数字孪生流域关键技术研发与实践应用

目录未来工作思考应用案例效果建设背景任务关键技术研发3124一、建设背景任务远

景

目

标

规

划﹁十

四

五

﹂

规

划

和

二

〇

三

五

年p《国家信息化发展战略纲要》强调：

信息化进入全面渗透、跨界统合、加速创新、

引领发展的新阶段一

建设背景任务1国家信息化对智慧水利提出新要求加快数字化发展

建设数字中国李国英部长指出，十四五水利改革发展的主线是“新阶段水利高质量发展”，并在“三对标、一规划”总结大会上强调提出

新阶段水利高质量发展的六条实施路径。p

一是完善流域防洪工程体系p

二是实施国家水网重大工程p

三是复苏河海生态环境p

四是推进智慧水利建设p

五是建立健全节水制度政策p

六是强化体制机制法制管理精准化决策p

部长定调智慧水利建设2水利高质量发展对智慧水利提出新需求一建设背景任务数字地球数字中国数字流域智慧水利智慧化模拟数字化场景p

新一代信息技术发展，推动经济社会各领域向数字化、网络化、智能化加速跃升，为提高水利治理能力提供技术驱动。一建设背景任务3新技术发展为智慧水利提供新机遇大数据

数据资源计算数字传输控制物联网存储计算采集学习反馈四预防洪试点2021年12月28日讲话中下

旬旬p

数字孪生流域提出2021李国英部长在

推进数字孪生

流域建设工作

会议上的讲话数字孪生流域

建设技术大纲

(征求意见稿)水利业务“四预”功能基本技术要求(征求意见稿)数字孪生水利工程建设技术导则(征求意见稿)关于大力推进智慧水利建设的指导意见十四五智慧水利建设规划智慧水利建设顶层设计一建设背景任务十四五推进智慧水利建设实施方案技术大纲、导则等征求意见水利部发布流域四预防洪试点通知4水利部要求上中

下旬旬旬中旬上

旬上

旬中旬下旬20222023实施方案中旬中旬中旬上

旬上

旬上

旬上

旬下

旬下

旬下

旬下

旬10月12月8月7月6月3月5月1月2021年10月12日，李国英部长主持召开部务会议，会议强调：推进智慧水利建设是实现新阶段水利高质量的重要路径之一。要按照需求牵引、应用至上、数字赋能、提升能力要求，以数字化、网络化、智能化为主线，以数字化场景、智慧化模拟、精准化决策为路径，全面推进算据、算法、算力建设，加快构建具有预报、预警、预演、预案功能的智慧水利体系。要坚持系统观念，做好顶层设计，从数字孪生流域、数字孪生工程、水利业务应用、网络安全体系等方面构建标准统一、模块连接、互为融通、共享共用的总体框架，全面覆盖各项水利业务应用，全面提升推动新阶段水利高质量发展的能力和水平•流域管理机构•省行政管理部门大江大河大湖

及主要支流重点流域重点区域水利感知网水利信息网水利云数字孪生平台信息基础建设数字孪生流域建设是构建智慧水利体系、实现四预核心和关键模型平台知识平台一建设背景任务5数字孪生流域建设内容与范围数据底板数字孪生流域建设范围数字孪生流域建设内容中国水科院重点任务：•搭建水文、水力学通用模型(方法)库，接入调用泥沙动力学模型，开发水资源、水环境模型，研发水土保持、

水利工程安全等模型。•加强组织领导；落实工作责任；•完善标准规范；加大资金投入；•加强人才保障•全系统全行业必须迅速行动起来，有力有序有效推进建设工作。

6数字孪生流域建设任务数字孪生流域建设六大任务保障措施：李部长要求：开展数字孪生工程示范建设统筹工程安全和效益提升算力优化算法守住安全底线支撑业务应用一建设背景任务增强关键信息基础设施和重要数据能力强化应用思维构建国产化软硬件环境实现“四预”覆盖聚焦重点领域完善水利网络安全体系树立系统观念建设数字孪生

水利工程构建天空地一体化水利感知网获取算据建设水利业务智能仿真模型推进水利专业模型技术攻关构建水利业务知识库完善会商环境升级通信网络强化数据更新扩展计算资源衔接数字孪生流域建设构建水利数据底板一建设背景任务7数字孪生流域技术路线构建数字化场景、

