重磅栏目｜范子武： 特邀主编专栏·江苏数字孪生水利建设

为响应数字中国战略与数字孪生水利建设，数字赋能提升河网水工程安全运行监控和智能化、精细化管理水平，以苏州高新区为例，分析了数字孪生平台建设需求，提出了包含防洪排涝、水环境保障、水工程管理综合业务的平台建设总体架构。根据研究区已有的基础数据、监测数据、业务数据等数据基础，采用“数字孪生技术+BIM（Building Information Modeling，建筑信息模型）”核心应用技术搭建了平台的数据底板，集成建设了模型平台、孪生融合、知识平台与数字孪生场景，基于算据、算法、算力支撑构建了水工程预报调度与活水自流联控联调平台，提供了多业务应用的“监测预报、动态预警、场景预演、调度预案”4个关键功能，对于推动地方水利设施的精细化管理和智能运维、服务支撑江苏省数字孪生水利建设具有重要参考价值。

关键词：苏州高新区；数字孪生；联控联调；“四预”业务；数据底板

基金项目：广西科技重大专项项目（桂科AA23062053）；江苏省水利科技项目（2022014）；江苏省建设系统科技项目（2023ZD108）；中央级公益性科研院所基本科研业务费专项项目（Y124002）。

数据底板作为数字孪生平台核心组成部分，在支撑数字孪生水利建设中作为“算据”发挥着关键性的基础作用。在数据底板可视化方面目前还存在数据要素标准不统一、融合渲染方法不明确、业务场景难支撑的问题，特别是大尺度三维数据底板如何融合构建、共享、更新与应用，尚未形成高效的解决方案。根据数字孪生水利建设数据底板建设思路，详细阐述了当前多源多级数据融合方法和业务可视化同步映射技术，并以淮河流域水利要素可视化模型构建开展实践探索。结果表明：多源异构数据标准化治理与可视化模型轻量化渲染在数据底板建设中至关重要，不仅能够支持流域尺度物理实体与数字要素的同步映射，也能够增强多场景的业务服务能力，为流域水安全保障提供关键数据支持。

关键词：数字孪生水利；数据底板；数据融合；可视化模型；同步映射

基金项目：广西科技计划项目（桂科AA23062053）；江苏省水利科技项目（2023002）；中央级公益性科研院所基本科研业务费专项（Y124004、Y124003、Y124007）。

秦淮河流域位于长江下游，其上游为山区、中游为平原、下游为感潮河网，流域内干支水系叶脉相连，水库、圩区、闸坝等水利工程众多，快速在线滚动洪水预报富有挑战。基于江苏省防汛抗旱预警调度智慧决策系统平台，研究了降雨径流、河段洪水演进、水库调洪等各类通用模型及其算法，考虑流域上游大中型水库及其调度影响，划分了适用于秦淮河水系特点的分布式预报单元，构建了秦淮河流域洪水预报模型，以2024年7月暴雨洪水前垾村控制断面为例进行验证。结果表明，利用在线通用模型算法能够实现快速洪水预报方案构建及其模拟计算，并且具备较好的准确度，可为秦淮河流域洪水预报与调度决策提供有力的技术支撑。

关键词：洪水预报；秦淮河流域；通用模型平台；多模型耦合

基金项目：国家重点研发计划资助项目（2022YFC3202605）；江苏省水利科技重大技术攻关项目（2023002）；中央级公益性科研院所基本科研业务费专项（Y124003）。

为城市河湖治理与长效管护提供智慧化解决方案，是加快完善现代化水治理体系的重要途径。针对气候变化下河湖智慧管护技术发展的新形势，提出了城市河湖智慧管护体系构建框架，以金鸡湖及周边河网区域为研究区域，探索了多维感知体系、多层级数据底板、水文水动力调控模型智慧核心和预报、预警、预演、预案“四预”业务应用体系的构建实施路径，建成了数字孪生金鸡湖及周边河网智慧管护系统。该系统具有场景推演、智能模拟功能，可支撑实现精确的防洪排涝调度、畅流活水调度及蓝藻高效防控，提高应急响应和管理策略制定能力。实践探索了数字孪生赋能的城市河湖智慧管护新模式，以期为江苏省乃至全国数字孪生水利智慧管护业务应用体系建设提供参考。

