數(shù)字孿生水網(wǎng)建設(shè)思路初探

成建國

（水利部信息中心，100053，北京）

特殊的自然地理條件、氣候因素、水資源特點和人口經(jīng)濟狀況，決定了我國是世界上治水任務(wù)最為繁重、治水難度最大的國家之一。作為水循環(huán)系統(tǒng)的物理載體，由自然河湖水系和水網(wǎng)工程（蓄、引、提、調(diào)等）構(gòu)成的水網(wǎng)是所有水循環(huán)調(diào)和措施的客觀基礎(chǔ)。我國已開啟全面建設(shè)社會主義現(xiàn)代化國家新征程，全面推進中華民族偉大復(fù)興，滿足人民群眾對美好生活的新期待，迫切需要構(gòu)建“系統(tǒng)完備、安全可靠，集約高效、綠色智能，循環(huán)通暢、調(diào)控有序”的國家水網(wǎng)。目前我國大部分水利基礎(chǔ)設(shè)施智能化水平較低，約50%中小河流、73%小型水庫、23%中型水庫沒有水文監(jiān)測設(shè)施，大多數(shù)江河堤防、中型水庫和幾乎所有小型水庫沒有安全監(jiān)測設(shè)施；信息化共享程度不高，精準(zhǔn)預(yù)測預(yù)報、精細化調(diào)配與智能控制不足，特別是起關(guān)鍵調(diào)控作用的水利工程群智能化聯(lián)合調(diào)度支撐薄弱，影響水利工程整體效益發(fā)揮。為提升國家水網(wǎng)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化水平，亟需引入新一代信息技術(shù)與國家水網(wǎng)相結(jié)合，構(gòu)建新型水利基礎(chǔ)設(shè)施。數(shù)字孿生作為新一代信息技術(shù)杰出代表，以實時同步、虛實映射、高保真度等特性為實現(xiàn)國家水網(wǎng)和智慧水利建設(shè)目標(biāo)提供了一條理想路徑。

數(shù)字孿生水網(wǎng)是建設(shè)國家水網(wǎng)的重要內(nèi)容，也是推動新階段水利高質(zhì)量發(fā)展的重要標(biāo)志之一。數(shù)字孿生水網(wǎng)主要是聚焦水網(wǎng)跨流域跨區(qū)域等特點，以及聯(lián)合調(diào)度等業(yè)務(wù)需求開展建設(shè)。數(shù)字孿生水網(wǎng)通過對物理水網(wǎng)全要素和建設(shè)運行全過程進行數(shù)字映射、智能模擬、前瞻預(yù)演，與物理水網(wǎng)同步仿真運行、虛實交互、迭代優(yōu)化，實現(xiàn)對物理水網(wǎng)的實時監(jiān)控、聯(lián)合調(diào)度、風(fēng)險防范，進而提高國家水網(wǎng)智能化管理調(diào)控能力和安全保障能力。

圖1 數(shù)字孿生水網(wǎng)建設(shè)整體框架

一、數(shù)字孿生水網(wǎng)建設(shè)總體框架

數(shù)字孿生水網(wǎng)應(yīng)按照“需求牽引、應(yīng)用至上、數(shù)字賦能、提升能力”要求，嚴(yán)格遵循“監(jiān)測系統(tǒng)完善、調(diào)控網(wǎng)絡(luò)智能、預(yù)演決策支持、安全運行可靠”建設(shè)原則，以物理水網(wǎng)為單元、時空數(shù)據(jù)為底座、數(shù)學(xué)模型為核心、水網(wǎng)知識為驅(qū)動，支撐水網(wǎng)工程聯(lián)合調(diào)度?？傮w框架包括數(shù)字孿生平臺、信息化基礎(chǔ)設(shè)施、典型應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)安全體系、保障體系等，如圖1所示。

數(shù)字孿生平臺包括數(shù)據(jù)底板、模型平臺、知識平臺等。其中，數(shù)據(jù)底板包括數(shù)據(jù)資源、數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)引擎，模型平臺包括水網(wǎng)專業(yè)模型、智能識別模型、可視化模型和模擬仿真引擎，知識平臺包括水網(wǎng)知識和水網(wǎng)知識引擎。

