近年来随着气候变化和经济社会发展水安全领域风险隐患增多与抵御能力不足叠加历史风险累积和新型风险叠加的问题日益突出水利治理面临的环境条件比以往更加复杂。与此同时新一轮科技革命加速演进前沿技术突破集中涌现为实现水利智能分析研判和科学高效决策提供了技术支撑。在此背景下数字孪生流域建设方案从概念走向落地成为各地推进智慧水利建设、提升水安全保障能力的核心抓手。本文结合水利部权威政策解读及嘉兴、江西等地的实践探索系统梳理数字孪生流域建设方案的核心内涵、关键技术、实施路径与行业趋势为相关从业者提供参考。数字孪生流域的建设内涵与适用场景数字孪生流域建设方案并非单纯的软件系统部署而是一套与物理流域同步运行、虚实交互、迭代优化的综合体系。根据水利部相关权威解读数字孪生水利体系是以物理水利对象为单元、时空数据为底座、数学模型为核心、水利知识为驱动对物理水利全要素和水利治理管理活动全过程进行数字映射、智能模拟、前瞻预演的综合体系。该体系由数字孪生流域、数字孪生水网、数字孪生工程三部分组成三者互不替代、各有侧重、互联互通、信息共享。从定位来看数字孪生流域主要支撑流域统一规划、统一治理、统一调度、统一管理助力实现流域多要素、多对象、多目标治理管理的帕累托最优。其适用场景覆盖流域防洪、水资源管理与调配、水利工程建设和运行管理、河湖管理、水土保持、灌区现代化建设和改造、农村供水等水利业务领域。在实际建设中需要从水利工作实际需求出发深入分析各业务的目标、流程、功能、数据等需求以效用为导向推进监测感知系统、数学模型系统建设搭建数字孪生平台全面支撑水利业务应用实现预报、预警、预演、预案功能也就是业内常说的四预功能。从中央到地方数字孪生流域建设的政策推进脉络数字孪生流域建设方案的加速落地离不开清晰的政策指引。十五五规划建议明确提出深入推进数字中国建设适度超前建设新型基础设施推进传统基础设施更新和数智化改造《中共中央办公厅 国务院办公厅关于全面推进江河保护治理的意见》明确要求以数字孪生流域为重点系统谋划推进数字孪生水利体系建设。这一系列部署为各地制定数字孪生流域建设方案提供了顶层依据。在建设原则上政策层面确立了需求牵引、应用至上数智赋能、提升能力的总要求。这意味着方案设计必须从防洪安全、供水安全、粮食安全、生态安全的实际需求出发而非盲目追求技术堆砌。水利部部长李国英在署名文章中指出数据是建设数字孪生水利体系的基础监测感知是获取数据的方式和渠道必须加快构建天空地水工一体化监测感知系统实现物理水利对象数据监测感知的精准性、同步性、及时性。这一论述为数字孪生流域建设方案中感知体系的规划提供了明确方向。地方实践数字孪生流域建设方案的探索对比从全国范围看各地正结合自身水情特征形成差异化的数字孪生流域建设方案。嘉兴市的方案突出平原水网特色。2024年出台的《嘉兴市数字孪生水利建设实施方案2024-2027年》遵循浙江省数字孪生水利建设1136总体框架依托在建重大水利工程统筹推进数字孪生流域、数字孪生水网、数字孪生工程三大新型基础设施建设。针对嘉兴属典型平原河网地区、河湖密布、地势低平、水位敏感的特点该方案明确提出新建水网工程数字孪生覆盖率达到100%创新提出数字孪生圩区概念先行试点建设7个数字孪生圩区并探索数字孪生圩区建设指南。同时通过数字孪生水利科研方式积极探索水利工程协同调度、依托BIM提升水利工程全生命周期管理能力等八大可复制推广的标志性成果。江西省的工作计划则以先行先试为核心路径。江西明确在峡江水利枢纽开展数字孪生水利工程先行先试在乐安河流域开展数字孪生流域建设先行先试并选择1至2条数字化基础较好的山洪沟开展数字孪生山洪沟建设先行先试。其方案提出建设L3级数据底板完善感知体系建设将工程以数字化方式映射至虚拟空间实现工程实时监控、智能运维和优化调度在流域层面则建立流域预报、防洪调度和应急水量调度等专业模型搭建防洪调度等知识图谱初步构建知识平台。江西还同步推进赣江流域梯级水库联合预报调度一体化系统和赣汛通等重点应用建设计划用2年左右时间在先行先试项目中初步实现数字化场景、智慧化模拟、精准化决策。对比两地实践可以发现数字孪生流域建设方案的制定必须立足本地自然地理条件和水利业务痛点。