劉國(guó)慶 范子武 楊 光 黎東洲 賈本有 烏景秀

（1.南京水利科學(xué)研究院，南京 210029；2.水利部太湖流域水治理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京 210029）

0 引 言

物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、數(shù)字孿生等技術(shù)的革新為水利行業(yè)智慧化發(fā)展提供了重要支撐與核心動(dòng)能[1-2]。2023年2 月發(fā)布的《數(shù)字中國(guó)建設(shè)整體布局規(guī)劃》中明確指出構(gòu)建以數(shù)字孿生流域?yàn)楹诵牡闹腔鬯w系，賦能數(shù)字中國(guó)創(chuàng)新發(fā)展。2023 年5 月發(fā)布的《國(guó)家水網(wǎng)建設(shè)規(guī)劃綱要》要求加強(qiáng)水網(wǎng)數(shù)字化建設(shè)，以自然地理、干支流水系、水利工程、經(jīng)濟(jì)社會(huì)信息為主要內(nèi)容，建設(shè)數(shù)字孿生水網(wǎng)。自2021 年年底以來(lái)，為推動(dòng)全國(guó)智慧水利與數(shù)字孿生水利建設(shè)，水利部相繼印發(fā)了《水利業(yè)務(wù)“四預(yù)”基本技術(shù)要求（試行）》《數(shù)字孿生流域建設(shè)技術(shù)大綱（試行）》《數(shù)字孿生水網(wǎng)建設(shè)技術(shù)導(dǎo)則（試行）》等一系列規(guī)范性文件，明確了建設(shè)內(nèi)容，細(xì)化了技術(shù)要求，回答了誰(shuí)來(lái)建、怎么建、如何用等現(xiàn)實(shí)問(wèn)題[3]。

根據(jù)《水利部關(guān)于開(kāi)展數(shù)字孿生流域建設(shè)先行先試工作的通知》，各流域管理機(jī)構(gòu)、各地區(qū)水利部門、各直屬單位、各行業(yè)相關(guān)單位積極組織并開(kāi)展數(shù)字孿生流域試點(diǎn)工作，目前已經(jīng)取得了較為顯著的成效。國(guó)內(nèi)外諸多學(xué)者與專家就數(shù)字孿生流域建設(shè)中的關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問(wèn)題開(kāi)展了廣泛的交流與討論，包括實(shí)景三維可視化[4]、水利專業(yè)模型構(gòu)建與服務(wù)[5-6]、知識(shí)圖譜和“四預(yù)”應(yīng)用[7-8]、數(shù)據(jù)安全保障[9]、網(wǎng)絡(luò)安全保障等多個(gè)方面和多個(gè)領(lǐng)域，也有學(xué)者針對(duì)數(shù)字孿生水網(wǎng)建設(shè)存在的誤區(qū)、實(shí)現(xiàn)路徑進(jìn)行了分析[10-11]。然而，數(shù)字孿生水網(wǎng)建設(shè)仍處于起步階段，尚未形成統(tǒng)一的理論框架、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、實(shí)現(xiàn)路徑等體系。

本文結(jié)合江蘇省河湖水系特點(diǎn)與水利管理工作實(shí)際，提出了江蘇省數(shù)字孿生水網(wǎng)建設(shè)的總體設(shè)想，并以水利部數(shù)字孿生流域建設(shè)先行先試項(xiàng)目“數(shù)字孿生江蘇省太湖地區(qū)典型水網(wǎng)工程”為例，闡明江蘇省太湖地區(qū)數(shù)字孿生水網(wǎng)建設(shè)的實(shí)施路徑與相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，為數(shù)字孿生工程、數(shù)字孿生水網(wǎng)、數(shù)字孿生流域建設(shè)提供借鑒與參考。