信息化基礎(chǔ)設(shè)施包括監(jiān)測感知、通信網(wǎng)絡(luò)、遠程集控、計算存儲、應(yīng)用支撐和調(diào)度指揮實體環(huán)境等，為水網(wǎng)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)存儲、分析計算、系統(tǒng)運行、設(shè)備控制等提供基礎(chǔ)支撐。

典型應(yīng)用包括安全運行監(jiān)視、聯(lián)合調(diào)度決策、日常業(yè)務(wù)管理、應(yīng)急事件處置等，為水網(wǎng)科學(xué)決策、精準(zhǔn)調(diào)度、安全運行等提供支撐。

網(wǎng)絡(luò)安全體系包括組織管理、安全技術(shù)、安全運營、監(jiān)督檢查等，以及重要數(shù)據(jù)和工控系統(tǒng)的安全防護，為數(shù)字孿生水網(wǎng)提供安全保障。

保障體系包括組織機制、科技攻關(guān)、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等，為數(shù)字孿生水網(wǎng)建設(shè)與運行提供保障。

二、數(shù)字孿生平臺

1.數(shù)據(jù)底板

數(shù)據(jù)底板應(yīng)包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、監(jiān)測數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)管理數(shù)據(jù)、共享數(shù)據(jù)、地理空間數(shù)據(jù)等。在數(shù)字孿生流域和數(shù)字孿生水利工程數(shù)據(jù)底板基礎(chǔ)上，按需匯聚和補充數(shù)字孿生水網(wǎng)相關(guān)數(shù)據(jù)。應(yīng)深化水網(wǎng)專題數(shù)據(jù)資源建設(shè)，擴展數(shù)據(jù)范圍，提高數(shù)據(jù)質(zhì)量，建立健全數(shù)據(jù)更新機制。

數(shù)字孿生水網(wǎng)數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)引擎應(yīng)參照《數(shù)字孿生流域建設(shè)技術(shù)大綱（試行）》和《數(shù)字孿生水利工程建設(shè)技術(shù)導(dǎo)則（試行）》有關(guān)要求建設(shè)。

應(yīng)按照編碼標(biāo)準(zhǔn)對水網(wǎng)對象進行編碼，實現(xiàn)水網(wǎng)對象的唯一標(biāo)識。以水網(wǎng)對象為主題按照數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)匯聚水網(wǎng)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)跨流域、跨區(qū)域數(shù)據(jù)的融合。

2.模型平臺

（1）水網(wǎng)專業(yè)模型

水網(wǎng)專業(yè)模型應(yīng)包括水文、水資源、水生態(tài)環(huán)境、水力學(xué)、水工程調(diào)度等模型，可按需建設(shè)泥沙動力學(xué)、水工程安全等模型。

水文模型應(yīng)包括調(diào)蓄工程匯水區(qū)降雨預(yù)報、產(chǎn)匯流模型，水網(wǎng)工程管理范圍暴雨預(yù)報模型，受洪水影響渠道沿線、調(diào)蓄工程、輸配水河道洪水預(yù)報模型，冰期輸水河渠沿線氣溫預(yù)報、冰凌預(yù)報模型、受咸潮影響的水源咸情預(yù)報模型等。

水資源模型應(yīng)包括調(diào)蓄工程及輸配水河道斷面徑流預(yù)報、水網(wǎng)工程供水對象需水預(yù)測、水網(wǎng)可供水量分析、水網(wǎng)水量收支核算等模型。

水生態(tài)環(huán)境模型應(yīng)包括水源與輸水河渠水質(zhì)模擬、水質(zhì)預(yù)測模型，突發(fā)水污染輸移擴散、溯源分析模型，水生態(tài)（水華、富營養(yǎng)化等）預(yù)測分析模型，生態(tài)流量（水位）調(diào)度模型，受水區(qū)生態(tài)修復(fù)效果評估模型等。

