原標(biāo)題：“以虛預(yù)實(shí)”助力精準(zhǔn)防汛

來(lái)源：科技日?qǐng)?bào)

原標(biāo)題：“以虛預(yù)實(shí)”助力精準(zhǔn)防汛

來(lái)源：科技日?qǐng)?bào)

◎本報(bào)記者 吳葉凡

“我們要運(yùn)用科技手段，不斷提升雨水情監(jiān)測(cè)、判斷能力。數(shù)字孿生技術(shù)是推動(dòng)水利工程建設(shè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要抓手。”在近日舉行的第76期科學(xué)咖啡館活動(dòng)上，主講人、中國(guó)水利水電科學(xué)研究院防洪抗旱減災(zāi)工程技術(shù)研究中心原主任呂娟說(shuō)。

近期，臺(tái)風(fēng)引起的暴雨、洪水，給災(zāi)害防御工作帶來(lái)挑戰(zhàn)。面對(duì)災(zāi)害，數(shù)字孿生水利技術(shù)成為支撐防汛的堅(jiān)實(shí)科技力量。

實(shí)時(shí)同步仿真

數(shù)字孿生技術(shù)以數(shù)字化方式描述物理實(shí)體，建立全息動(dòng)態(tài)虛擬模型。通過(guò)虛擬模型對(duì)數(shù)據(jù)的仿真、模擬、分析，可實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)體屬性和行為的監(jiān)控、預(yù)測(cè)、控制。呂娟介紹，這一技術(shù)在航空航天、工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工程全生命周期管理、城市建設(shè)等領(lǐng)域已有成熟應(yīng)用。

具體到水利領(lǐng)域，數(shù)字孿生技術(shù)將大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能等信息技術(shù)和水利業(yè)務(wù)深度融合，形成數(shù)字孿生水利。數(shù)字孿生水利將江河湖泊、水利工程實(shí)時(shí)映射到數(shù)字世界，提供精準(zhǔn)預(yù)報(bào)、超前預(yù)警、快速預(yù)演、制定預(yù)案等服務(wù)，是防洪、水資源管理等水利工作的“智慧大腦”。

近年來(lái)，我國(guó)大力推進(jìn)數(shù)字孿生水利建設(shè)。水利部印發(fā)《智慧水利建設(shè)頂層設(shè)計(jì)》《“十四五”期間推進(jìn)智慧水利建設(shè)實(shí)施方案》等文件，從數(shù)字孿生流域、數(shù)字孿生水網(wǎng)和數(shù)字孿生工程三個(gè)層面，推動(dòng)數(shù)字孿生水利建設(shè)。其中，數(shù)字孿生流域是重點(diǎn)建設(shè)內(nèi)容。“數(shù)字孿生流域是物理流域在數(shù)字空間的映射，它通過(guò)信息基礎(chǔ)設(shè)施和數(shù)字孿生平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)與物理流域的同步仿真運(yùn)行、虛實(shí)交互、迭代優(yōu)化。目前，數(shù)字孿生流域在水利領(lǐng)域處于探索和推進(jìn)階段。”呂娟說(shuō)。

算法算力增強(qiáng)

對(duì)于數(shù)字孿生水利，聰明的算法和強(qiáng)大的算力至關(guān)重要。

“算法是數(shù)字孿生的‘心臟’，我們要不斷提升算法的精準(zhǔn)度，讓模型能準(zhǔn)確、科學(xué)反映水利系統(tǒng)的物理機(jī)制。”呂娟說(shuō)。

這方面已取得積極進(jìn)展。呂娟舉例說(shuō)，中國(guó)水利水電科學(xué)研究院建立了數(shù)值模擬與人工智能雙引擎的城市洪澇模擬技術(shù)體系，實(shí)現(xiàn)對(duì)降雨產(chǎn)流—地表坡面匯流—管網(wǎng)匯流—河網(wǎng)匯流—防洪排澇工程調(diào)度的城市洪澇全過(guò)程一體化模擬，并且建立了一整套潰壩過(guò)程及下游洪水演進(jìn)分析模型理論及快速分析技術(shù)。“這些模型可有效對(duì)洪澇災(zāi)害進(jìn)行模擬，實(shí)現(xiàn)對(duì)災(zāi)害的快速預(yù)報(bào)預(yù)警。”呂娟說(shuō)。

與此同時(shí)，在我國(guó)算力基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不斷提速、算力規(guī)模不斷增長(zhǎng)的背景下，數(shù)字孿生水利算力水平也進(jìn)一步提升。“2014年國(guó)家投資2300萬(wàn)元，用于山洪災(zāi)害預(yù)警的高性能并行加速計(jì)算中試基地建設(shè)，為防洪抗旱及水利大規(guī)模并行加速計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)化業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)打下基礎(chǔ)。”呂娟說(shuō)，“現(xiàn)在，我們能做到2分鐘一次的全國(guó)山洪溝水文模擬。”

技術(shù)落地見(jiàn)效

記者了解到，數(shù)字孿生技術(shù)已多次運(yùn)用于防洪防汛。

在去年海河“23·7”流域性特大洪水期間，相關(guān)部門綜合利用氣象、水文、水動(dòng)力等模型，對(duì)流域產(chǎn)匯流、洪水演進(jìn)過(guò)程進(jìn)行超前推演，精準(zhǔn)預(yù)報(bào)永定河等洪水過(guò)程，提前3天做好東淀等蓄滯洪區(qū)啟用準(zhǔn)備。

今年，數(shù)字孿生三峽1.0版在長(zhǎng)江第1號(hào)、第2號(hào)洪水防御和團(tuán)洲垸決口險(xiǎn)情處置中得到應(yīng)用。

“山東重點(diǎn)流域防洪聯(lián)合調(diào)度決策支持服務(wù)項(xiàng)目已升級(jí)為3.0版，‘以虛預(yù)實(shí)’功能可實(shí)現(xiàn)時(shí)效分析和孿生預(yù)演。同時(shí)，3.0版可提供模型高效智能模擬分析、智能感知、智能輔助決策服務(wù)。”呂娟說(shuō)，不斷迭代的洪澇模擬技術(shù)和數(shù)字孿生技術(shù)可有效支持洪澇災(zāi)害防御的各個(gè)場(chǎng)景或環(huán)節(jié)，助力防汛工作更高效、精準(zhǔn)、科學(xué)。

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