1 區(qū)域概況

江蘇省地處長(zhǎng)江、淮河流域下游，地勢(shì)平坦、湖泊眾多、河網(wǎng)密布，境內(nèi)分布太湖、長(zhǎng)江、淮河和沂沭泗四大水系。其中太湖水系在江蘇省境內(nèi)面積1.96萬(wàn)km2，分為太湖湖西、武澄錫虞、陽(yáng)澄淀泖、浦南等片區(qū)；長(zhǎng)江水系在江蘇省境內(nèi)面積1.91 萬(wàn)km2（除太湖水系外），分為石臼湖固城湖、秦淮河、滁河和蘇北沿江等區(qū)域性水系；淮河水系在江蘇省境內(nèi)面積3.86萬(wàn)km2，分為洪澤湖周邊及以上、白馬湖高寶湖、渠北、里下河等區(qū)域性水系；沂沭泗水系在江蘇省境內(nèi)面積2.54萬(wàn)km2，分為沂河、沭河、中運(yùn)河等干河水系。在省級(jí)河網(wǎng)建設(shè)方面，江蘇省內(nèi)流域面積50 km2及以上的河道近1 500條（其中跨省117條），總長(zhǎng)度4.1萬(wàn)km；流域面積50 km2以下的河道超10 000 條，長(zhǎng)度近5 萬(wàn)km；全省湖泊面積約6 300 km2，占全省面積的6%。在水利工程方面，全省共有水庫(kù)901 座，其中大型水庫(kù)6 座，中型水庫(kù)43 座，小型水庫(kù)852 座；泵站超8 萬(wàn)座，過(guò)流能力1.0 m3/s以上的水閘超過(guò)3.3 萬(wàn)座。在水利管理業(yè)務(wù)方面，由于江蘇省上游有長(zhǎng)江、淮河流域近200 萬(wàn)km2的洪水過(guò)境入海，而內(nèi)部地勢(shì)低平，洪水澇水問(wèn)題交織，因此具有洪澇防御壓力大、本地水資源不足、水環(huán)境安全保障任務(wù)重的特點(diǎn)；受降水時(shí)空分布不均和河網(wǎng)調(diào)蓄能力不足的綜合影響，本地水資源可利用量相對(duì)不足，對(duì)長(zhǎng)江、淮河等過(guò)境水的依賴程度大；受地勢(shì)低平和污染負(fù)荷重的綜合影響，河網(wǎng)地區(qū)水體流動(dòng)性較差、水體交換周期長(zhǎng)，河湖自凈能力較弱，水環(huán)境安全保障形勢(shì)復(fù)雜。

2 數(shù)字孿生水網(wǎng)建設(shè)總體構(gòu)想

2.1 建設(shè)框架

結(jié)合水利部關(guān)于數(shù)字孿生流域與數(shù)字孿生水網(wǎng)建設(shè)相關(guān)要求，綜合考慮江蘇省河網(wǎng)水系特征與水利管理工作實(shí)際，以加強(qiáng)“算據(jù)”“算法”“算力”建設(shè)與提升智慧化決策能力為目標(biāo)，提出江蘇省數(shù)字孿生水網(wǎng)建設(shè)總體架構(gòu)（圖1）。其中信息基礎(chǔ)設(shè)施以水利感知網(wǎng)、水利信息網(wǎng)、水利云資源3 方面為主；數(shù)據(jù)底板通過(guò)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)管理數(shù)據(jù)、跨行業(yè)共享數(shù)據(jù)及地理空間數(shù)據(jù)的融合、治理、挖掘與服務(wù)，實(shí)現(xiàn)物理水網(wǎng)及所在區(qū)域自然地理、社會(huì)經(jīng)濟(jì)、水利管理活動(dòng)的信息全要素?cái)?shù)字映射；模型平臺(tái)集成專業(yè)模型、智能模型、可視化模型等，統(tǒng)一提供定制組裝、定向開(kāi)發(fā)、標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)的核心組件；知識(shí)平臺(tái)集成知識(shí)庫(kù)、知識(shí)模型和知識(shí)引擎等，統(tǒng)一提供各類知識(shí)服務(wù)的核心組件；水利智能中樞是水網(wǎng)數(shù)據(jù)底板、模型平臺(tái)、知識(shí)平臺(tái)等數(shù)字資產(chǎn)的匯聚、治理、服務(wù)和管理的共建共享平臺(tái)，支持?jǐn)?shù)字孿生平臺(tái)全面建設(shè)，提升業(yè)務(wù)應(yīng)用的高效復(fù)用能力。

圖1 江蘇省數(shù)字孿生水網(wǎng)建設(shè)總體架構(gòu)