开展智能化模拟、

支撑精准化决策——李国英《加快建设数字孪生流域，

提升国家水安全保障能力》强化”四预“措施，

贯通”四情“防御，

绷紧”四个链条“，

构建纵向到底、横向到边的水旱灾害防御矩阵。四

个

链

条

流域-干流-支流-断面

总量-洪峰-过程-调度

技术-物料-队伍-组织

一

建设背景任务

降雨-产流-汇流-演进

水

旱

灾

害

防

御

矩

阵8水旱灾害防御新需求四

情雨情预案预报预演预警

四

个

链

条四

预水情灾情险情全要素可表达全属性可分析全拓扑可追溯全系列可演化利用数字技术构建一个“多尺度-分布式-多层次”全面多维精细刻画及动态模拟流域全景过程的模型系统，实现对流域的数字化管理与智能决策。全编码可查询一建设背景任务9

数字孪生流域概念《数字地球：认识21世纪的地球》提出了数

字地球的概念国际数字地球学会(ISDE)在北京正式成立工信部颁发《信息化发展规划》，提出加快水利智能应用体系。发改委国家空间信息基础设施发展战略研讨会，

勾勒“数字中国”的蓝图国家发改委、水利部等25个相关部门成立和智慧城市建设部际协调工作组十九大报告强调加强水利、水运、信息、物流等基础设施网络建设全国水利工作会议上提出在水利信息化建设上提档升级中央一号文件明确要实施智慧农业林业水利工程水利部智慧水利总体方案和水利网信提升三年行动方案发布《十四五年规划和2035年远景目标纲要》提出构建智慧水利体系，以流域为单元提升水情测报和智能调度能力

李国英部长在“三对标、一规划”总结大会上强调，加快推进智慧水利建设，全力支撑水安全全要素“四预”的模拟分析水利部网信办按照全国水利工作会议决策部署，印发《水利部关于开展数字孪生流域建设先行先试工作的通知》，推进先行先试组织实施数字孪生流域是以物理流域为单元、

时空数据为底座、数学模型为核心、水利知识为驱动、对物理流域全要素和水利治理管理活动全过程的数字化映射、智慧化模拟，

实现与物理流域同步仿真、虚实交一

建设背景任务互、迭代优化。9数字孪生流域数

字

孪

生

流

域智

慧

水

利数

字

流

域数

字

地

球数

字

中

国2015年2022年2006年2013年2017年2018年2020年2019年2021年2021年2009年1998年数字孪生流域总体框架一建设背景任务数字孪生流域建设成熟度等级物理流域

数字流域10二、关键技术研发水利遗产牧区预警1.

多时段-多尺度-多对象-

多阶段的梯次预警模型2.

水旱灾害风险预警技术预演1.

数字化场景2.

数字流场3.

全流程一体化预演技术2+预案1.

预案体系2.

标准化模块化预演3.

决策方案预报1.

全流域分布式水文模型2.

预报调度一体化技术算据

为基础三算四预建设水利业务智能仿真模型构建水利业务知识库“四预”业务系统建设推进水利专业模型升级构建天空地一体化水利感知网构建水利数据孪生底板超大规模并行计算技术业务方向算力

靠借力算法

是核心二

关键技术研发水旱灾害防御

水资源配置1

三算四预关键技术水环境泥沙灌区N…………现有模式-作坊式半自动1

数据处理4

图斑解译半自动3

方案上图5

违规判定2

底图制作对地观测进入遥感大数据高性能处理时代，自动化和智能化数据分析成为水利遥感应用核心创新模式-工业化自动化

1海量数据在平台

4核查检查在现场3业务服务在云端5各级应用在身边2智能解译在后台二关键技术研发6

核查检查2

遥感监测关键技术实时化信息化信息化人工化人工化信息化一体化智能化构建防洪调度空间数据支撑和解译平台。基于高性能计算集群，通过横向并行、纵向串行智能算法双线部署方案；实现分要素分产品智能化自动解译，为水利遥感业务化应用提供多元专业信息产品。模拟-规划-采集-查询-下载-处理-发布全过程•7×24小时不间断连续运行•日处理数据50TB•在线存储150PB•2100万亿次/秒的计算能力智能算法分类部署横向：分布式并行处理算法纵向：混合串行智能算法高性能计算部署智能解译平台u分要素分布式计算部署u分产品分布式计算部署二关键技术研发3