水力學(xué)模型應(yīng)包括輸水河渠、調(diào)蓄湖庫水力學(xué)模型，有壓管道瞬變流計算模型，輸水河渠冰動力學(xué)模型等。

水工程調(diào)度模型應(yīng)包括水網(wǎng)工程供水、防洪、水生態(tài)、航運等多目標(biāo)聯(lián)合調(diào)度模型（包括年、月、旬、日等尺度），水污染、特殊干旱、工程事故等突發(fā)水事件應(yīng)急調(diào)度模型，水網(wǎng)工程實時安全調(diào)度控制模型等。

（2）智能識別模型

智能識別模型應(yīng)在充分共用數(shù)字孿生流域和數(shù)字孿生水利工程智能識別模型基礎(chǔ)上，根據(jù)水網(wǎng)業(yè)務(wù)應(yīng)用需求補充構(gòu)建遙感識別、視頻識別、聲紋識別等模型。

（3）可視化模型

可視化模型應(yīng)包括自然河湖、水網(wǎng)工程和地理背景等模型。其中，自然河湖的建模對象應(yīng)包括河流、湖泊、地下水等，水網(wǎng)工程建模對象應(yīng)包括引調(diào)水工程、取水工程、輸配水通道、河湖水系連通工程、供水渠道、控制性調(diào)蓄工程等。

自然河湖可視化模型應(yīng)支持在模擬仿真引擎中直觀表達水位、流量、水質(zhì)等動態(tài)監(jiān)測信息，以及水流流態(tài)、水力特性、泥沙運動等流場信息。

水網(wǎng)工程可視化模型應(yīng)滿足仿真模擬、綜合展示、業(yè)務(wù)管理等需要。

自然河湖水系、水網(wǎng)工程與地理背景等可視化模型應(yīng)融合展示，直觀表達水網(wǎng)“綱、目、結(jié)”關(guān)系。

（4）模擬仿真引擎

模型仿真引擎應(yīng)參照《數(shù)字孿生流域建設(shè)技術(shù)大綱（試行）》和《數(shù)字孿生水利工程建設(shè)技術(shù)導(dǎo)則（試行）》有關(guān)要求進行構(gòu)建，并根據(jù)水網(wǎng)業(yè)務(wù)應(yīng)用需求補充。

模擬仿真引擎應(yīng)具備模型版本管理、參數(shù)配置、組合裝配、加載調(diào)用、計算跟蹤、訓(xùn)練優(yōu)化、模型迭代等服務(wù)能力，實現(xiàn)面向不同業(yè)務(wù)、不同場景、不同目標(biāo)的模型靈活配置和調(diào)用，為業(yè)務(wù)應(yīng)用提供計算和可視化等服務(wù)。

3.知識平臺

知識平臺應(yīng)在數(shù)字孿生流域知識平臺和數(shù)字孿生水利工程知識庫基礎(chǔ)上，構(gòu)建水網(wǎng)對象關(guān)聯(lián)關(guān)系、預(yù)報方案、業(yè)務(wù)規(guī)則、歷史場景和調(diào)度方案等水網(wǎng)知識及水網(wǎng)知識引擎。

水網(wǎng)對象關(guān)聯(lián)關(guān)系包括物理對象及關(guān)系和水網(wǎng)調(diào)配概念及關(guān)系，其中水網(wǎng)物理對象及關(guān)系應(yīng)重點覆蓋調(diào)蓄工程、輸配水通道、受水對象及工程管理部門等，水網(wǎng)調(diào)配概念及關(guān)系應(yīng)重點建設(shè)水網(wǎng)調(diào)配相關(guān)業(yè)務(wù)的概念及關(guān)聯(lián)關(guān)系。

預(yù)報方案知識應(yīng)包含水網(wǎng)關(guān)鍵性控制斷面的來水、來沙、區(qū)域需水等預(yù)報模型及參數(shù)。

業(yè)務(wù)規(guī)則知識應(yīng)包含數(shù)字孿生流域、數(shù)字孿生水利工程中的相關(guān)風(fēng)險預(yù)警研判規(guī)則，根據(jù)水網(wǎng)調(diào)配預(yù)警需求，補充水網(wǎng)防洪風(fēng)險、供水短缺風(fēng)險等預(yù)警研判規(guī)則。

