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　　□本报记者 蒋文 滕红真 通讯员 邵明亮

　　坐在调度室，四川省遂宁水文水资源勘测中心主任唐训海轻点鼠标，十多公里外的郪江象山水文站内，一架无人机缓缓起飞，几分钟就完成了对河流的测流工作。采集回来的流量、流速、水深等水文数据，实时显示在屏幕上。

　　“这是我们建设的一个虚拟的郪江流域。”唐训海指着屏幕上显示的“郪江防汛‘四预’数字孪生系统”介绍，通过数字孪生流域建设可以“身临其境”地掌握流域水文现状、异常和趋势。

　　什么是数字孪生流域？

　　通俗来说，数字孪生是数字与现实组成的一对“双胞胎”。“数字孪生就是在一个设备或系统的基础上，创造一个数字版的‘克隆体’。”唐训海说。

　　把数字孪生技术应用到流域治理与管理中，建设数字孪生流域，就是要以物理流域为单元、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。

　　“以前，流域综合管理信息化系统大部分都是二维平面系统，或者只有地形起伏的简单三维数据展示系统，因此流域的管理、规划等和野外真实环境是脱节的。”中国科学院南京地理与湖泊研究所研究员段洪涛举例，“在二维地图界面上可以看到某个地方有条河流，河流中间有个水质监测站，可以看到监测的数据如氨氮磷浓度等，但是河流周边的真实环境，如有没有排污口、岸边的土地利用类型、植被覆盖等信息都看不到，而这些信息对于流域管理又非常重要。”

　　怎样建设数字孪生流域？

　　在“郪江防汛‘四预’数字孪生系统”演示过程中，记者发现有时会出现画面、数据延迟呈现的问题。

　　“这是算力的问题，也就是说我们目前的计算设备处理海量数据的能力还有待提升。”唐训海表示，近期遂宁水文中心将采购一批CPU（中央处理器）、GPU（图形处理器）设备，提升系统的算力。

　　除了算力，建设数字孪生流域还需要庞大的算据与先进的算法。以郪江数字孪生流域建设为例，建设的第一步就是尽可能获取详细且全面的算据，即建设数据底板。

　　然而，数据底板所需数据的涵盖范围很广，不仅包括既有的历史水文气象、地形地貌等数据，还包括前期没有统计过的如流域建筑物分布、植被情况等。

　　“这是一个庞大的数据库，理论上任何关于流域的信息都可以以数据的形式录入系统或实时采集，数据越详细就越能真实映射出物理流域的状态。”唐训海说。

　　流域尺度要素多，数据底板的建设十分复杂。要采集郪江（遂宁段）流域实景图像，遂宁水文中心的数十名工作人员要花费数月，利用无人机等设备，才能基本完成流域内建筑物、植被等图像数据的拍摄工作。此外，建设过程中还要综合运用地理信息系统、摄影测量与遥感、水文水资源等技术，利用多种建模方法，才能搭建起数据底板。

　　数据底板建成后，想要真实模拟出物理流域现状及动态，除了依靠强大的算力，科学的算法更是重中之重。“有了完整的数据，加上强大的算力支撑，如果算法设计不科学，数字孪生流域的数字化映射、同步仿真运行也无法准确。”唐训海说。

　　数字孪生流域有何作用？

　　2020年，遂宁市遭遇了涪江“8·18”特大洪水，实现了零伤亡。

　　“这背后，数据孪生流域技术的应用功不可没。”唐训海介绍，当年遂宁水文中心绘制出全省首张《洪水淹没范围图》，为提前转移受威胁群众提供了科学参考。

　　绘制《洪水淹没范围图》，如何体现数字孪生流域技术？首先需要获取流域的降雨预报数据，还要综合流域集雨面积、地形地貌、下垫面植被等信息，将数据带入水动力模型、水文模型、泥沙模型等多种计算模型进行数据处理，预判出洪水的流量发展趋势，进而计算出淹没区域。

　　据悉，《洪水淹没范围图》是专门针对遂宁市防汛工作特点绘制的洪水预警信息图，实现了涪江、琼江两条河流的淹没范围数字化，将洪水预见期延长了10～20个小时。

　　四川省水文水资源勘测中心水文建设处相关负责人介绍，数字孪生流域在水文方面的应用，简单来说，就是提升了预报、预警、预演、预案“四预”能力。通过处理数据底板，预报水文发展趋势，进而发出预警。

　　根据预报预警结果，可以“正向”预演出风险形势和影响，以在成灾之前发现问题、提出对策。同时，也可以根据调度目标，“逆向”推演出流域水旱灾害发生情况，制定和优化调度方案，实现预报与调度的动态耦合模拟，进一步提高预案的科学性、实用性和可操作性，为科学高效有序应对江河水旱灾害等事件提供强大科技支撑。

　　来源：中国水利报 2022年9月8日