遥感监测关键技术按照动静结合，高效流动的思路，建立：1汇聚的“河”：实现数据的持续“流动”更新；1可控的“闸”：实现各类数据的融合与治理；1可用的“泵”：多样化的数据服务；1一体化管理的“湖”：数据资源统一存储与管理。二关键技术研发-算据4数据底板技术思路对于同一水利对象，基于统一对象编码实现其基础信息、空间信息、业务信息、监测信息以及多媒体文件的关联。构建L1-L3级空间数据底板，并在此基础上实现基础数据、业务数据、空间数据、监测数据与多媒体数据的关联与融合。识别同一水利对象在不同尺度下的不同形态，实现地形、

倾斜、精模、BIM模型的数

据关联。基于统一对象编码构建数据画像，实现各类数据的“全连接”二关键技术研发-算据实现“一码多态”的空间数据组织与表达空间数据升维，构建多尺度空间数据底板L1流域层面L2重点区域层面L3具体工程层面4数据底板技术思路山丘区洪水•中国山洪模拟

模型CNFF流域洪水•时空变源分布式洪水模拟模型SVSMR•PHY模型•

UFSM•IFMS-Urban溃坝漫堤洪水参数自动快速率定实时矫正中国水科院减灾中心自主研发洪水预报调度模型集二关键技术研发-算法降雨预报•短临降雨同化预测模型5模型算法、软件平台方面•IFMS•FASFlood城市洪涝21二关键技术研发-算据5模型算法、软件平台方面wavelet–bootstrap–ANN(WBANN)Tiwari

等支持向量基(SVM)Jajarmizadeh等自适应神经模糊推

理系统(ANFIS)Lohani

等Valipour等(BPNN)反向传播ANNAdamowsk等(ANN)Deo等极限机器学习(ELM)Dawson等人工神经网络(ANN)LSTM+KNNLiu等LSTMKratzert等人工智能在水文模型中的应用探索CNN+LSTMGhimire等CNNKasuni等LSTMDing等多层感知器(MLP)Ahmad

等二关键技术研发-算据Kerh等

(ANN)LSTMDazzi,等深度

学习机器

学习LSTMKao等2015年2016年5模型算法、软件平台方面

2013年2010年2010年2012年

改进2021年2020年2021年2020年2018年2020年2005年2021年2006年1998年数据源:首先基于小流域多源时空数据划分地貌水文响应单元，构建不同响应单元的对应产流机制；方法源:建立对应不同产流机制的超渗/蓄满混合产流模型;分水源:采用组合概念水库的方法模拟包气带与饱和带的土壤水量交换；时空变源：在外因(降雨入渗和蒸发)和内因(重力和基质吸力)共同作用下的产流过程时空变化。混合产流：在外因和内因时空变化下的流域产流呈现超渗/蓄满产流机制时空动态组合。提出了时空变源混合产流模型，适用于湿润、半湿润、半干旱和干旱地区模型算法、软件平台方面二关键技术研发-算法5•数据源：基于小流域下垫面时空数据划分地貌水文响应单元•方法源：不同响应单元采用不同产流机制的超渗/蓄满混合产流模型•分水源：采用组合概念水库方法来模拟包气带与饱和带土壤水量交换•首次应用：非饱和GARTO下渗模拟方法应用于水文模型•误差较小：相比Richards方程模

拟结果误差小于4%•效率提升：计算效率由小时级提

升至秒级GARTO下

渗模型首次变化

应用时空变源产流模拟理论分布式水文并

行计算架构•并行框架：研制面向水文过程三

层拓扑关系分布式并行计算架构•连续计算：采用分布式并行计算

技术，对模拟计算单元组开展动态连续洪水分析计算•时空并行：实现从空间、时间和子过程的并行模拟，解决了洪水实时模拟预报计算效率低难题•机制时变：动态调整最适宜的产流模拟模式(蓄满、超渗或者混合产流)•类型普适：适用于湿润、半湿润地区、半干旱和干旱地区•精度提升：与国内外10个代表性模型相比，精度提高20%以上模型算法、软件平台方面二关键技术研发-算法时空变源