歷史場景知識應(yīng)包含典型干旱與洪水、應(yīng)急事件及特定經(jīng)濟社會發(fā)展水平的水網(wǎng)調(diào)配歷史場景，包括場景特征、處置過程及效果、處置經(jīng)驗等內(nèi)容。

調(diào)度方案知識應(yīng)包含水網(wǎng)工程多業(yè)務(wù)聯(lián)合的調(diào)度處置預(yù)案、方案等，并對調(diào)度方案的執(zhí)行效果進行評價。

水網(wǎng)知識引擎應(yīng)實現(xiàn)水網(wǎng)知識表示、抽取、融合、推理和存儲等功能。

三、信息化基礎(chǔ)設(shè)施

1.監(jiān)測感知

監(jiān)測感知應(yīng)包括自然河湖水系、水網(wǎng)工程和取用水單元等監(jiān)測感知，充分共享數(shù)字孿生流域和數(shù)字孿生水利工程監(jiān)測感知數(shù)據(jù)，科學(xué)規(guī)劃監(jiān)測感知體系，覆蓋水文斷面、水源、輸配水工程、供水口門、需水單元等對象，擴展監(jiān)測項目，加大監(jiān)測密度，提高監(jiān)測頻次，為數(shù)據(jù)底板提供全要素實時感知數(shù)據(jù)。

自然河湖監(jiān)測感知應(yīng)在數(shù)字孿生流域感知網(wǎng)基礎(chǔ)上，根據(jù)典型應(yīng)用需求，加強水文斷面監(jiān)測，主要包括行政邊界、供水控制、生態(tài)流量控制、防洪控制等斷面監(jiān)測。

水網(wǎng)工程監(jiān)測感知應(yīng)在數(shù)字孿生水利工程監(jiān)測感知體系基礎(chǔ)上，以引調(diào)水、取水、輸配水、水系連通等工程為重點，圍繞水量平衡、輸水效率、安全運行等，加強水源水量水質(zhì)要素、輸配水工程和工程交叉節(jié)點運行狀態(tài)、供水口門流量等監(jiān)測。

取用水單元監(jiān)測感知應(yīng)在現(xiàn)有取用水監(jiān)控體系的基礎(chǔ)上，以灌區(qū)、水廠、直接取水用戶等為重點，共享氣象、農(nóng)情、墑情、旱情及經(jīng)濟社會等信息，加強用水和需水等相關(guān)指標(biāo)監(jiān)測。

應(yīng)以地面站網(wǎng)監(jiān)測為基礎(chǔ)，充分利用衛(wèi)星遙感、無人機、無人船、視頻、水下機器人以及大數(shù)據(jù)、人工智能、云計算等技術(shù)手段，構(gòu)建自動、智能、高效的天空地一體化監(jiān)測感知體系。

2.通信網(wǎng)絡(luò)

通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)強化調(diào)控網(wǎng)絡(luò)智能，以支撐水網(wǎng)工程聯(lián)合調(diào)度為目標(biāo)，充分共用數(shù)字孿生流域和數(shù)字孿生水利工程通信網(wǎng)絡(luò)，聚焦水網(wǎng)工程信息共享和遠程集控等網(wǎng)絡(luò)連通需求，科學(xué)規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，擴大覆蓋范圍，提升網(wǎng)絡(luò)性能，為數(shù)據(jù)傳輸提供高可靠網(wǎng)絡(luò)保障。通信網(wǎng)絡(luò)包括業(yè)務(wù)網(wǎng)和工控網(wǎng)，應(yīng)遵循《數(shù)字孿生流域建設(shè)技術(shù)大綱（試行）》和《數(shù)字孿生水利工程建設(shè)技術(shù)導(dǎo)則（試行）》等相關(guān)技術(shù)要求。

業(yè)務(wù)網(wǎng)應(yīng)覆蓋水網(wǎng)工程管理單位，分為信息管理區(qū)和互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)區(qū)，實現(xiàn)與各級水利部門業(yè)務(wù)網(wǎng)的互聯(lián)互通，為業(yè)務(wù)協(xié)同和信息共享提供網(wǎng)絡(luò)保障。

工控網(wǎng)為遠程集控提供網(wǎng)絡(luò)保障，宜分為實時控制區(qū)、過程監(jiān)控區(qū)，應(yīng)覆蓋水網(wǎng)“綱、目、結(jié)”。

