集的創(chuàng)新工程，實現(xiàn)高質(zhì)量推進任重道遠。
共建共享，讓數(shù)據(jù)流動起來。
1.7萬多座水庫、385座報汛水文監(jiān)測站、5萬多個取水口……各類數(shù)據(jù)源源不斷匯集，助力數(shù)字孿生珠江建設(shè)。“在上下游、干支流共同協(xié)作下，珠江流域（片）138條省界河流、近3000條集雨面積50平方公里以上的河流數(shù)據(jù)得到更新補充，完善了珠江流域數(shù)據(jù)底板。”珠江水利委員會珠江水利綜合技術(shù)中心信息室副主任何虹說。
七大流域全力推動數(shù)據(jù)共建共享?；春铀瘑T會獲取安徽省2000余座小型水庫雨水情監(jiān)測信息，集成了約300GB的山洪災(zāi)害、洪水風(fēng)險圖和水利普查數(shù)據(jù)。太湖流域管理局擴大省際、涉水部門信息共享，印發(fā)信息共享清單，新增53座水利工程調(diào)度及水量信息、40個河道斷面水質(zhì)信息。“水利部門加強數(shù)據(jù)資源跨地區(qū)、跨部門、跨層級的統(tǒng)籌管理，推動解決數(shù)據(jù)碎片化問題，為江河湖庫精準(zhǔn)畫像。”水利部信息中心副主任成建國介紹。水利部將建立全覆蓋的數(shù)字孿生資源共享平臺，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、處理等協(xié)調(diào)推進。
自主創(chuàng)新，加快科技成果轉(zhuǎn)化。
位于北京市房山區(qū)的南水北調(diào)中線惠南莊泵站，是“南水”入京重要節(jié)點。多部門聯(lián)合攻關(guān)、新技術(shù)先行先試，水下機器人、水質(zhì)應(yīng)急監(jiān)測車等設(shè)備應(yīng)用到工程管護中。“軟件、硬件同步提升，構(gòu)建了集工程安全監(jiān)測、防汛應(yīng)急、輸水調(diào)度、水質(zhì)安全保障為一體的數(shù)字化場景。”中國南水北調(diào)集團中線有限公司北京分公司分調(diào)度中心副處長耿興寧介紹。
水利部有關(guān)負責(zé)人表示，接下來將繼續(xù)聚焦人才、資金、技術(shù)等關(guān)鍵要素，強化資源整合和力量協(xié)同，引導(dǎo)在水利工程建設(shè)和運行管護預(yù)算中科學(xué)安排資金，推進自主知識產(chǎn)權(quán)的工程控制體系、專業(yè)模型、模擬仿真等關(guān)鍵技術(shù)問題研究，持續(xù)優(yōu)化人才培養(yǎng)引進，大力推進數(shù)字孿生水利建設(shè)，為全面提升國家水安全保障能力提供更有力支撐。
