今年來，水利部先后印發《關于大力推進智慧水利建設的指導意見》《智慧水利建設頂層設計》《“十四五”智慧水利建設規劃》《“十四五”期間推進智慧水利建設實施方案》等系列文件，明確了推進智慧水利建設的主要任務。

《2024年水利工程運行管理工作要點》明確提出：加快構建現代化水庫運行管理矩陣。全面推進試點水庫、先行區域實施全覆蓋、全要素、全天候、全周期“四全”管理，完善體制、機制、法治、責任制“四制（治）”體系，強化預報、預警、預演、預案“四預”措施，加強除險、體檢、維護、安全“四管”工作，強化數字賦能，積極探索路徑，率先實現突破，取得階段性成果。

現狀分析

我國大部分大中型信息系統建設處于單一業務層面，導致信息缺共享、管理少手段、決策無支撐等局面，對照當前國家和水利部關于數字孿生水利建設的要求仍然存在明顯差距，制約新階段水利高質量發展。

水庫全方位管控能力低

水庫全覆蓋有效監管尚有欠缺，有效信息掌握不夠精準系統，全天候監控手段不足，建設、運行、報廢全周期管理尚不完善。

水庫信息化管理能力有待提升

部分大中型水庫監測設施老化損壞，監測平臺建設滯后，監測數據匯集和共享應用能力不足；數字孿生水庫建設尚處于初步階段，預報、預警、預演、預案“四預”能力有待提高，數字化、網絡化、智能化水平亟待提升。

聯合調度能力、決策支持水平仍需完善提升

流域防洪調度智能化有待完善提升，需將新一代信息技術深入融合應用，進一步提升優化算據、算力、算法來全面滿足聯合調度會商決策需求。

四信大中型水庫數字孿生調度運營解決方案

四信嚴格遵循水利部智慧水利頂層設計及數字孿生水利工程建設總體框架，結合大中型水庫發展現狀和實際需求，形成水庫數字孿生工程建設框架。

以提升預報調度智能化為主線，“數字化場景、智慧化模擬、精準化決策”為路徑，通過數字孿生、大數據、人工智能、模型云等技術全力推進新技術與業務的深度融合應用，提高應用水平，實現“數字孿生場景化應用、預報調度一體化模擬、四預過程智能化決策”，圍繞數字孿生水庫上游集水區域，以“四預”為全過程決策鏈，場景化打造水庫數字孿生。

（1）物聯網感知

圍繞水庫及上下游水利業務，利用智能傳感、智能視頻、預警廣播、衛星遙感、北斗通信等技術，擴大江河湖泊水系、水利工程設施、水利管理活動等監測范圍構建監測匯集平臺，圍繞流域監管需求共享交換地方水利部門和其他行業監管數據，提升感知智能化水平。

（2）網絡傳輸

依托現有庫區局域網、水利專網、互聯網絡，建設基于4G與北斗相互補充，主備切換的網絡系統。保障系統在災前、災中、災后全時段、全區域范圍內水利、水文數據的完整性。

（3）數據中心

基于L1~L3級數據底板的數據資源及數據管理軟件組成，通過傾斜攝影、激光掃描等技術建設L2級底板，選取重點水利工程建設精細化BIM模型，在此基礎上疊加水利專業數據、業務數據、遙測感知數據、經濟數據、行政數據等。

數據管理系統包含數據管理、數據治理（質控、融合、標準化、錯報統計）、數據共享/發布、數據交互等功能，為業務系統和第三方系統提供完備的數據供應保障。

（4）模型平臺

模型平臺主重點圍繞防汛調度和大壩工程安全。

防洪調度：建設以防汛調度為業務核心的洪水預報的水文預報模型、水庫泄洪調度模型、下游洪水淹沒分析的二維水動力模型

大壩工程安全：建設以大壩結構安全為核心的大壩結構安全模型。

（5）應用層

應用支撐系統作為模型運行平臺、業務系統、孿生可視化系統的基礎支撐，由服務運行管理平臺、物聯網管理平臺、孿生渲染引擎組成；其中服務運行管理平臺主要用于各類平臺服務的運行管理，用于保障整體平臺高可靠運行，孿生渲染引擎要用于孿生可視化平臺的組態化配置管理，而物聯網管理平臺主要是解決前端感知設備的統一接入管理及用戶鑒權的統一管理。

應用系統以防洪四預為核心業務，提供防汛調度、水庫工程安全管理、知識檔案庫及其它后臺服務組成。

防汛調度系統通過優化洪水預報調度模塊，提高洪水預報的精度，增加洪水預報有效預見期，結合一、二維水動力模型模擬下游淹沒情況，通過調度預案及應急處置，為洪水調控及災情處置提供數據支撐及輔助決策。

水庫工程安全管理系統通過傳感器感知監測、預警分析等方式，對工程安全進行全方面的監督管理，確保水庫工程的安全和穩定。

知識檔案包含了水利工程的預案庫、知識圖譜庫、業務規則庫、專家經驗庫等信息。

（6）展示層和用戶層

基于數字孿生的三維可視化引擎，圍繞“四預”要求，結合大中型水庫現實需求，利用物聯網、云計算、大數據、數字孿生、“可視化”追蹤等技術，通過集成水文模型和氣象模型，實現對水庫未來的水位、流量等的預測及模擬仿真，可模擬不同降雨情景下的水庫來水過程，水庫調度過程，通過預測及預演洪水過程來對未來的事件進行評估，結合預測及推演過程提前采取有效的防洪措施。

水利局、應急管理局，水庫管理中心等管理單位通過展示層與系統進行互動，角色以用戶、管理員、操作員等，根據單位或個人的權限和需求使用系統的功能。

方案優勢

一站式全場景

一站式全場景通過軟硬件相結合，基于數字孿生技術，提供全面的水庫管理和運營解決方案。方案中涉及到的軟件和硬件，均為自主設計，研發，生產，服務。

全面圍繞四預展開

圍繞預報、預警、預演、預案提供全面的業務分析和預測能力，幫助管理人員做出準確的決策。

適配國產化環境

可以更好地與國內環境相融合，滿足國產化的適配需求和要求，提高系統的可用性、可靠性、安全性。

系統高效交付

通過模塊化設計、可定制化配置、預置模型和算法庫、靈活的數據接口、快速部署和集成，以及用戶支持等手段，實現系統的高效交付。

應用案例

某江泄洪預警平臺

基于流域的L1~L3級數據底板，以監測預警、水文預報、泄洪調度、下游淹沒分析為主線通過泄洪調度模板顯示泄洪量曲線變化實時分析和預測泄洪情況，及時發出預警信息，提醒相關部門和居民采取相應的防范和應對措施，減少泄洪可能帶來的災害損失。

濱州市沾化區數字孿生四預平臺

以沾化徒駭河為是為試點河段，呈現該流域水雨情監測、庫區及小流域來水預報、河道洪水推演、淹沒分析的數據計算和展示，滿足“預報精準化、預警超前化、預演數字化預案科學化”的智能水利業務應用需求。