“数字孪生”这个时代感极强的词语，如今用在了水利领域。不久前，水利部印发的《关于大力推进智慧水利建设的指导意见》中明确指出“到2025年，建成七大江河数字孪生流域”，而具有预报、预警、预演、预案（以下简称“四预”）功能的“四预”平台，便是数字孪生流域建设的重要环节。

　　自2021年冬季以来，珠江流域来水持续偏少，珠江流域的西江、东江来水持续偏少，元宵节期间珠江口发生天文大潮，珠江口咸潮上溯强劲，再加上春节后供水需求增多等因素，导致珠江三角洲供水形势严峻。2月13日，水利部启动珠江流域压咸补淡应急补水调度，全力保障珠江三角洲供水安全。这是珠江流域抗旱“四预”平台自去年年底建成后面临的第一次“大考”。在各级水利部门的共同努力下，也得益于面临咸潮，“四预”平台对西江、北江、韩江供水保障“三道防线”的实时监测、预警、预演，本轮调度补水圆满完成，有效压制河口咸潮，居民生活对咸潮依旧“无感”。接下来，“四预”平台在持续关注抗旱的同时，也将针对可能的汛期迎接新的“考验”。

　　文、图/广州日报全媒体记者 张丹

　　何为珠江流域“三道防线”？

　　珠江流域按照当地、近地、流域远端构筑了西江、东江、韩江供水保障“三道防线”。西江以珠海等本地水库为“第一道防线”，中下游大藤峡水利枢纽为“第二道防线”，中上游龙滩、百色等骨干水库为“第三道防线”；东江以深圳等本地水库为“第一道防线”，中下游东江（剑潭）水利枢纽为“第二道防线”，中上游新丰江、枫树坝、白盆珠等水库群为“第三道防线”；韩江以潮州水利枢纽为“第一道防线”，中游高陂水利枢纽为“第二道防线”，福建棉花滩和广东长潭、益塘、合水等水库群为“第三道防线”。

　　何为数字孪生流域？

　　数字孪生流域，是以物理流域为单元、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活动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。

　　从“小米加步枪”到“实时呈现”  

　　巨大“模型库”支撑实时调度决策

　　“在‘四预’平台建成之前，业务逻辑是存在的，但是手段方式相比较来讲就是‘小米加步枪’了。”水利部珠江水利委员会水旱灾害防御处处长孙波说，如前期水文的预报、水情的预报、咸情的预报，到之后的调度方案怎样进行配合，再到最后通过模型预演后各家单位将方案进行整合，原有的手段方式相对“落后”，大多通过EXCEL表格呈现。

　　他表示，在“四预”平台建立之后，各家的业务配合更加紧密了。他举例说，如水文、水情、咸情的数据在采集之后，会通过该平台进行汇集，能够实时进行呈现。而水文、咸情的预报结果，也能够在平台上呈现。紧接着所有调度的方案，通过建立的模型库、模型平台就可以计算出来。实施调度之后，在这个平台里可以直接进行操作，调用模型库、模型平台，快速完成预报调度方案生成、比选和推荐，最后完成预报、预警、预演、预案等“四预”内容。

　　“该平台不但实现了工作流程再造，同时大大提高了我们的效率，而且把业务逻辑结合得更加紧密，真正地按照精细、精准、科学这种方式来调度。”孙波说。

　　“‘四预’平台后面有一个大的模型库，把所有的模型都放在里面。而且针对某一项工作，不只是这一种算法、一个模型，是很多模型计算结果是可以互相对比，形成一个综合性的一个比选优化方案。”孙波告诉记者，这些预案其实分两个层次，一层是根据历史沉淀下来的参数结合实际演算推算出来形成的一套实时方案，另外一层则是根据以前经验制定的一些预案，这些预案在什么条件下应该启动、应该怎么去调度，同样需要一个总体框架，而且要依法依规。

　　“‘四预’平台把我们水文局常年形成预报的模型集成进来了，把珠江设计公司中水珠江（中水珠江规划勘测设计有限公司水工程调度咨询中心）调度的模型和洪水、供水演进的模型集成进来了。” 珠江水利科学研究院智慧水利研究所所长范光伟介绍，现在大家通过这一个平台可以进行实时预报、实时滚动数据、实时作出精准的方案。

　　“比如在会商的过程中，如果上游的来水由100个流量增加到200个流量会怎么样？我们就会在这个系统中实时去计算，几秒钟便得到结果。”范光伟说，原来的系统交互性是很弱的，只能人为去查，而现在就可以通过系统去调用模型，模型会第一时间计算出结果，实时供会商实时决策。

　　“‘四预’平台的预报、预警、预演、预案是水旱灾害防御的基本逻辑，我们按照这个思路来建设平台，把各家的以前做的一些优势的工作、大家的优势技术力量整合起来，才形成‘四预’平台。”孙波说，它不只是一个信息化平台，也是一个涵盖水旱灾害防御基本逻辑的“顶层设计”。

　　预判与实际发生“基本一致”

　　“压咸补淡”让咸潮“无感”

　　据了解，2月13日，珠江防总办公室下达调令，调度“第二道防线”东江水利枢纽14日起出库流量按日均280立方米每秒左右控制，全力压制珠江口咸潮，保障元宵节天文大潮期间供水安全。2月15日凌晨，广州市刘屋洲取水点，历经12个小时的东江原水“先锋”成功压制咸潮。监测显示原水含氯度达标，泵站开足马力，向广州东部300多万居民送去优质淡水。这是“第二道防线”东江水利枢纽实施“压咸补淡”应急补水调度送来的宝贵淡水。