宜構(gòu)建適度超前的滿足大帶寬、低時延、智能運維等要求的光纖通信網(wǎng)絡(luò)，為水網(wǎng)工程調(diào)度控制和數(shù)據(jù)傳輸?shù)忍峁└呖煽客ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)支撐。

3.遠程集控

為滿足水網(wǎng)智能調(diào)度控制等要求，應(yīng)建設(shè)遠程集控系統(tǒng)，覆蓋水網(wǎng)“綱、目、結(jié)”中閘泵閥等控制設(shè)備設(shè)施，實現(xiàn)調(diào)度控制網(wǎng)絡(luò)智能全覆蓋。

遠程集控系統(tǒng)宜選用支持水源供應(yīng)、水源切換等遠程控制的智能化設(shè)施設(shè)備，滿足多水源供水系統(tǒng)的科學(xué)規(guī)范、精準(zhǔn)高效等調(diào)度控制要求；應(yīng)加強遠程集控系統(tǒng)與視頻監(jiān)控系統(tǒng)的融合應(yīng)用，共享其他部門/行業(yè)現(xiàn)有視頻監(jiān)控資源；為滿足遠程集控需要，應(yīng)加快水網(wǎng)已建自動化控制設(shè)施升級改造；應(yīng)按照安全可靠的要求，加強遠程集控系統(tǒng)安全性、可靠性。

4.計算存儲

在充分共用數(shù)字孿生流域和數(shù)字孿生水利工程計算存儲資源的基礎(chǔ)上，科學(xué)規(guī)劃和建設(shè)云網(wǎng)融合、邏輯集中的計算存儲環(huán)境，為數(shù)字孿生水網(wǎng)高保真模擬運行等提供算力支撐，主要包括通用計算與存儲、高性能計算、人工智能計算、災(zāi)備系統(tǒng)等，并預(yù)留冗余發(fā)展空間。

通用計算與存儲應(yīng)滿足基本應(yīng)用的部署運行，宜采用云計算技術(shù)。

高性能計算環(huán)境應(yīng)滿足水網(wǎng)聯(lián)合調(diào)度的大規(guī)模數(shù)值計算、大場景推演分析、多目標(biāo)優(yōu)化、多方案比選等需求。

人工智能計算應(yīng)根據(jù)數(shù)字孿生水網(wǎng)的智能識別模型訓(xùn)練、知識學(xué)習(xí)推理等計算需求，配備必要的圖形處理器（GPU）、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器（NPU）等資源，具備AI訓(xùn)練、推理、智能分析和任務(wù)管理等能力。

災(zāi)備系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)數(shù)字孿生水網(wǎng)高可靠性要求，具備本地備份和異地災(zāi)備等功能，實現(xiàn)重要業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)容災(zāi)、關(guān)鍵業(yè)務(wù)應(yīng)用容災(zāi)。

宜按需部署“邊、端”算力，以滿足工程監(jiān)測、智能安防等實時性高的應(yīng)用需求。

5.應(yīng)用支撐

應(yīng)在充分利用水利信息化應(yīng)用支撐資源的基礎(chǔ)上，配置必要的通用基礎(chǔ)工具軟件等，以滿足數(shù)據(jù)底板、模型平臺、知識平臺與典型應(yīng)用等建設(shè)。其建設(shè)內(nèi)容應(yīng)包括必要的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、地理信息服務(wù)、應(yīng)用中間件、工作流引擎、門戶、身份認證、報表管理等。

6.調(diào)度指揮實體環(huán)境

應(yīng)包括融合通信系統(tǒng)、集成顯示系統(tǒng)、綜合會商系統(tǒng)、聯(lián)合值班環(huán)境等。一方面應(yīng)聚焦水網(wǎng)統(tǒng)一調(diào)度和遠程集控等需求，提供聯(lián)合值班、綜合展示、方案預(yù)演、會商研判、應(yīng)急指揮等一體化功能；另一方面應(yīng)具備與水網(wǎng)工程管理單位和人員進行實時通訊的能力，滿足重要決策研判、重大事件處置的研討會商和調(diào)度指揮等需要。

