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　　□本報記者 蔣文 滕紅真 通訊員 邵明亮

　　坐在調(diào)度室，四川省遂寧水文水資源勘測中心主任唐訓(xùn)海輕點鼠標，十多公里外的郪江象山水文站內(nèi)，一架無人機緩緩起飛，幾分鐘就完成了對河流的測流工作。采集回來的流量、流速、水深等水文數(shù)據(jù)，實時顯示在屏幕上。

　　“這是我們建設(shè)的一個虛擬的郪江流域�！碧朴�(xùn)海指著屏幕上顯示的“郪江防汛‘四預(yù)’數(shù)字孿生系統(tǒng)”介紹，通過數(shù)字孿生流域建設(shè)可以“身臨其境”地掌握流域水文現(xiàn)狀、異常和趨勢。

　　什么是數(shù)字孿生流域？

　　通俗來說，數(shù)字孿生是數(shù)字與現(xiàn)實組成的一對“雙胞胎”�！皵�(shù)字孿生就是在一個設(shè)備或系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，創(chuàng)造一個數(shù)字版的‘克隆體’�！碧朴�(xùn)海說。

　　把數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用到流域治理與管理中，建設(shè)數(shù)字孿生流域，就是要以物理流域為單元、時空數(shù)據(jù)為底座、數(shù)學(xué)模型為核心、水利知識為驅(qū)動，對物理流域全要素和水利治理管理全過程的數(shù)字化映射、智能化模擬，實現(xiàn)與物理流域同步仿真運行、虛實交互、迭代優(yōu)化。

　　“以前，流域綜合管理信息化系統(tǒng)大部分都是二維平面系統(tǒng)，或者只有地形起伏的簡單三維數(shù)據(jù)展示系統(tǒng)，因此流域的管理、規(guī)劃等和野外真實環(huán)境是脫節(jié)的�！敝袊�科學(xué)院南京地理與湖泊研究所研究員段洪濤舉例，“在二維地圖界面上可以看到某個地方有條河流，河流中間有個水質(zhì)監(jiān)測站，可以看到監(jiān)測的數(shù)據(jù)如氨氮磷濃度等，但是河流周邊的真實環(huán)境，如有沒有排污口、岸邊的土地利用類型、植被覆蓋等信息都看不到，而這些信息對于流域管理又非常重要�！�

　　怎樣建設(shè)數(shù)字孿生流域？

　　在“郪江防汛‘四預(yù)’數(shù)字孿生系統(tǒng)”演示過程中，記者發(fā)現(xiàn)有時會出現(xiàn)畫面、數(shù)據(jù)延遲呈現(xiàn)的問題。

　　“這是算力的問題，也就是說我們目前的計算設(shè)備處理海量數(shù)據(jù)的能力還有待提升�！碧朴�(xùn)海表示，近期遂寧水文中心將采購一批CPU（中央處理器）、GPU（圖形處理器）設(shè)備，提升系統(tǒng)的算力。

　　除了算力，建設(shè)數(shù)字孿生流域還需要龐大的算據(jù)與先進的算法。以郪江數(shù)字孿生流域建設(shè)為例，建設(shè)的第一步就是盡可能獲取詳細且全面的算據(jù)，即建設(shè)數(shù)據(jù)底板。

　　然而，數(shù)據(jù)底板所需數(shù)據(jù)的涵蓋范圍很廣，不僅包括既有的歷史水文氣象、地形地貌等數(shù)據(jù)，還包括前期沒有統(tǒng)計過的如流域建筑物分布、植被情況等。

　　“這是一個龐大的數(shù)據(jù)庫，理論上任何關(guān)于流域的信息都可以以數(shù)據(jù)的形式錄入系統(tǒng)或?qū)崟r采集，數(shù)據(jù)越詳細就越能真實映射出物理流域的狀態(tài)�！碧朴�(xùn)海說。

　　流域尺度要素多，數(shù)據(jù)底板的建設(shè)十分復(fù)雜。要采集郪江（遂寧段）流域?qū)嵕皥D像，遂寧水文中心的數(shù)十名工作人員要花費數(shù)月，利用無人機等設(shè)備，才能基本完成流域內(nèi)建筑物、植被等圖像數(shù)據(jù)的拍攝工作。此外，建設(shè)過程中還要綜合運用地理信息系統(tǒng)、攝影測量與遙感、水文水資源等技術(shù)，利用多種建模方法，才能搭建起數(shù)據(jù)底板。

　　數(shù)據(jù)底板建成后，想要真實模擬出物理流域現(xiàn)狀及動態(tài)，除了依靠強大的算力，科學(xué)的算法更是重中之重�！坝辛送暾�的數(shù)據(jù)，加上強大的算力支撐，如果算法設(shè)計不科學(xué)，數(shù)字孿生流域的數(shù)字化映射、同步仿真運行也無法準確。”唐訓(xùn)海說。

　　數(shù)字孿生流域有何作用？

　　2020年，遂寧市遭遇了涪江“8·18”特大洪水，實現(xiàn)了零傷亡。

　　“這背后，數(shù)據(jù)孿生流域技術(shù)的應(yīng)用功不可沒�！碧朴�(xùn)海介紹，當(dāng)年遂寧水文中心繪制出全省首張《洪水淹沒范圍圖》，為提前轉(zhuǎn)移受威脅群眾提供了科學(xué)參考。

　　繪制《洪水淹沒范圍圖》，如何體現(xiàn)數(shù)字孿生流域技術(shù)？首先需要獲取流域的降雨預(yù)報數(shù)據(jù)，還要綜合流域集雨面積、地形地貌、下墊面植被等信息，將數(shù)據(jù)帶入水動力模型、水文模型、泥沙模型等多種計算模型進行數(shù)據(jù)處理，預(yù)判出洪水的流量發(fā)展趨勢，進而計算出淹沒區(qū)域。

　　據(jù)悉，《洪水淹沒范圍圖》是專門針對遂寧市防汛工作特點繪制的洪水預(yù)警信息圖，實現(xiàn)了涪江、瓊江兩條河流的淹沒范圍數(shù)字化，將洪水預(yù)見期延長了10～20個小時。

　　四川省水文水資源勘測中心水文建設(shè)處相關(guān)負責(zé)人介紹，數(shù)字孿生流域在水文方面的應(yīng)用，簡單來說，就是提升了預(yù)報、預(yù)警、預(yù)演、預(yù)案“四預(yù)”能力。通過處理數(shù)據(jù)底板，預(yù)報水文發(fā)展趨勢，進而發(fā)出預(yù)警。

　　根據(jù)預(yù)報預(yù)警結(jié)果，可以“正向”預(yù)演出風(fēng)險形勢和影響，以在成災(zāi)之前發(fā)現(xiàn)問題、提出對策。同時，也可以根據(jù)調(diào)度目標，“逆向”推演出流域水旱災(zāi)害發(fā)生情況，制定和優(yōu)化調(diào)度方案，實現(xiàn)預(yù)報與調(diào)度的動態(tài)耦合模擬，進一步提高預(yù)案的科學(xué)性、實用性和可操作性，為科學(xué)高效有序應(yīng)對江河水旱災(zāi)害等事件提供強大科技支撐。

　　來源：中國水利報 2022年9月8日