杨帆 高逸琼 科技日报记者 付丽丽

数字孪生水网是国家水网建设的重要内容，也是推动新阶段水利高质量发展的重要标志之一。作为数字孪生水利工程建设先行先试项目之一，数字孪生南水北调中线建设涉及线路长、专业广、复杂程度高、协调难度大，2023年以来，各有关单位通力协作、密切配合，围绕安全监管、智能调度、水质保护、智能运维等业务需求，初步建成数字孪生南水北调中线一期1.0版。

图为南水北调中线穿黄工程。

自中线工程通水以来，中国南水北调集团中线有限公司（以下简称中线公司）积极推进信息化建设，加快布局物联网、人工智能、云计算、大数据等新一代信息技术的应用，已形成覆盖工程安全、供水安全、水质安全和企业经营管理各业务领域的信息化体系，积累了大量的监测及运行管理数据，为数字孪生建设奠定了良好基础。

安全监管更加精准

数字孪生，基础在“数”。中线工程沿线共计布设安全监测仪器设施10万余支（套），安装视频安防摄像机1万余台，布设水位计、超声波流量计、雨情监测站、左排水位监测站1200余个，构建了较为完善的工程安全业务系统，实现了安全风险发现、上报、处理、消缺的闭环管理，形成了大量的基础数据、监测数据和业务管理数据。

如何用好这些庞杂丰富的数据是关键。数字孪生南水北调中线一期1.0版在“中线一张图”基础上筑牢统一的数据底板，重点关注中线工程安全监管以及交叉河道、左排洪水对中线工程的安全影响，系统覆盖示范段和先行先试段的工程安全监测告警信息以及流域的气象预报信息，基于数理统计模型、有限元分析模型及洪水预报、演进模型，初步形成了多模型耦合体系，对各类工程结构安全及洪水风险进行预警，并支持多工况预演、匹配预案。

针对河南郑州“7·20”特大暴雨灾害洪水，开展从“降雨—产流—水库调蓄—洪水演进”全过程模拟，计算突发暴雨洪水到达南水北调中线工程交叉断面时的水情情况，给出预警提示，并推荐处置措施，可复盘总结防洪处置经验。一线管理人员表示，用算法和数据可“再现”洪水，动态识别洪水范围和速度等演进信息，有效支撑防洪度汛精准化决策。

输水调度更加智能

数字孪生，核心在“算”。构建南水北调中线智能调度业务场景是数字孪生南水北调中线建设的重要任务之一。数字孪生系统通过接入全线水情数据、冰情实时监测数据，对供水运行状态进行实时监视预警。基于河渠水动力学模型，实现中线总干渠恒定流与非恒定流状态的输水调度模拟，为常态情景及应急场景下供水方案调算以及闸群联调指令制定提供支撑。基于河冰动力学模型对京石段217公里范围内18座巡查站点寒潮场景下水温、冰凌进行预报预警。

中线公司调度人员介绍：“我们现在通过这个平台可以便捷地对渠道输水能力进行评估，只需要输入预设的输水工况和计算区间，平台会调用恒定流模型计算区间内各断面的流量和水位，还能根据超加大水位的位置对调度方案进行动态调整，这项功能对日常调水工作效率提升作用很大。”

据介绍，数字孪生平台可以结合智慧化模拟，制定不同工况下预案措施，为供水安全提供智慧化决策支持。在应急防汛或其他应急工况中，常常需要在短时间内大幅度调整流量。如今，平台的非恒定流计算功能可支持开展应急响应状况下的输水调度模拟，为闸群联调指令的制定提供了决策支撑。

水质保障更加敏捷

数字孪生，重点在“预”。数字孪生南水北调中线建设基于已建的水质监测-预警-调控决策支持综合管理平台，构建水质保护业务场景，动态掌握中线水质监测现状及未来发展趋势，实现以不同渠段、不同污染物为输入的中线工程污染物扩散模拟，以及应急调控举措在数字化场景中的仿真再现。

数字孪生平台集成中线13座水质监测自动站、30个固定监测断面等各种水质指标实时数据，实现了全线水质多参数监测告警。基于一维水动力水质模型，耦合大数据预测模型，实现全线水质9项指标未来七天的预报预警。针对典型渠段，可驱动突发污染物输移扩散模型进行水污染扩散的复现和预演，并推荐应急响应预案。

为更好保障水质安全，水质专员可利用水质保护模块，辅助开展突发水污染事件桌面推演。在河南分公司桌面推演现场，接到郑州管理处事故模拟情况的现场报告后，水质专员在平台输入污染物相关信息，调用污染物输移扩散模型，即可模拟污染物扩散过程。看着大屏幕上的信息，水质专员说：“通过数字孪生平台的构建，实现了示范段内污染物入渠后的污染扩散情况的快速模拟，并迅速给出处置建议，大大提升了应急响应速度。”

（中国南水北调集团供图）