四、典型應(yīng)用

1.安全運行監(jiān)視

安全運行監(jiān)視應(yīng)在共享數(shù)字孿生流域、數(shù)字孿生水利工程基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、監(jiān)測數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)管理數(shù)據(jù)等基礎(chǔ)上，構(gòu)建水網(wǎng)工程狀態(tài)監(jiān)測指標(biāo)體系，從時間、空間、業(yè)務(wù)等多維度進行綜合信息展示、實時監(jiān)視。此外還應(yīng)構(gòu)建安全預(yù)警指標(biāo)體系，調(diào)用相關(guān)模型，對水網(wǎng)運行進行全方位的故障定位、診斷分析、智能預(yù)警，并評估分析水網(wǎng)運行的安全性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟性等。

2.聯(lián)合調(diào)度決策

應(yīng)突出預(yù)演決策支持，針對水資源調(diào)配、防洪排澇調(diào)度、水生態(tài)調(diào)度等不同調(diào)度場景，構(gòu)建水網(wǎng)工程體系多目標(biāo)聯(lián)合調(diào)度應(yīng)用，調(diào)用精準(zhǔn)模擬算法，對水網(wǎng)運行狀態(tài)進行風(fēng)險識別預(yù)警，對水網(wǎng)工程調(diào)度控制進行多方案預(yù)演，高效確定最優(yōu)方案。

（1）水資源調(diào)配的“四預(yù)”功能

①預(yù)報。應(yīng)充分利用雨水情、工情、墑情、旱情、咸情、冰情、取用水信息以及氣象、海洋水文等監(jiān)測信息，調(diào)用徑流預(yù)報、需水預(yù)測、可供水量分析等模型，對水網(wǎng)工程中的水源進行年、月、旬、日徑流預(yù)報與可供水量分析，對水網(wǎng)工程供水對象進行年、月、旬需水預(yù)測。

②預(yù)警。應(yīng)基于監(jiān)測和預(yù)報等信息，利用水資源預(yù)警規(guī)則知識，對水網(wǎng)工程供水短缺、旱災(zāi)、咸潮等風(fēng)險進行預(yù)警。

③預(yù)演。應(yīng)充分利用來水預(yù)報、需水預(yù)測、水網(wǎng)工程運行等信息，調(diào)用水網(wǎng)工程多目標(biāo)聯(lián)合調(diào)度模型及水網(wǎng)工程歷史場景知識等，充分考慮防洪排澇、水生態(tài)保護等需求，生成考慮多主體利益的年、月、旬水量調(diào)度計劃以及“綱、目、結(jié)”工程調(diào)度方案，并通過預(yù)演確定最優(yōu)方案。

④預(yù)案。應(yīng)依據(jù)預(yù)演確定的方案，考慮水網(wǎng)工程最新工況等，確定水網(wǎng)工程運用時機、非工程措施以及組織實施，實化細化水資源調(diào)配預(yù)案，基于預(yù)案生成調(diào)度和控制指令，并對指令進行實時跟蹤與執(zhí)行反饋。

（2）防洪排澇調(diào)度的“四預(yù)”功能

①預(yù)報。應(yīng)充分利用雨水情、工情、冰情以及氣象、海洋水文監(jiān)測信息，調(diào)用降雨、洪水預(yù)報等模型，預(yù)報調(diào)蓄工程匯水區(qū)降雨、水網(wǎng)工程管理范圍暴雨等，對重點調(diào)蓄工程、防洪控制斷面、受洪水影響渠道沿線洪水等進行預(yù)報。

②預(yù)警。應(yīng)基于監(jiān)測和預(yù)報等信息，利用防洪預(yù)警規(guī)則等知識，對水網(wǎng)工程及其影響對象進行洪水風(fēng)險預(yù)警。

③預(yù)演。應(yīng)充分利用降雨預(yù)報、洪水預(yù)報、水網(wǎng)工程運行等信息，調(diào)用水網(wǎng)工程防洪調(diào)度模型及水網(wǎng)工程歷史場景知識等，充分考慮水資源調(diào)配、水生態(tài)保護等需求，生成調(diào)蓄水庫、行洪河道、分洪設(shè)施、蓄滯洪區(qū)、排澇泵站等工程體系的多套防洪調(diào)度方案并進行預(yù)演，并通過預(yù)演確定最優(yōu)方案。

