数字孪生赋能治水新时代 我国构建智慧水利体系守护国家水安全

问题:水安全风险与治理精细化需求叠加,传统治水方式面临瓶颈。

我国人多水少、水资源时空分布不均,极端天气事件增多带来洪涝干旱交替风险,叠加城镇化用水增长、生态用水刚性约束以及跨区域调水工程运行复杂度提升,治水需要在更短时间内做出更精准的判断与调度。

以往依赖人工测算、分散监测和经验调度的模式,在信息获取、预测精度、协同响应和应急预案推演等方面存在局限,难以满足“既要安全、又要效率、还要生态”的综合目标。

原因:数字化转型条件成熟,推动治理体系从“看得见”迈向“算得准、推得出”。

一方面,监测感知手段快速完善,“天空地水工”一体化监测体系逐步成形,气象卫星、各类雷达、雨量站、水文站等共同构成雨水情监测预报的多道防线,使“云中雨—落地雨—河中水”链条的数据获取更连续、更及时。

另一方面,数据资源沉淀与算力、平台能力提升,为对流域来水、工程运行、供需平衡开展高频滚动推演创造了基础。

更重要的是,水利业务对“预报、预警、预演、预案”(即“四预”)的刚性需求,促使技术与业务深度融合,形成可复制推广的数字化治理路径。

影响:从防洪到输水再到资源监管,多场景应用提升效率与韧性,民生获得感更可见。

数字孪生水利体系的核心价值,在于把复杂的水循环与工程体系“可视化、可计算、可推演”,让调度从“事后处置”更多转向“事前准备、事中精准”。

在防洪方面,依托雨水情监测预报体系开展滚动递进预报,有助于延长洪水预见期、提高关键时段预报准确度。

“十四五”以来,水利部门累计发布洪水预报272万站次,全国大江大河洪水预见期由3天延长至10天,主要江河关键期洪水预报准确率达90%,为人员转移、工程调度和城市防涝争取了更充裕时间窗口。

在重大调水工程运行方面,数字化调度正在改变传统模式。

南水北调中线陶岔渠首的应用显示,调度中心可基于数字映射与调度模型快速生成闸门操作指令,对总干渠水位、流量实施更精准控制,减少人工反复测算与沟通成本。

以典型工况为例,当需从渠首至总干末端调减流量时,模型可一键形成闸门调度指令序列,推动输水调度由人工经验型向系统精准型转变,既提高效率,也降低因信息不对称、计算误差带来的运行风险。

在水资源管理方面,取用水、地下水、生态流量等监管业务正在向平台化、协同化推进。

通过建设相关业务模块并汇集多源数据,逐步实现与流域管理机构及省级水行政主管部门的共享互用,有利于提升水资源精细化管理水平,增强对超采、超量、挤占生态水的识别与处置能力,为城乡供水安全与生态安全提供支撑。

对策:坚持需求牵引、应用至上,统筹三大板块互联互通,夯实数据与治理规则两类基础。

业内人士指出,数字孪生水利不是单一系统“上云”,而是以业务闭环为导向的治理能力重塑。

下一步应在三方面持续发力:其一,强化数字孪生流域、数字孪生水网、数字孪生水利工程“三位一体”协同,推动数据、模型、业务流程贯通,避免“各建各用”。

其二,持续完善监测感知与数据治理,提升数据质量、时效性与一致性,建立跨部门、跨层级的数据共享与安全机制,使模型“吃得进、算得准、用得起”。

其三,把“四预”能力作为建设主线,将预警阈值、调度规程、应急预案与模型推演联动,形成可操作、可追溯、可评估的闭环机制,推动创新成果更快转化为可感知的公共服务能力。

前景:从“可用”走向“好用、常用、管用”,数字孪生将成为水利现代化的重要底座。

当前,我国数字孪生水利体系框架已基本形成:数字孪生流域先行先试任务完成并形成可推广案例,省级水网先导区分批推进,数字孪生三峡、南水北调等重点工程投入实战应用,灌区与农村供水数字化也取得阶段性进展。

展望未来,随着极端天气风险长期存在、区域协调发展对水资源配置提出更高要求,数字孪生的作用将进一步凸显。

它不仅服务防洪减灾与供水保障,也将与节水型社会建设、生态文明治理相衔接,在河湖岸线管控、生态流量保障、地下水超采治理等领域拓展应用边界。

与此同时,技术应用仍需坚持安全可靠与标准统一,推动模型评估、运行维护与人才体系建设同步跟进,确保数字能力真正转化为治理效能。

从大禹治水到数字治水,中华民族治水智慧正迎来质的飞跃。

数字孪生技术的深度应用,不仅重塑了水利治理模式,更以科技之笔勾勒出人水和谐的新图景。

在迈向现代化的征程中,这场静水流深的数字革命,将持续为守护生命之源提供中国方案。