福州溪源水庫（受訪單位供圖）

　　溪源溪小流域數字孿生技術 福建日報記者 陳旻 攝

　　九龍江北溪數字孿生技術 福建日報記者 陳旻 攝

　　漳州九龍江北溪水閘（受訪單位供圖）

　　廈門網訊 據福建日報報道（記者 陳旻）2021年，水利部發布《關于大力推進智慧水利建設的指導意見》，指出到2025年，全國將建成包括閩江在內的七大江河數字孿生流域。

　　作為“數字中國”與水利建設的排頭兵，福建率先開啟了探索，福州溪源溪小流域（溪源水庫）、九龍江北溪兩個數字孿生項目于2022年啟動建設，入選水利部數字孿生流域建設先行先試試點。目前，兩個項目均已建設完成，同時水利部中期評估均為優秀，溪源溪小流域（溪源水庫）數字孿生試點項目獲選水利部優秀案例。

　　近日，記者來到溪源溪流域、九龍江北溪流域，感受數字孿生流域項目如何為防洪防汛、水資源調度提供信息技術支撐，為智慧水利帶來“可視、可感、可知”的數字化、可視化應用。

　　智慧測報，防洪更及時

　　數字孿生技術通過計算機的強大算力，更精準測算出可能出現的險情

　　什么是數字孿生流域？近日，記者走進福州市水利局綜合調度指揮大廳，大屏幕上，虛擬仿真的溪源溪從福州永泰縣赤岸發源，一路匯集類雷頭溪、大清坑溪、可溪，經過一堤、一庫、三河、三站、五閘，從閩侯縣上街鎮倒著自然村入境，至上街鎮馬排村匯入南港。屏幕上還清晰疊加著當地的實時雨情、水情、氣象預報等監測數據，及各水庫、關鍵節點的斷面水位、氣象、周邊經濟社會信息等數據。

　　溪源溪，福州市閩江下游南港的一條小支流，河長43公里，流域面積208平方公里，是福建省暴雨中心區，暴雨強度大，洪水暴漲暴落，易突發山洪。在2005年“龍王”臺風、2007年“圣帕”臺風期間，溪源溪流域曾發生嚴重內澇。此后，溪源溪流域防洪排澇工程體系逐步完工，為流域防洪防澇打下了堅實基礎?！跋聪饔蛄鹘涢}侯上街鎮、福州高新區，沿途匯集福州大學城的澇水?！备Ｖ菔兴指本珠L陳異介紹說，該流域防洪減災意義重大。

　　眼前的這套系統，在防御今年9月的“?？迸_風中發揮了作用。9月5—7日，受今年第11號臺風“?？钡膰乐赜绊?，溪源溪流域遭遇強降雨。數字孿生項目雖是試用，但威力初顯。

　　“預報顯示，溪源水庫最大入庫洪峰將達到每秒1290立方米，最高庫水位99.32米，超汛限水位14.12米，水庫24小時洪量為2208萬立方米，48小時洪量為3265萬立方米……達到百年一遇洪水標準?！备Ｖ菹聪×饔颍ㄏ此畮欤底謱\生項目承建單位——四創科技有限公司的項目負責人陳煒回憶起當時的情形。

　　根據不斷滾動的水雨情預測、預報和預警，9月4日12時，溪源水庫管理處啟動防御臺風、暴雨Ⅲ級應急響應。根據預報的水雨情變化趨勢，這套數字孿生系統生成了調度方案，建議溪源水提早預泄騰庫，并逐步加大預泄流量。參考預案與實際水情，9月5日零時，水庫將預泄流量提高到了泄洪洞的最大允許過流量——每秒93.8立方米。

　　9月5日5時，溪源水庫最大入庫洪峰達1290立方米/秒。結合滾動生成的預案，溪源水庫及下游流域的各個閘站展開聯合調度。5時30分起，水庫溢洪道五孔閘全部開閘泄洪，成功削減洪峰1135立方米/秒，削峰率達88%，最大程度減少了下游洪澇災害損失，保障了人民群眾生命財產安全。