④預(yù)案。應(yīng)依據(jù)預(yù)演確定的方案，考慮水網(wǎng)工程最新工況等，確定水網(wǎng)工程運用時機、非工程措施以及組織實施，實化細化防洪排澇預(yù)案，基于預(yù)案生成調(diào)度和控制指令，并對指令進行實時跟蹤與執(zhí)行反饋。

（3）水生態(tài)調(diào)度的“四預(yù)”功能

①預(yù)報。應(yīng)充分利用雨水情、工情、水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)等，調(diào)用徑流預(yù)報、水質(zhì)模擬與預(yù)測等模型，對生態(tài)流量控制斷面等進行徑流預(yù)報，對水源、關(guān)鍵河渠斷面等進行水質(zhì)預(yù)測等。

②預(yù)警。應(yīng)基于監(jiān)測與預(yù)報信息等，利用水生態(tài)預(yù)警規(guī)則等知識，對生態(tài)流量斷面進行超限預(yù)警，對輸水河渠、水源進行水質(zhì)等風(fēng)險預(yù)警。

③預(yù)演。應(yīng)充分利用徑流預(yù)報、水質(zhì)預(yù)測、水網(wǎng)工程運行等信息，調(diào)用受水區(qū)生態(tài)修復(fù)效果評估、水網(wǎng)工程多目標(biāo)聯(lián)合調(diào)度等模型，充分考慮水資源調(diào)配、防洪排澇等需求，生成多套生態(tài)流量與水質(zhì)保障、生態(tài)補水的調(diào)度方案，并通過預(yù)演確定最優(yōu)方案。

④預(yù)案。應(yīng)依據(jù)預(yù)演確定的方案，考慮水網(wǎng)工程最新工況等，確定水網(wǎng)工程運用時機、非工程措施以及組織實施，實化細化水生態(tài)調(diào)度預(yù)案，基于預(yù)案生成調(diào)度和控制指令，并對指令進行實時跟蹤與執(zhí)行反饋。

3.日常業(yè)務(wù)管理

日常業(yè)務(wù)管理包括調(diào)度管理、日常值班、統(tǒng)計分析等。

①調(diào)度管理。應(yīng)包括用水計劃申報，調(diào)度計劃申報、審批和下達，調(diào)度指令下達和執(zhí)行反饋，以及調(diào)度運行年、月、旬、日臺賬管理等功能，支撐水網(wǎng)調(diào)度計劃申報、審批和執(zhí)行等全流程閉環(huán)管理。

②日常值班。應(yīng)包括值班考勤、工作報表、通知公告、總結(jié)計劃等功能。

③統(tǒng)計分析。應(yīng)包括水量水費核算、水網(wǎng)調(diào)度統(tǒng)計分析等功能，支撐水網(wǎng)調(diào)度管理、水權(quán)交易管理等。

4.應(yīng)急事件處置

應(yīng)急事件處置應(yīng)包括應(yīng)急信息匯聚、應(yīng)急預(yù)案管理、應(yīng)急調(diào)度預(yù)案、應(yīng)急聯(lián)動處置等。

①應(yīng)急信息匯聚。應(yīng)廣泛及時獲取突發(fā)水污染、工程事故、局地暴雨等突發(fā)事件信息，以及地震、堰塞湖、泥石流等自然災(zāi)害信息，充分利用衛(wèi)星遙感、無人機等途徑獲取信息，并及時掌握網(wǎng)絡(luò)輿情信息。

②應(yīng)急預(yù)案管理。應(yīng)針對各類突發(fā)事件制定和完善應(yīng)急處置預(yù)案，按照知識平臺要求實現(xiàn)應(yīng)急處置預(yù)案的數(shù)字化、空間化管理，并提供簡便易用的預(yù)案調(diào)用等功能。