2.2 總體要求

技術(shù)選型方面，江蘇省數(shù)字孿生水網(wǎng)優(yōu)先使用國(guó)產(chǎn)技術(shù)與軟硬件產(chǎn)品，包括前端感知設(shè)備、服務(wù)器設(shè)備、數(shù)據(jù)庫(kù)、系統(tǒng)開(kāi)發(fā)框架等。數(shù)字孿生平臺(tái)建設(shè)方面，針對(duì)《江蘇省骨干河道名錄》和《江蘇省湖泊保護(hù)名錄》中的河道、湖泊數(shù)據(jù)底板建設(shè)的精度，參照水利部數(shù)字孿生流域數(shù)據(jù)底板地理空間數(shù)據(jù)規(guī)范，流域性骨干河道底板建設(shè)精度宜達(dá)到L3 級(jí)標(biāo)準(zhǔn)；省管湖泊、區(qū)域骨干河道、跨縣重要河道、縣域重要河道宜達(dá)到L2 級(jí)及以上標(biāo)準(zhǔn)；其他河道和湖泊宜達(dá)到L1 級(jí)及以上標(biāo)準(zhǔn)；水利工程精度達(dá)到LOD200 及以上。更新共享方面，數(shù)據(jù)底板、專業(yè)模型、知識(shí)庫(kù)將建立動(dòng)態(tài)更新機(jī)制，相關(guān)建設(shè)成果經(jīng)水利智能中樞，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)一集成并提供資源共享。

2.3 信息基礎(chǔ)設(shè)施

信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)分為水利感知網(wǎng)、水利信息網(wǎng)、水利云資源。其中水利感知網(wǎng)的建設(shè)以支撐水利“2+N”業(yè)務(wù)需求為目標(biāo)，明確信息采集范圍與監(jiān)測(cè)對(duì)象，制定感知站網(wǎng)布設(shè)原則，并在完善傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)手段的基礎(chǔ)上，強(qiáng)化衛(wèi)星遙感、航空遙感、無(wú)人機(jī)（船）、機(jī)器人和視頻識(shí)別等“空—天—地”新型監(jiān)測(cè)手段應(yīng)用，以滿足水利業(yè)務(wù)對(duì)數(shù)據(jù)和信息在空間尺度、時(shí)間頻次、精度等方面的需求。水利信息網(wǎng)將基于現(xiàn)有水利工控網(wǎng)、水利業(yè)務(wù)網(wǎng)和電子政務(wù)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)體系進(jìn)行補(bǔ)充建設(shè)；水利云資源將采取集中式和分布式相結(jié)合的方式建設(shè)，且充分考慮多用戶并發(fā)的高性能渲染資源配置需求。

2.4 數(shù)據(jù)底板

（1）數(shù)據(jù)資源與獲取。數(shù)據(jù)資源主要包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)管理數(shù)據(jù)、跨行業(yè)共享數(shù)據(jù)與地理空間數(shù)據(jù)?；A(chǔ)數(shù)據(jù)包括江、河、湖等河網(wǎng)水系及水域空間，水庫(kù)、閘、泵、堰、涵洞、堤防、圩區(qū)、蓄滯洪區(qū)等水利工程，供水、排水等管網(wǎng)工程，雨情、水情、工情、水質(zhì)、水資源、水生態(tài)、視頻監(jiān)控等水利監(jiān)測(cè)站網(wǎng)布局?jǐn)?shù)據(jù)，依據(jù)水利普查、水旱災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)普查成果或通過(guò)調(diào)查與測(cè)量方式獲??；監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)包括雨情、水情、工情、水質(zhì)、取用水、泥沙、地下水、墑情、河勢(shì)、積淹、災(zāi)情、水利工程安全監(jiān)測(cè)、視頻、輿情等感知數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)接縱向水利部門水雨情、水質(zhì)、工情、水資源等數(shù)據(jù)庫(kù)及視頻平臺(tái)獲取，共享橫向相關(guān)部門數(shù)據(jù)，并進(jìn)行必要的補(bǔ)充建設(shè)；業(yè)務(wù)管理數(shù)據(jù)主要由“2+N”水利治理管理活動(dòng)產(chǎn)生，通過(guò)整理對(duì)接行業(yè)日常管理過(guò)程中和業(yè)務(wù)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)獲取；跨行業(yè)共享數(shù)據(jù)包括公安、自然資源、生態(tài)環(huán)境、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)、交通運(yùn)輸、農(nóng)業(yè)農(nóng)村、氣象、大數(shù)據(jù)管理和統(tǒng)計(jì)等部門數(shù)據(jù)，通過(guò)政務(wù)外網(wǎng)共享獲??；地理空間數(shù)據(jù)包括數(shù)字正射影像圖、數(shù)字高程模型、數(shù)字線劃圖、數(shù)字表面模型、傾斜攝影影像、激光點(diǎn)云、水下地形、城市信息模型、水利構(gòu)筑物建筑信息模型等數(shù)據(jù)，通過(guò)高分遙感影像解譯、無(wú)人機(jī)傾斜攝影、工程設(shè)計(jì)文件提取等方式獲取。