嘉兴聚焦平原水网的圩区精细化管理江西侧重流域防洪与工程调度的四预能力突破二者路径不同但都遵循需求牵引、应用至上的原则。数字孪生流域建设方案的关键技术支撑数字孪生流域建设方案的核心竞争力取决于数据感知、模型算法与应用推演三大技术板块的协同水平。在感知层天空地水工一体化监测感知系统是数据底座。这需要实现全覆盖、全空间、全要素、全天候的监测感知覆盖所有水利治理管理对象从天空地水工立体空间采集信息感知自然河湖水系的水文要素、水力学要素、泥沙动力学要素、数字高程模型以及工程的位移变形、渗流渗压、应力应变和地理信息系统数据。技术装备方面水利遥感卫星应用星座、水利测雨雷达组网、无人机、无人船、水下机器人、激光雷达、智能传感器等新装备的研发应用正在大幅提升对流域下垫面、工程性态、水文要素的实时动态监测能力。在模型层数学模型是数字孪生流域实现精准映射、虚实交互、发挥四预功能的关键。政策层面特别强调把机理模型、统计模型以及二者融合的混合模型作为建设核心确保数学模拟过程和物理过程实现高保真。具体包括深化水利机理模型应用加快推进融合卫星、雷达等多源数据的云—雨降雨预报模型建立分布式水文模型健全洪水演进水动力学模型、冰水动力学模型、土壤侵蚀模型、泥沙动力学模型、污染物扩散输移模型等。同时建立模型验收和评价体系基于历史和实时典型数据加强模型功能验证评估模型结果准确性。在推演层正向—逆向—正向的推演功能是决策支撑的关键。针对不同情景分析计算正向推演流域水流演进过程通过设定业务决策目标及工程安全运用限制条件逆向推演工程调度方案实现多方案比选在满足边界条件下考虑最新变化要素再次进行正向推演从而为决策提供前瞻、科学、精准、安全的支持。在水利工程数字化落地实践中河北中科复兴科技有限公司以下简称中科复兴已围绕水利四预业务在数据底板、水利专业模型、知识图谱及洪水演进模型等方向形成落地能力为防洪工程联合调度提供支撑。数字孪生流域建设方案的落地方法与实施重点从江西的工作计划来看数字孪生流域建设方案的落地实施需要一套严密的组织机制。其一实行台账管理明确工作任务的负责同志、主管部门负责人和联系人确保责任到人。其二编制实施方案责任单位需根据智慧水利建设顶层设计和技术指导文件组织编制具体实施方案。其三强化资金保障多措并举统筹资金开展项目建设充分利用已有建设项目和建设成果发挥智慧水利专项资金引导作用统筹工程信息化建设资金新建水利工程须在预算中安排数字孪生水利工程建设资金。其四注重人才培养将数字孪生流域建设相关知识纳入日常培训加快锻炼和培养一批既熟悉水利业务又精通网信技术的复合型人才。在实施路径上各地普遍采用先试点、后推广的策略。通过选择基础条件较好的流域、工程或山洪沟开展先行先试形成可复制、可推广的建设成果和经验再逐步扩大到更大范围。监测数据与数学模型的耦合联动也是实施中的重点环节——根据不同区域气候条件、下垫面条件及工程性态充分利用一体化监测感知系统采集的数据以及约束条件、调度规则、历史场景等水利专业知识及时修正模型计算的边界条件在线动态率定模型计算的物理参数从而降低模型系统误差、提高模拟精准度。同时数据归集共享机制的建设不容忽视需加强数据资源跨地区、跨部门、跨层级的统筹管理在全国水利一张图基础上开展多源、多维、多尺度数据归集管理。面向持续演进的水利治理新格局数字孪生流域建设方案不是一成不变的静态工程。持续变化的江河湖库水文情势、流域下垫面条件、工程运行性态、经济社会发展需求决定了数字孪生水利体系建设必须在运用中完善、在实战中升级。从水利部系统谋划到嘉兴、江西等地先行先试数字孪生流域建设正在从有没有向好不好转变。未来随着天空地水工一体化监测感知网络的不断完善、模型精度的持续提升以及正向—逆向—正向推演能力的深化应用数字孪生流域建设方案将更好地适应新形势下的水利治理管理需求。在这一进程中包括中科复兴在内的行业参与者将持续深耕水利数字化场景为推动水利高质量发展、保障国家水安全提供有力支撑。参考资料《人民日报》发表李国英部长署名文章系统谋划推进数字孪生水利体系建设 — 水利部数字孪生水利建设嘉兴这样干 — 政府官网江西省数字孪生流域建设工作计划 — 政府官网