馮志剛-數字孿生淮河防洪“四預”建設實踐與發展思考.pdf

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1、P1馮志剛淮河水利委員會水文局（信息中心）2024年6月26日數字孿生淮河防洪“四預”建設實踐與發展思考P2一、背景現狀二、數字孿生三、建設實踐四、發展思考目錄P3P3背景現狀01P4背景現狀 淮河流域北鄰黃河、南連長江，通江達海，是長三角一體化、長江經濟帶、大運河文化帶、淮河生態經濟帶等國家重大戰略高度重疊區域，在我國社會經濟發展大局中具有十分重要地位。國家重大戰略高度重疊區域淮淮河河淮淮河河長長江江P5背景現狀u淮河是新中國第一條全面、系統治理的大河。u1951年毛澤東主席發出“一定要把淮河修好”的偉大號召。u黨的幾代最高領導人都曾親臨淮河視察，對淮河治理作出重要指示。毛澤東主席兩個月內四

2、次對淮河治理作出批示毛澤東主席親筆題詞“一定要把淮河修好”鄧小平總書記視察梅山水庫19501951196019912008江澤民總書記察看淮河災情胡錦濤總書記視察淮河王家壩2020P6背景現狀2020年，習近平總書記先后視察淮河流域王家壩和江都水利樞紐，對行蓄洪區調整、現代化防洪救災體系建設等作出重要指示。P7背景現狀 水利部組織編寫的深入學習貫徹習近平關于治水的重要論述一書，2023年7月由人民出版社出版，在全國發行。本書以習近平新時代中國特色社會主義思想為指導，分專題闡述了習近平總書記關于治水重要論述的時代背景、思想脈絡、重大意義、豐富內涵、精神實質、實踐要求。P8P8數字孿生02P9數字

3、孿生和數字孿生水利 數字孿生（Digital Twin）是物理實體在虛擬空間中交互映射，反映全生命周期演變過程。數字孿生水利通過大數據、云計算、人工智能等最新信息技術和水利業務深度融合，將江河湖泊、水利工程實時映射到數字世界，精準預報，超前預警，快速預演，制定預案，為防洪、水資源管理等水利工作提供智慧“大腦”。P10數字孿生數字孿生流域 數字孿生流域是以物理流域為單元、時空數據為底座、數學模型為核心、水利知識為驅動，對物理流域全要素和水利治理管理活動全過程的數字映射、智能模擬、前瞻預演，與物理流域同步仿真運行、虛實交互、迭代優化，實現對物理流域實時監控、發現問題、優化調度。P11數字孿生數字孿

4、生流域2022年2023年2025年 發布全國L1級數據底板 汛期初步應用防洪“四預”完成94項先行先試建設任務 基本建成水利部數字孿生平臺 大江大河大湖實現防洪“四預”建成具有“四預”功能的水利部和七大江河數字孿生流域 按照“需求牽引、應用至上、數字賦能、提升能力”要求，以數字化、網絡化、智能化為主線，以數字化場景、智慧化模擬、精準化決策為路徑，整合建設全國統一、及時更新的數據底板，構建多級協同的模型平臺和知識平臺，迭代提升信息化基礎設施，至“十四五”末期，建成水利部和七大江河數字孿生流域，在重點防洪地區實現流域防洪“四預”，在跨流域重大引調水工程、跨省重點河湖基本實現水資源管理與調配“四預

5、”，N項業務智能應用水平大幅提升，數據共享和網絡安全防護能力明顯增強，為新階段水利高質量發展提供有力支撐和強力驅動。P12數字孿生數字孿生流域 數字孿生流域包括信息化基礎設施和數字孿生平臺；水利業務應用調用數字孿生流域的算據、算法、算力等資源，支撐流域防洪、水資源管理與調配等業務應用。其中，數據底板、模型平臺、知識平臺等主要是新建。水利感知網、水利云、數據資源、水利專業模型等主要是升級改造。P13P13建設實踐03P14建設實踐數據底板建設項目建設內容擬采用的數據源（方法）及數據標準全流域數字場景高空間分辨率遙感影像利用GF-1、GF-2、GF-6等衛星數據建立流域遙感影像數據集，能夠為全流域

6、提供2m和0.8m分辨率的衛星影像全流域數字高程模型（DEM）采用資源三號衛星數據與建模技術生產流域尺度5m空間分辨率的數字高程模型數據土地利用與作物分布遙感數據以高空間分辨率多光譜遙感影像為數據源，擬利用CNN深度學習方法對流域范圍的土地利用與作物種植分布進行監測分類，數據分辨率為米級流域水體淹沒范圍遙感數據以高空間分辨率多光譜與雷達衛星影像為數據源，應用水體指數漂移算法提取水體淹沒范圍空間數據，數據分辨率為米級重點河道精細化數字場景高空間分辨率數字高程模型數據生產開展點云密度為4點/m2的機載激光雷達航空攝影以及1m空間分辨率的 DEM制作高精度水下地形測量數據采用ADCP技術進行流域重要