③應(yīng)急調(diào)度預(yù)演。應(yīng)依據(jù)獲取的應(yīng)急事件信息，結(jié)合應(yīng)急處置預(yù)案，調(diào)用突發(fā)水事件應(yīng)急調(diào)度等模型，生成多套處置方案，并通過預(yù)演確定最優(yōu)方案。

④應(yīng)急聯(lián)動處置。應(yīng)依托調(diào)度指揮實體環(huán)境的融合通訊系統(tǒng)、綜合會商系統(tǒng)等，開展異地會商，統(tǒng)籌調(diào)度應(yīng)急資源，并實時跟蹤處置過程。

五、網(wǎng)絡(luò)安全體系

網(wǎng)絡(luò)安全體系應(yīng)遵循網(wǎng)絡(luò)安全等級保護、關(guān)鍵信息基礎(chǔ)設(shè)施安全保護、《數(shù)字孿生水利工程建設(shè)技術(shù)導(dǎo)則（試行）》等有關(guān)要求，落實網(wǎng)絡(luò)安全“三同步”（同步規(guī)劃、同步建設(shè)、同步運行）。

重要數(shù)據(jù)防護應(yīng)逐級落實數(shù)據(jù)安全責(zé)任，進行數(shù)據(jù)分類分級并識別細化重要數(shù)據(jù)目錄，充分應(yīng)用商用密碼等必要措施，開始數(shù)據(jù)全生命周期安全管理。

工控系統(tǒng)安全防護應(yīng)落實系統(tǒng)分區(qū)分域、設(shè)備安全可控、數(shù)據(jù)密碼保護、網(wǎng)絡(luò)可信準(zhǔn)入等要求。

六、保障體系

保障體系包括組織機制、科技攻關(guān)、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等。

①組織機制。按照水網(wǎng)指揮調(diào)度、控制管理、運行維護等模式，建立健全數(shù)字孿生水網(wǎng)信息共享、業(yè)務(wù)協(xié)同等機制，充分發(fā)揮水網(wǎng)綜合效能。

②科技攻關(guān)。圍繞數(shù)字孿生水網(wǎng)建設(shè)，開展水網(wǎng)流場高保真模擬技術(shù)、水網(wǎng)工程聯(lián)合調(diào)度控制理論與方法、水網(wǎng)運行風(fēng)險識別預(yù)警關(guān)鍵技術(shù)、水網(wǎng)智能化設(shè)施設(shè)備及技術(shù)等重大課題研究。

③標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。統(tǒng)籌協(xié)調(diào)數(shù)字孿生流域、數(shù)字孿生水網(wǎng)、數(shù)字孿生水利工程需求，完善智慧水利標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系。

七、結(jié) 語

數(shù)字孿生水網(wǎng)建設(shè)應(yīng)覆蓋國家水網(wǎng)“綱、目、結(jié)”對象并兼顧影響范圍，同時和物理水網(wǎng)同步規(guī)劃、設(shè)計、建設(shè)和運行。對在建、已建和新建水網(wǎng)工程應(yīng)開展智能化建設(shè)與改造，以滿足數(shù)字孿生水網(wǎng)建設(shè)要求。數(shù)字孿生水網(wǎng)建設(shè)應(yīng)遵循智慧水利總體框架，充分利用已建水利信息化資源，并加強與數(shù)字孿生流域、數(shù)字孿生水利工程的統(tǒng)籌，充分共享數(shù)字孿生流域和數(shù)字孿生水利工程的建設(shè)成果。支撐的業(yè)務(wù)應(yīng)突出安全運行監(jiān)視、聯(lián)合調(diào)度決策、日常業(yè)務(wù)管理、應(yīng)急事件處置等，必要時可補充擴展。應(yīng)充分應(yīng)用云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、衛(wèi)星遙感、5G、區(qū)塊鏈、BIM等新一代信息技術(shù)，構(gòu)建實用先進系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)安全應(yīng)和信息系統(tǒng)“同步規(guī)劃、同步建設(shè)、同步運行”，并采用自主可控的技術(shù)、產(chǎn)品和服務(wù)。應(yīng)統(tǒng)籌考慮工程安全、供水安全、水質(zhì)安全、網(wǎng)絡(luò)安全、算法安全、數(shù)據(jù)安全等要求?！?/p>