一、数字孪生流域建设
推进数字孪生流域建设是贯彻落实习近平总书记重要讲话指示精神和党中央、国务院重大决策部署的明确要求，是适应现代信息技术发展形势的必然要求，是强化流域治理管理的迫切要求。数字孪生流域和数字孪生水利工程建设是推动新阶段水利高质量发展的实施路径和最重要标志之一，是提升水利决策管理科学化、精准化、高效化能力和水平的有力支撑。
数字孪生流域是以物理流域为单元、时空数据为底座、数学模型为核心、水利知识为驱动，对物理流域全要素和水利治理管理活动全过程的数字化映射、智能化模拟，实现与物理流域同步仿真运行、虚实交互、迭代优化。
要按照“需求牵引、应用至上、数字赋能、提升能力”的要求，以数字化、网络化、智能化为主线，以数字化场景、智慧化模拟、精准化决策为路径，以算据、算法、算力建设为支撑，加快推进数字孪生流域建设，实现预报、预警、预演、预案功能。
2021年年底，水利部先后印发《关于大力推进智慧水利建设的指导意见》《“十四五”期间推进智慧水利建设实施方案》。指导意见要求，到2025年，通过建设数字孪生流域、“2+N”水利智能业务应用体系、水利网络安全体系、数字水利保障体系，推进水利工程智能化改造，建成七大江河数字孪生流域等内容。
2022年3月22日，水利部审议《数字孪生流域建设技术大纲（试行）》《数字孪生水利工程建设技术导则（试行）》《水利业务“四预”基本技术要求（试行）》和《数字孪生流域共建共享管理办法（试行）》。
2022年4月20日，水利部研究部署数字孪生流域建设先行先试工作，并于近日印发《数字孪生流域建设先行先试台账》（简称《台账》）。《台账》共涉及56家单位，包括水利部信息中心、7个流域管理机构、31个（省、自治区、直辖市）水利（水务）厅（局）、5个计划单列市水利（水务）局、新疆生产建设兵团水利局及11个工程管理单位。《台账》共确定了94项任务，包括46项数字孪生流域建设任务、44项数字孪生水利工程建设任务及4项水利部本级任务：在流域层面，长江流域有22项任务，黄河流域有17项任务，淮河流域有9项任务，海河流域有9项任务，珠江流域有10项任务，松辽流域有7项任务，太湖流域有16项任务。
数字孪生技术在城市管理、交通、能源、制造业等领域都有一定的应用。在智慧城市建设领域，数字孪生技术助力实现城市规划、建设、运营、治理、服务的全过程、全要素、全方位、全周期的数字化、在线化、智能化，可提高城市规划的质量和水平，推动城市发展和建设。在智慧能源领域，数字孪生技术应用于能源开发、生产、运输、消费等能源全生命周期，使其具有自我学习、分析、决策、执行的能力。在智能制造领域，将设计设备生产的规划从经验和手工方式，转化为计算机辅助数字仿真与优化的精确可靠的规划设计，以达成节支降本、提质增效和协同高效的管理目的。在智慧水利领域，应用数字孪生技术进行洪水仿真，以及利用数据底板建设数字孪生流域等也形成了初步的应用。在淮河流域防洪“四预”试点应用中，应用了数字孪生技术展现了数字流场的概念和视觉效果，直观反映王家坝洪水态势及蒙洼蓄洪区分洪过程。数字孪生黄河、数字孪生珠江以构建数字孪生流域、开展智慧化模拟、支撑精准化决策作为实施路径，数字孪生技术作为其中的技术支撑。在海河流域防洪“四预”试点中，通过智能感知、三维建模、三维仿真等技术实现数字流域和物理流域数字映射，形成流域调度的实时写真、虚实互动。数字孪生技术在防洪领域已经有了初步的应用，也是防洪“四预”应用的重要支撑技术，因而对相关技术进行研究十分必要。但由于数字孪生技术是新兴技术，其涉及技术领域广，相关技术也正在同步快速发展，同时防洪“四预”应用领域的数字孪生技术研究也存在一定难度。目前来说，防洪“四预”应用领域的数字孪生技术还处于概念阶段，相关边界和规范尚不明晰，比如数字孪生流域建设的内容和标准还不够明确。另外，数字孪生技术在防洪“四预”领域的具体应用尚不充分，目前数字孪生技术在流域实时监测，洪水场景虚拟仿真方面有一定的应用，在调度控制、智能决策等方面的应用尚需进一步的研究和发展。中国水利水电科学研究院在淮河流域、海河流域进行了防洪“四预”相关的试点应用，本书在前期试点应用的基础上，梳理防洪“四预”领域的主要数字孪生技术和应用方面，探索智慧水利建设的技术和方法。
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