智慧水利 | “数字地球”赋能水利数字孪生科技

国家“十四五”规划纲要明确提出“构建智慧水利体系，以流域为单元提升水情测报和智能调度能力”。水利部高度重视智慧水利建设，强调要按照需求牵引、应用至上、数字赋能、提升能力的要求，以数字化、网络化、智能化为主线，以数字化场景、智慧化模拟、精准化决策为路径，以算据、算法、算力建设为支撑，加快推进数字孪生流域建设，实现预报、预警、预演、预案功能。

4月6日下午，由中国科学院空天信息创新研究院、国际数字地球学会中国国家委员会、中国地理信息产业协会、中国指挥与控制学会、中国软件行业协会、中国气象服务协会、中国卫星导航定位协会、中国遥感应用协会指导，中科星图股份有限公司（以下简称“中科星图”）主办的“数字地球生态讲堂”第13期成功举行。 

本次讲堂邀请中国科学院西北生态环境资源研究院副研究员、中国科学院大学硕士生导师舒乐乐，深圳前海天澄数字生态技术有限公司董事长刘国庆，中科星图智慧科技有限公司副总裁、智慧水利事业部总经理王晓晶做客直播间。围绕主题“从‘治’水到‘智’水，看数字地球如何助力水利数字孪生？”，结合星图地球数据云在智慧水利中的实践经验深入交流探讨。

舒乐乐博士从水循环的认知、水文模型、模型应用等方面介绍了水文模型研究前沿理论。他认为，水文模型集合了人类对水循环机理的理解，利用数学公式表达水的时空运动规律，既可以结合观测数据来验证理论的可靠性与适宜性，也可预测未来可能的发展趋势。当下，数值方法流域水文模型面临参数要求高以及不确定性等挑战。如何实现水文模拟的快速建模，需要强大的算据和算力支持。

如今，我们正在由传统水利快速地迈向智慧水利的阶段，而数字孪生流域是智慧水利的核心与关键。王晓晶通过主题报告《数字地球技术赋能水利数字孪生》，介绍了数字地球在空天信息获取、智能解译与更新、可计算数字地球超算能力、视景仿真可视化引擎，以及星图维天信气象数值预报和短临预报的在线推送等方面的技术优势。

报告还详细介绍了星图智慧的线上水利数字孪生产品，该产品依托数字地球线上门户，融合智慧水利算法模型打造面向互联网的智慧水利online场景，让行业管理单位、企业和大众用户体验到星图携水利生态合作伙伴共创的水利应用成果。利用3个中心（模型+应用+订阅），构建完整的产品运营体系，共享成果应用，创造行业价值。

水文是智慧水利工作的重要基础和技术支撑，水文模型能够帮助我们探索和认识水循环及水文过程，推动水文模型的产学研结合应是题中之义。面对现实需求与科研产出的困境，舒乐乐认为中科星图为二者架起了沟通的桥梁。中科星图数字地球有着丰富的数据、强大的算力，一方面，有利于科学家快速部署水文模型，自动实时产生结果。另一方面，方便用户直接获取数据，降低信息沟通成本。当然，这要求科学家主动拿出研究成果，也需要平台做好软硬件基础建设。

针对人民群众关注最为关切的城市内涝，刘国庆指出，在实际操作中，困扰业内的主要问题是城市内涝模型缺乏输入边界条件，所以准确度有待提升。这需将大水利、小水利相结合，将外洪和城市洪水演进过程连通，会有非常好的发展前景。刘国庆补充道，数字孪生的基础数据是核心，对于模型的准确度影响很大。只有真正形成数字孪生，才能迅速发挥实际作用。数字地球是一个很好的数据聚合和连通载体。

洪涝灾害不可避免，如果能够提前预报预警，从而减少人民群众的生命财产损失，是行业的社会使命，不同角色对水文模型应用实现目标有不同需求，这种差异化对技术提出更高的要求。

现阶段我国智慧水利的发展还处于初级阶段，制约我国智慧水利发展的主要因素有以下几个方面：一是数据孪生问题，基础数据不全，需要更多的观测数据来填补，才能保证模型预测准确性。二是体制机制问题，各部门分头管理，组织协调有难度。同时，如何在原有基础上，与新技术融合打通是一项复杂的工程。三是不均衡问题，各区域水文条件不同，对系统建设标准化提出更高要求，需要平衡个性与共性。

在直播间互动答疑中，三位嘉宾和网友就水文模型、智慧水利市场前景等展开讨论交流，大家对数字地球应用场景、智慧水利和数字孪生有了更深的了解。