模拟方法产流模式时空动态5时空变源提高30%选择全国湿润、半湿润、半干旱地区15个典型流域，应用API、大伙房(DHF)、初损后损法(HEC1)、SCS模型(HEC2)、新安江(XAJ)、TOPMODEL、PRMS、时空变源(SKBY)、CNFF、TOPKAPI等10个模型，对比验证各模型的适用性。模型算法、软件平台方面二关键技术研发-算法5智能化全自动建模前后处理可视化显示拖拽式模块化快速建模参数自动率定和智能匹配水文模型软件方面，自主研

发了时空变源混合产流SVSMR，可视化时空变源分布式水文模型软件FFMS、

WEP模型等系

列模型软件二关键技术研发-算法5

模型算法、软件平台方面ABCDA网格数：45893C网格数：

47675B网格数：48876D网格数：

45835B计算效率提升3倍平台自主研发的三维可视化多源数据处理平台LIDARVIEW

模型自主研发水动力计算模型

和Telemac2D/3D

功能三维可视化前后处理、

支持

FEM/FDM/FVM等模型计算方法

模块化建模和计算并行支持GPU/CPU分布式高性能并行计算p

自主研发了三维可视化水动力学软件FHMS四

关键技术研发-算法时空分布式并行计算5模型算法、软件平台方面总网格数：

188279串行算法并行化边

界

条

件A三层拓扑并行计算架构，

实现超大规模水文、

水动力学模拟计算，

为实一软：

调度读写并行提出了“一硬一软，

一横一纵”现流域四预等提供了技术支撑。二

关键技术研发-算力小流域二叉树结构一纵：降雨径流模型并行一硬：

CPU/GPU并行一横：

流域间并行水

文

过

程6高性能计算平台黑龙江省34万平方公里面积进行分布式水文模型建模，包含河道21686条，划分674个计算单元，分68个并行计算组进行模拟。二关键技术研发-算力6高性能计算平台美国国家水模型系统河南省水模拟系统278万条溪河1.1万条溪河三、应用案例效果p

建设目标Ø提出了数字孪生淮河“54321”智慧防汛体系建设思路和框架，研发了淮河流域防洪“四预”系统Ø支撑淮委2021年防洪“四预”演练工作l

2021年6月9日，淮委水旱灾害防御“四预”演练三应用案例效果1数字孪生淮河流域智慧防汛系统学一体化实时动态模拟预报并行计算技术一硬一软”分布式并行框架的超大规模水文水动力学耦合模拟技术，支水动力计算，计算效率由数小时降至3分钟内，实现了洪水快速精细化时风险影响计算与评估技术报模型和水库智能调度模型，初步形成“水文预报—洪水预警—工程调—预案生成—动态展示”一体化流程仿真。和数字映射三维可视化展示技术景动态可视化、上下游流场动态可视化、大规模地形实时绘制、三维模，构建了淮河干流、主要分洪区、重点工程的三维仿真场景。技术、倾斜摄影、卫星遥感的流域高精度地形快速采集技术，首次快速获得了形数据和三级数据底板。高精度地形快创建了基于三维淮河正阳关以上超大规模水文创建了基于“一持亿级单元的三模拟。预报调度一体创建了基于洪度—数字模拟数字流场、数创建了基于流型数据秒级加创新点和实水智能预(预演)字孪生域自然背载等技术速采集激光雷达高精度地水动力横一纵、维可视化三应用案例效果1数字孪生淮河流域智慧防汛系统关键创新p空天地一体化监测技术Ø淮干5处行蓄洪区共742km2

、

1m分辨率的高精度地形数据Ø淮干130km、50m间隔断面数据Ø相对误差5cm的重点工程实景三

维数据模型及BIM模型Ø淮河流域片33万km2

、10m分辨

率的高精度数字高程数据融合集成多源多尺度数据约3Tp

首次获得了淮河干流正阳关以上河道、重要行蓄洪区的高精度地形数据，重要水利工程的三维数据，以及高密度的河道断面数据。l

高精度地形快速采集技术三应用案例效果1数字孪生淮河流域智慧防汛系统一二

三级

贯通二三

维一

体化高精

度l

超大规模水文水动力学一体化实时动态模拟预报并行计算技术数字孪生淮河流域智慧防汛系统三应用案例效果1p构建了基于分布式GPU并行计算技术的二维水动力学洪水模拟计算模型,实现了正阳关至出山店水库流域洪水快速精细化模拟。一横一纵，一硬一软分布式并行算法l