7、河道的高精度水下地形實地測量重點水利工程的數字孿生BIM模型重點水利工程的數字孿生BIM模型構建采用三維激光掃描儀獲得的三維點云數據和無人機傾斜攝影獲取的傾斜攝影數據制作重點水利工程內景及外景三維場景模型；采用收集到的工程設計資料（比例尺1:1）進行制作BIM模型10米分辨率的高精度DEM數據1米分辨率的DOM數據精度0.1米點云高程數據臨淮崗樞紐傾斜攝影P15建設實踐專業模型 研發了淮河分布式水文模型、一二維水動力學模型、水文水動力耦合模型、并行計算模型、超額水量分配模型等多尺度多過程耦合模型。P16建設實踐專業模型 基于最新高精度DEM數據，從底層內核完全自主研發了基于水文響應單元的淮河正

8、陽關以上流域分布式水文模型，實現精細化水文建模；該模型已作為樣板模型集成到水利部模型平臺?；春臃植际侥Ｐ蚉17建設實踐專業模型 綜合一維和二維水動力學的優點，從底層內核完全自主研發了標準化一二維水動力融合水動力學模型，將模型范圍擴展至正陽關以上流域。通用型一維水動力學模型P18建設實踐專業模型 從底層內核完全自主研發了二維水動力學模型，防洪“四預”關鍵核心模型取得了重大突破。繼續完善基于并行計算的淮河二維水動力學模型，重點優化模型邊界和模型參數。二維水動力學模型P19建設實踐“三道防線”預報第一道防線，氣象衛星和測雨雷達系統，構成“天基”和“空基”監測預報防線。實現關口前移、防線外推的重要舉措

9、。第二道防線，雨量站網，構成“落地雨”監測預報防線。對“第一道防線”的預報進行精進調整第三道防線，水文站網，構成“洪水演進”監測預報防線。該防線是兜底措施，具有底線防守的功能。P20建設實踐暴雨移植 自主研發了暴雨動態時空移植模擬功能，在地圖上實現了任意暴雨場景、任意會商情景下向任意區域的動態時空移植和洪水預演。（一鍵拖拽、角度旋轉、調云調雨）P21建設實踐全鏈條“四預”應用從“降雨產流匯流演進”鏈條，圖上疊加了降雨預報結果，提出了產流-匯流-演進鏈條以數字流場的方式進行全過程分析。P22建設實踐全鏈條“四預”應用從“流域干流支流斷面”鏈條，流域面上預報數字流場形式展示產匯流預報，干流、支流以

10、藍、黃、橙、紅標識超警超保河段，同時以河系預報展示干流、支流、斷面預報結果；P23建設實踐全鏈條“四預”應用各斷面以多模型方式展示“總量洪峰過程調度”鏈路過程P24建設實踐全鏈條“四預”應用運用基于預報調度一體化和超額水量分配聯合調度技術，實現了“正向”“逆向”預演方案多場景調算P25建設實踐全鏈條“四預”應用基于高精度數據底板和精細化水文水動力學模型，在開源可控的三維地球平臺上，進行洪水三維場景實景化仿真映射P26建設實踐全鏈條“四預”應用2023年、2024年連續投入淮河防洪調度實戰演練，支撐了暴雨任意區域移植、洪水預報正向反向推演、洪水調度多方案比選、實時預警發布及防御預案生成等10余項

11、科目。P27P27發展思考04P28發展思考數據驅動與模型驅動相結合 專業模型是核心：數字孿生流域與數字流域最大的區別就在于專業模型的集成，專業模型與數據底板的無縫銜接。模型開發要堅持傳統與現代、先進與實用結合、研究與應用結合。對受威脅的醫院，立刻采取洪水防御措施，在周圍構建臨時防洪墻，再進行模擬技術P29發展思考數字孿生與“四預”應用相結合數字孿生是手段，四預應用才是目的；需求牽引、應用至上、數字賦能、提升能力。P30發展思考科學與科普相結合既要講科學，又要講科普；既要看熱鬧，又要看門道。P31發展思考數字經濟時代數字經濟：從電力到算力。數字化實際是“數據資源”“算力”，算力成為數字時代的核心生產力。在2010年至2018年期間，全球的計算量增加了550%，而相應的能耗卻只增加了6%。過去，我們用電力衡量一個國家和地區的經濟發展階段，到了今天用算力來衡量。P32感謝聆聽、謝謝大家