（2）數(shù)據(jù)模型與數(shù)據(jù)引擎。數(shù)據(jù)模型包括水利數(shù)據(jù)模型和水利網(wǎng)格模型兩個(gè)方面。水利數(shù)據(jù)模型是指通過(guò)數(shù)據(jù)挖掘、關(guān)聯(lián)分析、聚類分析等技術(shù)，構(gòu)建的空間特征、業(yè)務(wù)特征和關(guān)系特征一體化組織的數(shù)據(jù)模型；水利網(wǎng)格模型是指根據(jù)行政區(qū)劃、自然流域、排水分區(qū)、水資源分區(qū)、集水單元、圩區(qū)單元、河段和數(shù)值計(jì)算等需求構(gòu)建的數(shù)據(jù)網(wǎng)格化管理模型。數(shù)據(jù)引擎用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的融合、治理、挖掘及服務(wù)。數(shù)據(jù)融合可對(duì)多源異構(gòu)涉水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行清洗、格式與類型轉(zhuǎn)換、歸一化、簡(jiǎn)化等規(guī)范化處理；數(shù)據(jù)治理綜合考慮各類模型、數(shù)據(jù)底板構(gòu)建和信息展示的數(shù)據(jù)需求，采用數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化、元數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)標(biāo)簽等方式對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)、質(zhì)檢、關(guān)聯(lián)、標(biāo)識(shí)等工作，最終支持“2+N”業(yè)務(wù)應(yīng)用場(chǎng)景；數(shù)據(jù)挖掘運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)、機(jī)器學(xué)習(xí)、模式識(shí)別等方法從數(shù)據(jù)資源中發(fā)現(xiàn)物理水網(wǎng)全要素之間存在的關(guān)系、水利治理管理全過(guò)程的規(guī)律，并通過(guò)圖形、圖像、地圖、動(dòng)畫(huà)等方式展現(xiàn)；數(shù)據(jù)服務(wù)提供水利知識(shí)庫(kù)全文檢索、全域檢索功能與基礎(chǔ)屬性信息類、統(tǒng)計(jì)分析類、水文信息類、模型結(jié)果類、業(yè)務(wù)信息類等數(shù)據(jù)服務(wù)功能。

2.5 模型平臺(tái)

江蘇省數(shù)字孿生水網(wǎng)的模型平臺(tái)按照“組件化、標(biāo)準(zhǔn)化、通用化”思路和共享共用的原則構(gòu)建，包括專業(yè)模型、智能模型、可視化模型3類。

（1）專業(yè)模型。專業(yè)模型包括機(jī)理模型、大數(shù)據(jù)模型和優(yōu)化決策模型。專業(yè)模型的構(gòu)建應(yīng)充分整合利用已有模型的相關(guān)研究成果。模型尺度根據(jù)業(yè)務(wù)需求確定，應(yīng)從流域、區(qū)域、城市、圩區(qū)、湖泊、水庫(kù)等尺度構(gòu)建模型，確保模型邊界封閉。專業(yè)模型可基于自研代碼或第三方的水利專業(yè)模型構(gòu)建，支持在線率定驗(yàn)證，計(jì)算效率應(yīng)滿足實(shí)時(shí)輔助決策的需求。其中，機(jī)理模型包括水文模型、水資源模型、水質(zhì)模型、水生態(tài)模型、泥沙動(dòng)力學(xué)模型、水土保持模型、水利工程安全模型等，并具有水旱災(zāi)害預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、水資源優(yōu)化調(diào)度、水環(huán)境預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、水利工程調(diào)度等模擬功能等。大數(shù)據(jù)模型利用專業(yè)模型產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，補(bǔ)充相似或歷史不足的數(shù)據(jù)，基于大數(shù)據(jù)智能分析技術(shù)，加強(qiáng)機(jī)理模型與人工智能模型的技術(shù)融合，對(duì)水文、水動(dòng)力、水質(zhì)等過(guò)程進(jìn)行模擬與預(yù)測(cè)。優(yōu)化決策模型采用智能算法搜索調(diào)度目標(biāo)最優(yōu)解，實(shí)現(xiàn)水利工程多目標(biāo)優(yōu)化調(diào)度與智能決策。