　　2月13日17时起，西江大藤峡水利枢纽加大流量向下游补水，补水流量于2月16日夜间到达中山市马角水闸。来自西江的淡水奔流70多个小时，在广东省中山市磨刀门水道马角水闸以下河段与咸潮“短兵相接”。

　　2月16日23时前后，磨刀门水道马角水闸出现最高潮位，并叠加不利取淡的6～7级东北风。来自大藤峡水利枢纽的优质淡水提前2个小时抵达马角水闸附近，成功压制了涨潮及大风带来的影响。

　　2月19日8时，珠江流域抗旱“四预”平台实时监测数据显示：中山市马角水闸含氯度每升33毫克、珠海市平岗泵站含氯度每升10毫克，远低于国家标准每升250毫克。“这次元宵节期间的压咸补淡应急调度，对于一些关键性指标的预演和预判，无论是从时间节点，还是从上游水库的调度指令，通过这套平台预演出来的结果，跟实际发生的情况基本是一致的。”孙波介绍，如水头什么时候到达了指定的目标、咸潮在哪里、这两者互相怎么对冲的、把它下压了多少等问题，“四预”平台对这些都进行了预演和预判。

　　“为什么这次元宵节要去调度？其中一个不利因素就是降温和刮大风，大风就会增强咸潮的不利影响。” 珠江水利委员会水文水资源局科研所生态室副主任刘丽诗介绍，“四预”平台也预演了这个方案，“刚好大藤峡的水在16日夜间到达了目标取水口，也正是这天夜间河口刮了6到7级的大风，跟预判的结果是一样的。”她表示，通过平台预演之后再进行调度，确实能达到预期的目标。

　　谈到居民对此次“压咸补淡”应急调度的“无感”，中水珠江规划勘测设计有限公司水工程调度咨询中心副主任侯贵兵告诉记者：“我们的工作就是努力在大家还没感觉到咸潮发生时，就把这些旱灾、洪灾的影响全部消灭、减少于无形之中。”

　　虽有“智慧化” 

　　但专家判断人为干预仍很重要

　　“‘四预’平台是对我们多元数据多源数据的汇集和整合。”侯贵兵介绍，此前原来各家用各家的数据，现在通过这个系统可以把所有数据都集成进来，能够第一时间了解到最末端的信息。“现在把‘三道防线’的数据都集成进来，我们可以有一个全域的视野去了解这个事情,宏观的知道，微观的也知道。”

　　“‘四预’平台应用了一些机理模型、AI技术、大数据技术等，把传统的抗旱工作从一个比较‘笨’的阶段提高到‘智慧化’的阶段。” 侯贵兵说，原来基本上每次会商都要准备3到4天时间，但现在基本上是“当天事当天议当天决策”。

　　此外，该系统也有一个自动化的功能，能够通过模型集成、方案集成和数据集成，第一时间通过系统自动计算，计算完之后进行预警，省去了人工计算时间。

　　“但数据计算的结果也可能会出现不合理的地方。”他解释，模型计算的是基本的流水账，但是有些环节可能考虑的不够全面，就需要专家进一步的分析研判，给出更科学合理的结果。

　　“比如同一场水，系统算出来要几个水库都要使用，但我们从大局上考虑，可能只想用一两个水库，其他的水库预留一下库容下一步再用。”孙波说，这就要靠人为的干预、人为经验来判断了。所以，在防汛抗旱防御工作中，虽然有智慧化，但是人为干预研判决策还是很重要的。

　　“数字孪生流域”未来可三维场景呈现

　　“‘四预’平台是数字孪生流域的一个重要部分，最终只是实现珠江流域的数字孪生流域的相关一部分功能。”孙波说，对于数字孪生流域的最终目标，可以举一个简单的例子：下雨时，大家闭上眼睛想，这场雨是怎么产生的、下在哪里、河道里每一个断面怎么变化、可能会淹到哪些地方哪些地方到达什么哪些水位......最终这些问题都能通过平台直观看到答案。

　　“数字孪生流域和实际流域是并行存在的，实际发生是怎样的，我们在会商的时候就能够看到它发生的情况，以及会产生怎样的影响。这是最终目标。”孙波说。

　　侯贵兵表示，两者一个是物理流域，一个是数字流域，就像是照镜子一样。

　　“这个技术在水利行业还不多见，在其他行业已经得到了应用。”范光伟介绍，如飞机制造在设计制造阶段，在孪生体上不断模拟这种飞机飞行的状态体态、姿态，就是应用到了数字孪生技术。他告诉记者，数字孪生流域是一种虚拟的场景，能够将和水相关的物理场景映射到虚拟场景中，包括环境、水流、植被等，即便不在工程现场，在会议室里就可以把流域的宏观和微观的各个工程的运作状态、河流水位的各个指标参数的检测状态以及预报的状态通过三维的数字化呈现出来。

　　范光伟说，结合今年的防洪演练和今年4月份的防汛工作开始，初步计划是实现关键试点区域的数字孪生场景，同时实现整个洪水过程的淹没和演进场景的直观展现。

　　他还表示，结合各种预案的规则库、调度库，在经过前段时间抗旱运用不断更新、不断完善的基础上，能让未来的防洪计算方案越来越聪明和准确。