　　“說明系統可為防洪減災提供有力支撐?！标悷樥f，隨著在未來實戰中的進一步優化，預報、預警、預演、預案將越來越精準，全面提升溪源溪小流域山洪災害防御能力，為江河安瀾筑起一道“數字屏障”。

　　“減少臺風和暴雨帶來的溪源溪小流域洪澇災害損失，保障溪源溪小流域公眾生命財產安全，就是數字孿生項目的主要目的?！标惍愓f。

　　上游某條支流上空降下的一場雨，可能對幾十公里外的城區產生什么影響？這樣的“蝴蝶效應”如何發生，以往靠的是人工現場查看與歷史經驗，往往有人力難及之處；而數字孿生技術，則通過計算機的強大算力，更精準測算出可能出現的險情。

　　今年5月份舉行的2023年福建省水旱災害防御綜合演練中，該項目通過算力，推演出其中的“蝴蝶效應”過程。

　　“根據預報，未來24小時，溪源溪流域和閩侯上街區域普降暴雨，平均過程雨量達300毫米，局部將超過450毫米。預測溪源溪流域上游將出現山洪，下游受閩江潮水頂托，大學新區可能出現嚴重內澇，建議對溪源溪流域庫、湖、閘、站進行聯合調度！”當指揮調度中心接到預報，溪源溪小流域（溪源水庫）數字孿生的“四預”（預報、預警、預演、預案）應用立即作出反應——

　　水庫自動預報顯示：溪源水庫當前水位84.19米，入庫流量690立方米/秒，出庫流量120立方米/秒，根據預測，1個小時后即5：00入庫洪峰流量將達900立方米/秒，超過10年一遇。

　　系統實時監測水雨情、水庫水位及汛情動態，預警系統滾動開展了洪水預報、發送山洪預警單。

　　結合洪水預報結果，根據設定的預警閾值，溪源溪流域數字孿生平臺對流域內超警水文站點、超汛限水庫、超警/超保河段等存在致災風險區域告警。

　　參考方案迅速生成：采用“泄洪洞+壩頂溢流”的組合泄洪方式，泄洪洞的設計流量每秒120立方米，根據下游河道安全過流能力，溪源水庫按每秒300立方米泄洪，錯峰疊加區間洪水，預計榕橋水閘水位7.1米，下游行洪安全，不會出現洪水漫堤。

　　“模擬了山洪災害監測預警、溪源溪流域聯合調度等場景，溪源溪流域數字孿生項目在水旱災害防御綜合演練試運用中取得良好成效?！备Ｖ菔兴指本珠L陳異說。

　　自動計量，調水更精準

　　精細化調度既能保障下游城市不“渴”，也不浪費水源，保障枯水期用水

　　近日，記者來到福建省九龍江流域中心北溪水閘調度中心。調度中心位于九龍江北溪河口、漳州市臺商投資區與龍海區交界處的郭洲頭，管理著九龍江北溪最后一級控制性水閘工程——北溪水閘，它是九龍江北溪引水工程的龍頭。深秋時節，開闊水面上白鷺不時飛過，這里的水質常年優良，是廈門原水供應的樞紐中心，承擔著廈門80%的原水供應。

　　“流域降水年內分配不均，豐、枯水季節的徑流量懸殊?！备＝ㄊ【琵埥饔蛑行母敝魅瘟纸ê榻榻B說，枯水期如何合理利用水資源、保障供水安全，成為九龍江流域工作的重點和難點。

　　2022年10月，數字孿生九龍江北溪項目啟動建設，這是全國第一批數字孿生流域試點中唯一將水資源配置與調度管理作為重點之一的試點項目。

　　九龍江流域中心副總工余啟成介紹說，項目平臺匯聚了82個水位監測、52個雨量監測、6個水質監測、3個藻類監測、32個流量監測、186個視頻以及水工程信息等數據資源，還要考慮的因素包括萬安、白沙、枋洋等周邊水庫的蓄水情況，廈門、漳州及龍巖市的生活、工業、農業及生態需水情況……