（2）智能模型。采用人工智能理念和云邊協(xié)同模式，通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)框架從遙感、視頻、語(yǔ)音等數(shù)據(jù)中提取水利對(duì)象特征、模擬關(guān)鍵行為和狀態(tài)，輔助精準(zhǔn)研判與決策。其中，遙感解譯采用機(jī)器學(xué)習(xí)算法訓(xùn)練圖像語(yǔ)義分割與提取模型，實(shí)現(xiàn)遙感圖像中地表水體、岸線、土地利用等特征的提取和自動(dòng)識(shí)別；視頻識(shí)別基于深度學(xué)習(xí)等技術(shù)構(gòu)建對(duì)象識(shí)別、行為識(shí)別、狀態(tài)識(shí)別等模型，實(shí)現(xiàn)岸線突變、水尺讀數(shù)、閘門啟閉狀態(tài)、周界入侵、漂浮物、垃圾堆放、水體顏色等結(jié)構(gòu)化信息提取和自動(dòng)識(shí)別；語(yǔ)音交互基于自然語(yǔ)言理解等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)信息查詢、情景分析、決策建議等多種應(yīng)用場(chǎng)景中人機(jī)智能交互功能。

（3）可視化模型。構(gòu)建對(duì)象包括自然背景、流場(chǎng)動(dòng)態(tài)、水利工程與機(jī)電設(shè)備，模型能夠集成GIS（Geographic Information System）、手工建模、BIM（Building Information Modeling）、傾斜攝影、激光點(diǎn)云等數(shù)據(jù)的常見(jiàn)格式，渲染效率能夠滿足實(shí)時(shí)展示的需求，同時(shí)能夠通過(guò)接口實(shí)現(xiàn)標(biāo)繪業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，觸發(fā)水體運(yùn)動(dòng)等特征、工程運(yùn)行等場(chǎng)景的交互與控制等功能。

2.6 知識(shí)平臺(tái)

在知識(shí)平臺(tái)中構(gòu)建水利知識(shí)庫(kù)、水利知識(shí)模型與水利知識(shí)引擎。其中水利知識(shí)庫(kù)包含水利對(duì)象關(guān)聯(lián)、方案預(yù)案、歷史場(chǎng)景、業(yè)務(wù)規(guī)則等方面內(nèi)容；水利知識(shí)模型則是面向水旱災(zāi)害防御和水資源管理與調(diào)配等業(yè)務(wù)主題，構(gòu)建實(shí)體關(guān)系、水利概念、專家經(jīng)驗(yàn)、規(guī)則預(yù)案、歷史場(chǎng)景、模型方案等知識(shí)模型，確定水利對(duì)象集，通過(guò)業(yè)務(wù)屬性挖掘出對(duì)象之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系；水利知識(shí)引擎具有知識(shí)抽取、知識(shí)融合、知識(shí)推理、知識(shí)更新及知識(shí)應(yīng)用等功能。

2.7 水利智能中樞

構(gòu)建統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一架構(gòu)、分級(jí)管理、互聯(lián)互通的一體化水利智能中樞，實(shí)現(xiàn)江蘇省數(shù)字孿生水網(wǎng)建設(shè)成果的部署與運(yùn)行。利用江蘇省水利智能中樞，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)底板、模型平臺(tái)和知識(shí)平臺(tái)的各類服務(wù)橫向跨部門，縱向跨省、市、縣的共建共享。水利智能中樞可部署于水利工控網(wǎng)和水利業(yè)務(wù)網(wǎng)，也可以分節(jié)點(diǎn)部署，各級(jí)應(yīng)用節(jié)點(diǎn)可申請(qǐng)相應(yīng)權(quán)限和使用資源。數(shù)據(jù)底板數(shù)據(jù)自下而上向省級(jí)水利智能中樞匯聚數(shù)據(jù)，自上而下向各地（市）、縣（市、區(qū)）共享全省L1級(jí)數(shù)據(jù)底板及相關(guān)數(shù)據(jù)服務(wù)。水利智能中樞模型平臺(tái)可提供通用模型和結(jié)果服務(wù)，通用模型包括水文模型、水動(dòng)力模型、水資源調(diào)配模型、河湖健康評(píng)價(jià)模型等；模型結(jié)果服務(wù)可按流域、區(qū)域、城市、圩區(qū)等單元的關(guān)注站點(diǎn)進(jìn)行定制，相關(guān)建設(shè)單位建立特定區(qū)域、特定功能模型后應(yīng)通過(guò)水利智能中樞實(shí)現(xiàn)共享。