关键词：金鸡湖；数字孪生河网；智慧管护；智能调度

基金项目：江苏省水利科技项目（2022082）；苏州市水利水务科技项目（2023003）；南京水利科学研究院研究生学位论文基金（Yy124003）。

随着全球气候变化和我国城镇化快速发展，极端暴雨天气防范应对已成为城市防汛工作的重点之一。极端降雨条件下的实时滚动洪涝风险分析可以为预报预警提供参考，增强决策的科学性，是防范洪涝灾害的有效方法。尽管传统基于水文水动力专业模型的仿真可以在精细网格上计算出洪水演进及退水的全过程，但精细网格数值计算往往需要消耗大量的算力资源，滚动洪涝预测预报的时效性往往达不到要求。通过建立城市洪涝淹没深度与降雨量之间的函数映射关系，提出了基于静态—动态变量解耦的动态水深高效插值方法，结合分布式数据库和并行计算技术，可以在极短的时间内提供与水文水动力专业模型模拟相对一致的结果。本研究以期为城市洪涝实时风险分析提供有效支撑。

关键词：城市洪涝；预报预警；河网管网模型；洪涝风险分析；插值计算

基金项目：国家重点研发计划项目（2022YFC3202603）；中央级公益性科研院所基本科研业务费专项（Y124007、Y124004、Y124003）。

信息化技术的革新为水利行业发展提供了重要的机遇，但受限于历史实测资料不足，人工智能算法在滨湖平原河网地区洪涝预报中的应用存在一定困难。以江苏无锡市运东大包围为研究区域，详细阐述了城市洪涝智能预报调度的实现路径，利用水文水动力模型生成调度预案集，分别采用长短期记忆网络模型与卷积网络模型构建城市河网关注点水位智能预报方法与城市内涝风险阈值快速计算方法；以服务“四预”（预报、预警、预演、预案）业务为导向设计防洪智能预报调度系统，开发系统功能，集成专业模型与智能模型服务于业务场景应用，以实践探索为太湖滨湖城市洪涝预报调度一体化、智能化、业务化提供参考。

关键词：滨湖城市；水文水动力模型；洪涝预报；调度；神经网络模型；太湖

基金项目：国家重点研发计划资助项目（2022YFC3202604）；中央级公益性科研院所基本科研业务费专项（Y121012、Y123006）。

城市河网工程群联合调度优化是一项复杂的系统工程，涉及多种闸、泵、堰等水利工程，是多时段、多对象、多约束、多目标非线性优化问题。基于此，提出了面向河网水环境改善目标的水工程群多目标联合调度优化模型，综合运用了“水量水质模型—优化调度模型—优化求解算法—方案优选方法”耦合方式，构建面向河网水环境改善的工程群多目标联合调度优化模型，并采用EM-MOPSO算法的优化模型求解、基于AHP-TOPSIS的联合调度方案优选，以实现对河网水工程群联合调度的优化与决策支持，选择了长三角地区某城市河网开展了优化模型关键技术的数值试验与案例分析。结果表明：相较于水工程常规调度方式，本优化模型可以减少河网生态引水量23.9%～28.5%、提升河网水体水质达标度11.8%～90.4%，优化模型能够支撑平原城市河网地区取得显著的防洪除涝、水资源调配、水环境改善等多方面的综合效益。

关键词：城市河网；工程群；多目标联合调度；优化模型；AHP-TOPSIS

基金项目：国家重点研发计划项目（2022YFC3202603）；广西科技重大专项项目（桂科AA23062053）；江苏省水利科技项目（2023008）；中央级公益性科研院所基本科研业务费专项项目（Y124002）。

水利信息技术的快速发展为城市河网工程群智慧化调度发展提供了技术支撑。以苏州市中心城区大包围为研究对象，构建以水利模型为核心的数字孪生平台，以期解决城市防洪排涝与水环境智慧化调度等问题。平台以感知数据为驱动，以模型为核心，以远程控制为手段，以水动力—水质为目标，构建河网水动力模型，并针对实况暴雨开展模型率定验证，水位误差小于5 cm，满足业务化运行要求。以“四预”业务体系为基础，结合苏州市实际情况，提出不同边界条件与工况组合，构建面向防洪排涝和水环境业务的调度预案集，以多目标为决策变量提出防洪排涝和水环境调度优选方法，并构建水利“四预”业务体系，提升城市防洪排涝与水环境智慧化调度水平，驱动水利智慧化发展，提高区域水安全保障能力，实现治水为民，兴水惠民。

关键词：苏州市；中心城区；数字孪生；防洪排涝；水环境调度；“四预”业务

基金项目：国家重点研发计划（2022YFC3202604）；江苏省水利科技项目（2021066）。