政策与战略背景 - “十五五”规划建议提出深入推进数字中国建设、适度超前建设新型基础设施、推进传统基础设施更新和数智化改造 [1] - 《中共中央办公厅国务院办公厅关于全面推进江河保护治理的意见》明确要求以数字孪生流域为重点，系统谋划推进数字孪生水利体系建设 [1] - 建设数字孪生水利体系是应对水安全风险挑战、把握科技革命机遇、塑造发展动能的关键手段，旨在为水利高质量发展和水安全保障提供支撑 [1] 数字孪生水利体系定义与构成 - 数字孪生水利体系是以物理水利对象为单元、时空数据为底座、数学模型为核心、水利知识为驱动的综合体系 [2] - 该体系对物理水利全要素和治理管理全过程进行数字映射、智能模拟、前瞻预演，并与物理对象同步运行、虚实交互、迭代优化 [2] - 体系由数字孪生流域、数字孪生水网、数字孪生工程三部分组成，三者互不替代、各有侧重、互联互通、信息共享 [2] - 数字孪生流域主要支撑流域“统一规划、统一治理、统一调度、统一管理” [2] - 数字孪生水网主要支撑“系统完备、安全可靠，集约高效、绿色智能，循环通畅、调控有序”的水网构建和运行 [2] - 数字孪生工程主要支撑水利工程的安全运行和功能发挥 [2] 建设原则与业务应用 - 建设按照“需求牵引、应用至上，数智赋能、提升能力”的原则 [3] - 需从流域防洪、水资源管理与调配、水利工程建设与运行管理、河湖管理、水土保持、灌区现代化建设与改造、农村供水等实际业务需求出发 [3] - 以效用为导向推进监测感知系统、数学模型系统建设，搭建数字孪生平台 [3] - 目标是通过平台全面支撑水利业务应用，实现预报、预警、预演、预案功能，提升水利现代化治理管理能力 [3] 监测感知系统建设 - 需加快构建“天空地水工”一体化监测感知系统，实现数据监测感知的精准性、同步性、及时性 [4] - 监测感知需实现“全覆盖”（每一条河流、每一级水网、每一座工程）、“全空间”（天、空、地、水、工立体空间）、“全要素”（水文、水力学、泥沙动力学、数字高程模型、工程位移变形、渗流渗压、应力应变、地理信息系统等）、“全天候” [4] - 需强化适用于数字孪生体系的数据采集，修订相关标准规范，采集基础数据、状态监测数据、管理数据、共享数据、地理空间数据，满足数学模型计算高精度、高频率、连续性要求 [5] - 需加强数据归集共享，统筹跨地区、跨部门、跨层级数据，共享经济社会、土地利用、生态环境、气象等相关数据，构建水利数据归集平台 [5] - 需加快监测技术装备研发应用，包括构建水利遥感卫星应用星座、加快水利测雨雷达组网、研究卫星遥感、雷达声呐等新技术，强化无人机、无人船、水下机器人、激光雷达、侧扫雷达、穿透式地质雷达、智能传感器等新装备应用 [6] 数学模型系统建设 - 数学模型是体系实现精准映射、虚实交互及“四预”功能的关键，需确保数学模拟过程与物理过程实现“高保真” [7] - 模型建设重点包括基于机理的机理模型、基于数理统计和数据挖掘的统计模型，以及两者融合的混合模型 [7] - 需加强监测数据与数学模型耦合联动，利用监测数据及专业知识及时修正模型边界条件，在线动态率定物理参数，降低系统误差，提高模拟精准度 [7] - 需深化水利机理模型应用研究，加快推进融合多源数据的“云—雨”降雨预报模型，建立分布式水文模型，健全洪水演进、冰水动力学、土壤侵蚀、泥沙动力学、污染物扩散输移等模型 [8] - 需制定模型验收和评价体系，基于历史和实时典型数据验证模型功能，评估结果准确性 [8] - 需强化“正向—逆向—正向”推演功能：“正向”推演水流演进过程；“逆向”推演工程调度方案以实现多方案比选；再次“正向”推演以提供前瞻决策支持 [8]