2.8 業(yè)務(wù)應(yīng)用場(chǎng)景

結(jié)合江蘇省水利管理工作實(shí)際，按照“2+8”的方式設(shè)定主要業(yè)務(wù)類型，其中“2”是指水旱災(zāi)害防御、水資源調(diào)配，“8”包括河湖管理、農(nóng)村水利與水土保持、水利工程建設(shè)、水利工程運(yùn)行、水行政執(zhí)法、水資源與節(jié)水管理、水文系統(tǒng)管理、政務(wù)管理與服務(wù)。具體水利業(yè)務(wù)應(yīng)用場(chǎng)景如圖2所示。

圖2 水利業(yè)務(wù)應(yīng)用場(chǎng)景

3 數(shù)字孿生水網(wǎng)工程先試經(jīng)驗(yàn)

按照水利部數(shù)字孿生流域建設(shè)先行先試要求，遵循江蘇省數(shù)字孿生水網(wǎng)建設(shè)總體設(shè)想，江蘇省實(shí)施了“數(shù)字孿生江蘇省太湖地區(qū)典型水網(wǎng)工程”項(xiàng)目。該項(xiàng)目針對(duì)江蘇省太湖地區(qū)河湖水系發(fā)達(dá)、水利工程眾多、調(diào)度復(fù)雜，以及流域—區(qū)域—城市—圩區(qū)不同層級(jí)、不同業(yè)務(wù)部門的需求存在差異性大的具體問(wèn)題，選定了10個(gè)各具特色的對(duì)象開(kāi)展先行先試工作，覆蓋城區(qū)、圩區(qū)、河道、湖泊、水庫(kù)等對(duì)象。在空間上涵蓋了太湖流域地區(qū)的山丘區(qū)、平原河網(wǎng)區(qū)及沿江地區(qū)。多業(yè)務(wù)應(yīng)用場(chǎng)景涉及多尺度洪澇預(yù)報(bào)調(diào)度、水庫(kù)防洪四預(yù)調(diào)度、引江濟(jì)太水資源調(diào)配、城市水環(huán)境聯(lián)控聯(lián)調(diào)、河湖藍(lán)藻精準(zhǔn)防控、河湖生態(tài)復(fù)蘇智能監(jiān)管、城區(qū)智慧供排水、水文化價(jià)值提升等。該項(xiàng)目取得的階段性成果與先行先試經(jīng)驗(yàn)主要包括以下幾個(gè)方面。

（1）測(cè)試了水利智能中樞的可行性。在先行先試實(shí)踐中構(gòu)建了水利智能中樞實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的互通與共享，作為紐帶打通了數(shù)據(jù)底板、模型平臺(tái)和知識(shí)平臺(tái)的數(shù)據(jù)，成為具有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)與架構(gòu)、分級(jí)管理、互聯(lián)互通的一體化共建共享平臺(tái)，同時(shí)具備水利數(shù)據(jù)、模型和知識(shí)資源的統(tǒng)一管理和統(tǒng)籌調(diào)度能力，能夠支撐本項(xiàng)目數(shù)據(jù)資源跨部門、跨層級(jí)、跨地區(qū)的高效、便捷、安全共享和應(yīng)用，盡可能地避免重復(fù)建設(shè)，解決了不同地區(qū)、不同部門數(shù)據(jù)如何共建共享的難題。