一横：淮干、7个蓄滞洪区、七个支流l

一纵：产汇流、河道演进和调度过程l一硬：GPU/CPU多线程并行计算l一软：I/O读写调度并行l

超大规模水文水动力学一体化实时动态模拟预报并行计算技术数字孪生淮河流域智慧防汛系统三应用案例效果1p创新研发了淮河流域“四预”系统平台，在淮河王家坝至正阳关区域初步形成“水文预报—洪水预警—工程调度—数字模拟(预演)—预案生成—动态展示”一体化流程仿真。l

预报调度一体化和实时风险影响计算与评估技术数字孪生淮河流域智慧防汛系统三应用案例效果1p构建了淮河干流、

主要分洪区、重点工程的三维仿

真场景。p利用三角网动态

渲染加载技术，

实时动态展示了

2020年洪水期

间淮干、

王家坝洪水态势及蒙洼

泄洪过程，

更加直观展示洪水调

度过程l

数字流场、数字孪生和数字映射三维可视化展示技术主要成果三试点建设成果3l

初步构建“四预”系统框架，探索数字孪生、数字映射和数字流场技术l

初步研发了智慧防汛四预系统，通过仿真模拟等可视化技术，初步实现了物理防洪工程

在数字化场景中实时动态展示。中国政府网、人民日报、新华社、科技日报、中国水利报等多家主流媒体

专题报道淮河”四预“系统。数字孪生淮河流域智慧防汛系统初步搭建“数字流场”：实现流域时空场景数字化、映射初步构建“数字底板”：高分辨率地形数据、

河道断面数据初步建设智慧防洪“四预”系统：提升数字化、智能化和智慧化水平初步提供“算法”支撑：扩展完善数字孪生流域防洪模型、并行提供“算据”支撑：扩充淮委原有数据资源库初步提供“算力”支撑：提升完善淮委计算资源与能力三应用案例效果p

应用成效1p

应用成效——2020年7月20日暴雨洪水复盘模拟分析三应用案例效果1数字孪生淮河流域智慧防汛系统p

应用成效——水利部数字孪生流域建设先行先试中期评估Ø承担的数字孪生淮河流域建设，高分通过水利部中期评估并获得“优秀”等次，申报的“数字孪生淮河防洪‘四预’系统应用”案例高票入选水利部数字孪生流域建设先行先试优秀应用案例。三应用案例效果1数字孪生淮河流域智慧防汛系统覆盖全省的小水库雨水工情自动测报系统，为辅助流域防洪联合调度决策和安全度汛提供数据基础。小型水库安全运行服务，为总体项目提供安全可靠的软硬件和网络运行环境。小型水库雨水工情自动测报和水库安全运行及防洪调度项目通过雨水工情自动测报、水库信息数字化管理、纳雨能力分析和流域联合调度预演等技术手段，为小型水库的安全运行及防洪调度提供及时、准确的信息，辅助领导决策，做好水库安全管理，保障水库良性运行。雨水情接收处理展示及纳雨能力分析，提供快速准确的数据处理与分析。重点流域防洪联合调度决策支持服务，为流域水利工程安全运行和优化调度提供超前、快速、精准的决策支持。总体建设

内容三应用案例效果2大汶河数字孪生流域建设探索智慧水利的最优应用场景以大汶河、沂沭河流域为试点，开展数字孪生流域和“四预”防洪联合调度辅助决策支持系统建设，统筹流域内水库、水闸等工程，高效预测风险、模拟推演、生成方案，提升调度决策指挥的数字化、智能化水平。有效提高工程联合调度水平：依托全省大中型水库及骨干河道洪水预报系统，推演不同调度方案下洪水演进过程，最大限度预测洪水淹没风险，为预案编制、预警发布、人员转移避险等提供参考。

补齐监测预报设施短板：实现小型水库自动监测设施全覆盖，补齐小型水库“四预”措施短板，打造小型水库安全运行的“耳目尖兵”。p

建设意义——提供重点流域防洪联合调度决策支持服务三应用案例效果2大汶河数字孪生流域建设平

台

协

同

层孪

生

映

射

层模

型

计

算

层数

据

感

知

层全

过

程

模

拟全

要

素

渲

染……六

大

系

统五

大

任

务四

大

层

次三

应用案例效果2大汶河数字孪生流域建设提升算力建设数字孪生水

利工程支撑业务应用优化算法获取数据+三维静态模拟秒级加载效率空间分析表达大中小场景并行计算架构知识抽取模型AI模型数据分析模型调度模型水动力模型水文模型可视化模型数字流域大汶河流域重点水利工程下垫面区域河流水系模型计算层流域节点差异大——组合建模难；