　　如何對大量水利工程實現互聯互通、系統調度，既能保障下游城市不“渴”，也不浪費水源，保障枯水期用水，這樣“燒腦”的精細化調度，需要信息化的助力。

　　經過半年建設，數字孿生九龍江北溪項目逐步成型。今年4月，“數字孿生九龍江北溪”項目成功上線了流域防洪、水資源綜合調度、工程綜合運行管理等應用場景。

　　在北溪水閘調度中心大屏幕上的“水資源調度與管理系統”，除了北溪引水工程左、中、右三條干渠的實時水量，還密布更多的數據與節點——江東泵站、江東水閘、漳州二水廠、龍海自來水廠、角美水廠……這都是下游的“海量”用水戶，包括生活用水、生產用水、農業灌溉、生態排澇等多種用水需求。

　　一旁的實時數據不停滾動：北溪水閘當前蓄水量、未來一段時間的水量增減、預計未來10天可供水量，根據取水戶計劃用水量，是否存在用水缺口……

　　“在水資源調配應用上，同樣能實現‘四預’功能?！庇鄦⒊纱蜷_預報版塊，上面顯示著北溪流域的水、雨情的實時監測數據，與降雨預測結合，自動生成流域內的來水預報。全流域梯級電站上下游的水位變化，也在實時監控中，結合水量、計劃用水量與不同場景的用水需求，系統就可以自動分析供需平衡，計算出水量缺口。

　　數字孿生九龍江北溪項目的承建方、四創科技的項目負責人蘇晉吉向記者模擬演示了調水過程：假使預報系統發現未來10天下游有100萬立方米的用水缺口，在系統中打開預演方案，在設置中輸入“應急調水”，時間為一天，為北溪水閘站補水100萬立方米，以及選擇“時間快”的方案需求，點擊“分析”鍵，頃刻間，應急調水簡報生成，措施為北溪從上游到下游，萬安水庫日均最小出庫流量為每秒10立方米，白沙水庫保持日均最小出庫流量為每秒20立方米，合溪水庫為每秒40立方米，溪仔口水庫為每秒60立方米，華口、小杞水庫為每秒80立方米……

　　當調度中心確定了較優的可行性方案，系統便自動生成了“操作票”，下發至需要調度的水庫水閘，各水庫就可依令開閘放水，無需像以往人工調取數據、開會研判后再跨部門協調與下達通知。

　　“通過‘數字大腦’，在防洪、水資源調度的科學決策上助我們實現精細化決策和科學化調度，保障供水安全，更好地為廈門、漳州等地市經濟社會發展服務?！绷纸ê檎f。

　　今年夏天的“?？奔熬o隨而來的“蘇拉”臺風是這套數字孿生技術真正的試金石。余啟成說，兩個臺風形成的“列車效應”，導致九龍江北溪流域發生超過每秒2000立方米的洪水，而依托九龍江北溪模型平臺的并行計算，每間隔1小時，節點預報方案被自主滾動構建。

　　“在數字孿生的助力下，我們提前一天預判浦南、長泰、北溪水閘等節點水位及洪峰流量；預判了北溪干流洪峰到達北溪水閘的時間和下游潮水高潮時間接近，受潮水頂托，閘門泄水能力可能被削弱?！庇鄦⒊烧f，根據項目的三維場景模擬仿真演示，調度專家及時制定、調整調度方案，輔助防汛指揮部及時下達“全開閘”泄洪指令，并于次日上午下達了“下閘蓄水”指令?！叭_閘泄洪12小時，抵御九龍江北溪流域超警、超保洪水?！?/p>