（2）構(gòu)建了江蘇省太湖地區(qū)數(shù)據(jù)底板?；诮K省水利一張圖，匯集了河湖水系基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；集成了氣象預(yù)報(bào)，雨情、水情（水動(dòng)力、水質(zhì)）、工情（運(yùn)行與控制）數(shù)據(jù)，視頻等物聯(lián)感知監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，流域—區(qū)域—城市預(yù)報(bào)調(diào)度相關(guān)業(yè)務(wù)管理數(shù)據(jù)；對(duì)接交通運(yùn)輸、生態(tài)環(huán)境、自然資源等跨行業(yè)共享數(shù)據(jù)；利用高精度遙感、數(shù)字高程模型（DEM）、無(wú)人機(jī)航拍、BIM 等數(shù)據(jù)，通過(guò)三維可視化渲染技術(shù)，建設(shè)了江蘇省太湖地區(qū)“點(diǎn)—線—面”融合的多層級(jí)數(shù)據(jù)底板。通過(guò)數(shù)據(jù)處理、信息提取、影像融合等方式實(shí)現(xiàn)高分遙感影像、DEM 及水利一張圖矢量數(shù)據(jù)等多源數(shù)據(jù)融合，并利用流式渲染技術(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)萬(wàn)平方公里級(jí)底板的輕量化流場(chǎng)展示。

（3）研發(fā)了共享服務(wù)的模型平臺(tái)。針對(duì)不同試點(diǎn)對(duì)象，提出并應(yīng)用了河網(wǎng)多尺度分級(jí)的智能模擬方法，通過(guò)河道分級(jí)建模管理，分辨率達(dá)到6級(jí)河道；通過(guò)模型的空間嵌套，解決了平原河網(wǎng)地區(qū)邊界不封閉帶來(lái)的誤差；通過(guò)感知和模型聯(lián)合驅(qū)動(dòng)，解決調(diào)度差異對(duì)模型精度的影響；基于時(shí)間標(biāo)簽對(duì)模型庫(kù)進(jìn)行分類管理，解決了模型的動(dòng)態(tài)更新問(wèn)題。有效提升了水位、流量、流速、流場(chǎng)等水動(dòng)力要素的模擬精度與模擬效率，部分模型已集成至水利智能中樞，能夠以服務(wù)的形式賦能水利業(yè)務(wù)應(yīng)用。

（4）形成了部分?jǐn)?shù)字孿生業(yè)務(wù)應(yīng)用。按照統(tǒng)一的理念與思路，開(kāi)發(fā)了江蘇省太湖地區(qū)水工程預(yù)報(bào)調(diào)度一體化、數(shù)字孿生滆湖和數(shù)字孿生金雞湖系統(tǒng)等業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)，其中江蘇省太湖地區(qū)水工程預(yù)報(bào)一體化系統(tǒng)已在江蘇省水利廳、無(wú)錫市水利局兩級(jí)部署運(yùn)行，系統(tǒng)在2022 年汛期區(qū)域聯(lián)合調(diào)度、引江濟(jì)太常態(tài)和抗旱調(diào)度中初步實(shí)現(xiàn)“四預(yù)”應(yīng)用。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文結(jié)合江蘇省河湖水系自然特征與水利建設(shè)管理業(yè)務(wù)特點(diǎn)，遵循水利部數(shù)字孿生水利建設(shè)相關(guān)要求，提出了江蘇省數(shù)字孿生水網(wǎng)建設(shè)的總體構(gòu)想，以期為數(shù)字孿生水利建設(shè)提供借鑒與參考。但是，由于缺乏統(tǒng)一的數(shù)字孿生水利建設(shè)理論方法、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，尚未形成統(tǒng)一的數(shù)字孿生水利建設(shè)路徑與模式，尤其是水利行業(yè)與新一代信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等交叉融合下的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)治理、知識(shí)平臺(tái)構(gòu)建及應(yīng)用等方面的探索不夠深入，在今后的研究與實(shí)踐中需要進(jìn)一步加強(qiáng)。

數(shù)字孿生水利建設(shè)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)性工程，在助力智慧水利建設(shè)與推動(dòng)新階段水利高質(zhì)量發(fā)展當(dāng)中仍然任重道遠(yuǎn)。目前正處于水利自動(dòng)化、信息化、數(shù)字化向智能化、智慧化迭代升級(jí)的快速發(fā)展階段，未來(lái)行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)將從工程設(shè)計(jì)—建造—運(yùn)維—服務(wù)分階段管理向工程全生命周期管理轉(zhuǎn)變，也將從智慧水利傳統(tǒng)業(yè)務(wù)應(yīng)用模式向數(shù)字孿生水利數(shù)字產(chǎn)業(yè)運(yùn)營(yíng)模式轉(zhuǎn)型。