智能算法数据弱——并行计算难；138个断面预报方案、34座大中型水

库、1752座小型水库、2700多个断

面

……平台协同层新型多技术融合应用——交互难；

多平台向上支撑业务——集成难；预演洪水真实演练……数据感知层分散管理互通性差——收集难；

数据标准规范性弱——整治难；三应用案例效果视频摄像头...防洪“四预”平台知识库管理平台2大汶河数字孪生流域建设p

关键技术难点卫星遥感航空遥感北斗导航预警雨水工情预警……闸门开度仪水位计雨量计预报雨水态势分析……预案应急响应方案……测雨雷达历史场景库数字孪生模拟仿真引擎物理流域天

空知识图谱经验库预案库文档库……空间分析表达全要素场景实时渲染交互工具地决策支持平台初步实现流域工程联合调度+人员转移+物资调配+应急抢险四大方案真实演练孪生平台—构建14个三维模型+流场动态仿真，

实现秒级加载知识平台—汇集118类39724项预案知识，

搭建6大知识库模型平台—集成12种模型，

构建9个分区，

实现一体化计算数据底板—汇聚200余T数据，

整编100余T

L1-L3级数据建

成

效

果防洪空间—搭建大汶河流域天空地一体化水利感知网三

应用案例效果支撑支撑支撑支撑2大汶河数字孪生流域建设支撑从客户申请到数据获取，最快4小时u

天基：1套防洪调度空间数据支撑平台(已接入30颗卫星用于日常动态监测+4小时级应急响应)，动态扩展星源提升时效性；u

空基：14个重点水利工程三维模型、3000余平方公里航飞数据、4000多个测量断面，两个流域5mDEM，0.5mDOM；u

地基：大汶河流域74个站点的非接触式视频测流，相对误差<2%，34套闸门工情设备安装，两个流域测雨雷达选址视频测流日常：流域下垫面动态监测(需求到数据获取最快4小时)应急：雨前>雨期>雨后，规划>拍摄>下载>处理>发布范围：大汶河流域、沂沭河流域应急：抗旱应急监测范围：全山东省延伸三应用案例效果2大汶河数字孪生流域建设珠江流域2022年6月12-26日暴雨洪涝遥感应急监测(平台应急应用验证)已为水利部水旱灾害

防御司提供7次防汛抗

旱应急事件监测服务三应用案例效果2大汶河数字孪生流域建设大汶河2022年6月26日暴雨洪涝遥感应急监测全面汇集流域200余T数据，整编规划后数据量达100.6T，形成36类数据，110余个图层，2337余种属性信息，制定了统一的数据治理标准，构建大汶河、沂沭河流域“湖仓一体”防洪数据资源池；按需组装形成流域底板专题图；打破数据壁垒，实现数据互通，为大汶河和沂沭河数字孪生流域的业务化应用提供36类数据

，

113个图层，

2337种属性33类数据

，

108个图层，1600余种属性33类数据

，

59个图层

，

350余种属性三应用案例效果2大汶河数字孪生流域建设“湖仓一体”防洪数据资源池最充足的数据支撑。p水文模型(2种)：大汶河72个、沂沭河158个断面新安江模型、2700个计算河段的时空变源混合模型构建p调度模型(3种)：大汶河流域23个大中型水库单库规程调度和全流域联合调度模型p水动力模型(2种)：大汶河流域河道洪水影响计算一维(683公里)和二维水动力模型构建(4055平方公里)p

智能模型(5种)：智能降雨预报、洪水智能预报、智能调度、参数智能化移植、下垫面智能提取p

平台架构：

采用“一硬一软，一横一纵”三层拓扑并行计算架构，创建9个并行计算分区，14万个网格计算时间<5min，初步实现水文、水动力学一体化模拟计算，有效支撑物理流域产流-汇流过程及水工程调度后洪水演进过程的模拟预报计算和预演分析