　　虛實融合，開啟“四預”之門

　　實現物理流域與數字流域之間的動態、實時信息交互與深度融合

　　“數字化不僅為了‘好看’，更是為了‘好用’?！备＝ㄊ∷麖d水旱災害防御與水文處蔡海鵬表示，傳統水利已難以滿足當下經濟社會發展提出的專業化、精細化、智能化管理要求，現代水利需要以流域為單元、以江河水系為經絡、以水利工程為節點的現代水利基礎設施網絡平臺。

　　“為防災減災‘四預’（預報、預警、預演、預案）提供智慧化支撐，是數字孿生流域的應用之一?！辈毯ｙi說，根據當地實際情況，還有水資源調配、節水等許多應用，我省選擇溪源溪小流域與九龍江北溪流域試點，除了基礎較好，也是現實需要。溪源溪小流域的應用重點在防洪，九龍江北溪流域的數字孿生則著重水資源調配，為下游社會經濟發展服務?！跋Ｍㄟ^數字孿生流域建設，為我省現代化水利建設的防災減災、水資源配置等重要任務激活‘數字引擎’?！?/p>

　　數字孿生流域，是對物理流域進行全要素、水利治理管理全過程的數字化映射，實現物理流域與數字流域之間的動態、實時信息交互與深度融合。

　　“數字孿生流域的基礎，就是流域的物理與水利數據構成的‘數據底板’，也是系統的‘算據’?！标悷樈榻B說，系統通過水利專業“算法”，依托“算力”，就可以自動計算分析，生成各類水利應用的決策建議方案，助力科學提前規避風險、減少損失或提升效益。

　　陳煒打開溪源溪數字孿生流域的預報版塊，手動輸入溪源水庫近3天的預報雨情，須臾之間，水庫的水量預報、上下游各處水位、預警發布、風險區域淹沒影響分析、水情預演、調度作業預案、淹沒地區的逃生路線……全部自動算出，一一呈現在大屏幕上。

　　反之，在某個斷面防洪水位上輸入設定值，系統很快逆推出上下游應何時開放水閘、進出水量如何控制，并生成了預演模型，作業全流程與結果一目了然。

　　2022年，四創科技成為溪源溪小流域（溪源水庫）數字孿生項目的承建方。

　　面對這一全新的課題，項目團隊將重點之一放在了數據底板的精細化上?！皩祿盗?、質量的嚴苛要求，是精準測算的基礎，也是項目的一大挑戰?！标悷樥f，他和團隊整整兩個月頂著福州的烈日，沿著溪源溪，在溪源水庫、沿途每個水閘、每個村莊實地調研，與水工管理人員、老水利人、村民訪談，一一了解哪個河段容易泛濫，哪個村莊地塊容易被淹，日常如何管理水利工程，歷史經歷過的洪澇數據……在地圖上，定出了100多個斷面水位感知點。

　　“比如溪源溪的055斷面位于邱陽河，就是在走訪中發現的重要點位之一?！标悷樥f，此處河道變窄、地勢低，容易發生淹沒風險；但又緊鄰上街鎮沙埕村與紅峰村交界處，紅峰小學就在附近，人口密集。團隊在這里設點，并設置了安全的斷面水位?；谶@個安全水位，一旦發生強降雨，系統可以自動逆推出上游的水庫和侯官、榕橋兩個水閘如何調度，保證邱陽河附近居民的安全。

　　經過水利專家助力，與多次無人機航拍、傾斜攝影、BIM模型、激光點云掃描，團隊終于打造出全流域的高仿真、智能化的水文映射數字化集成分析展示?！叭S地圖上每一道彎、沿岸每一個村落、每一個建筑與水利設施，甚至河岸的植被、河流水質，都還原了現實?！标悷樥f。

　　數字孿生技術，猶如給河流裝上“最強大腦”。我省從頂層設計上進一步完善智慧水利建設，加快制定《福建省數字孿生水利（一平臺）建設三年行動方案》，目標是至2025年，逐步建成信息共享、管理高效、服務優質、具有“四預”功能的福建省數字孿生水利平臺，做到對內全行業“一屏管水”、對外全社會“一屏看水”，推動水利高質量發展和治理能力提升。