三应用案例效果2大汶河数字孪生流域建设p汇集了全流域118类39724项预案知识，构建业务规则库、专家预报经验库(10类36项知识，并集成中国水科院自建的水问平台14类水网实体及百科实体、水利传媒集团近万册图书知识内容)、历史典型洪水场景模式库(3类史集经注资料，40场次降雨时空过程)、水利工程调度规则库(5类1071项调度资料)、预报方案和预案知识库和流域防洪知识图谱库(252358项知识图谱)“六大库”知识体系p实现从数据>信息>知识的生产，完成汇集查询>挖掘分析>智能推荐三个层次的构建，形成服务于大汶河流域的防洪辅助决策知识三应用案例效果2大汶河数字孪生流域建设p渲染了14个重点水利工程可视化模型，搭建多级数据融合的流域仿真场景；p攻克多源高分辨率数据数字化场景与数字流场构建、流域全要素数字映射与数字孪生等多项关键技术，实现流域TB级数据超真实秒级加载效果；p实现水库、河道静态水面真实纹理效果，河流上下游动态流场仿真模拟可视化。水面效果

(静态)

上下游流场动态可视化

(动态)三应用案例效果2大汶河数字孪生流域建设u四大方案可视化分析：基于多元感知支撑、丰富数据支撑、实时算力支撑、

智能知识支撑、真实孪生支撑，实现流域联合调度、人口转移方案、物资调配方案、应急处置方案的可视化分析；u全流域实时滚动预报：耦合天气预报，实现大汶河流域2700个预报预警断面，沂沭河流域158个预报断面，乙级及以上、最长48h预见期的实时滚动预报；u全流域联合协同防御：流域整体和局部联动、水利工程和救援物资协同的“全流域一盘棋”协同联动指挥防御。实时滚动计算>秒级加载三维可视化效果>多方案对比分析>一键式生成决策方案的一体化业务流三应用案例效果2大汶河数字孪生流域建设三应用案例效果预报实现全流域洪水预报30

“六个三”秒：全流域、全河段、全部节点、全水库不同方式洪水预报提供3个智能服务：模型高效智能模拟分析服务、智能感知服务和智能辅助决策服务实现数字孪生3.0版：以虚预实，实现时效分析和孪生预演预警实现3阶段梯次洪水预警：

山洪沟道、中小河流和大中小水库风险预警、预报预警和监测预警多阶段梯次性预警预演实现洪水调度预演3分钟：全流域、全河段数字流场、洪水过程和全防洪

体系调度预演预案实时生成3个方案：预报调度方案，风险预警方案和应急抢险技术方案2大汶河数字孪生流域建设水旱灾害全业务覆盖“预”贯穿全流程：提前发现问题>提前发布预警>提前演练方案>提前制定部署多平台高效集成、协同工作全流域一体计算、联合防御u遥感平台调用光学、雷达卫星动态拍摄洪水范围(最

快间隔4h)u

模型平台精细化模拟(百万级网格)洪水淹没范围及淹没水深u

知识平台智能推送历史相似洪水经验方案u

决策平台自动分析洪水风险、洪水演进过程实时可视化分析、险情调度指挥、会商决策、方案执行跟踪等u

遥感平台洪水发生前后对比分析，辅

助灾害评估u

知识平台入库管理四大方案，形成历

史经验知识u

决策平台进行水旱灾害灾后评估分析、灾后复盘分析等u

遥感平台提前72h规划拍摄u

模型平台提前48h滚动预报u

知识平台历史相似提前推送u

决策平台实时水情工情监测、提前

分析超警风险、提前演练洪水演进态势、提前制定决策方案u测雨雷达实时高频监测(5min)u

模型平台实时水文水动力调度一体

化计算(全流域<5min)u

知识平台自动历史同期对比和挖掘u

决策平台提前发布预警、实时模拟

流域联合调度业务应用

u

遥感平台提前72h规划拍摄u

模型平台提前48h滚动预报u

知识平台历史相似提前推送u

决策平台实时雨情监测、提前分析暴雨中心、水库提前24h纳雨能力2项目建设进展——业务应用洪水发生期间洪水发生前洪水发生后雨中雨前四、未来工作思考坚持系统观念，做好顶层设计l

夯实基础，基础数据模型和标准l

突破重点，关键技术研发与推广l

形成体系，持续更新和迭代演进构建标准体系四未来工作思考1充分利用已发射