山有百藏而不言，水润万物而不语。中国属于大河文明，农业历来在经济中占主导地位，其中水利灌溉是保证农业生产和提高农业产量的重要因素。

然而，由于过去水利工程建设缺乏预见性，传统水利工程在作出贡献的同时，其资源浪费、生态破坏、安全事故等问题日益明显。这就促使我们反思传统水利理论，并开展了探索智慧水利建设项目。为规避工程盲点的相关风险，水利部提出了“四预”要求，以达到预报、预警、预演、预案的目的。

如今，传统水利通过与数字孪生相结合，通过数据可视可控，做到水利”四预“，开创了智慧水利的新篇章。

一、数字孪生水利提出背景

二、从易知微解决方案看智慧水利组建思路

(一)建设背景

数字孪生流域是智慧水利建设的核心与关键，以水利感知网、水利信息网、水利云等为基础，运用大数据、人工智能、虚拟仿真等技术，以物理流域为单元、多维时空数据为底板、水利模型为核心、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进行数字化映射、智能化模拟，支撑实现流域防洪、水资源管理与调配“四预”以及N项水利智能业务应用。

（二）解决方案

 易知微数字孪生智慧水利应用建设架构

易知微基于EasyV数字孪生可视化平台、EasyTwin数字孪生融合渲染引擎和EasyV for Unreal数字孪生游戏引擎驱动器为核心，接入数字孪生水利底层GIS与BIM数据、业务运行与物联感知数据、模拟仿真与算法数据，依托数字孪生建模与场景渲染能力，打造B/S与C/S双模式驱动的数字孪生水利应用。覆盖宏观数字孪生流域、中观工程枢纽区和微观水利工程设备三大应用场景，具体包括流域防洪“四预”、水资源管理与调配、水利工程安全分析预警、河湖长制及河湖管理、防洪兴利调度、库区巡查等。

1、该数字孪生水利工程应用建设存在如下难点：

2、该项目主要针对以下场景进行应用建设：

（1）数据底板建设

数字孪生水利数据底板建设逻辑

面向宏观尺度，关注流域全局信息，以“水利一张图”为基础，包括矢量地图数据、卫星遥感影像地图、DEM高程地图数据等，为数字孪生流域宏观场景建设提供全域范围的时空数据基础。

面向中观尺度，主要关注重点水利工程所在某一河段库区的信息，包括卫星遥感影像图、精细化手工模型数据、倾斜摄影模型数据、高精度DEM数据等。

面向微观尺度，主要关注具体水利工程层面，如水利物联网设备、水库大坝等，基于GIS+BIM+IoT技术，还原设备模型外观与设备内部结构细节。

数字孪生水利数据底板宏观尺度

数字孪生水利数据底板中观尺度

数字孪生水利数据底板微观尺度

（2）安全监测感知体系

数字孪生水利数据底板微观尺度 

 某数字孪生水利工程监测感知体系垂线监测

水利工程安全监测感知体系一般包括变形监测、渗流监测、应力应变及温度监测、环境量监测以及其他专项监测内容。以往主要通过人工或仪器手段观测整体或局部的变形量，用以掌握大坝在自重、水压力、扬压力及温度等环境量作用下的变形规律，了解大坝在的稳定性和安全性，研究有无裂缝、滑坡、滑动和倾斜等趋势，数字化程度偏低，无法有效满足工程安全状态监控预警要求。通过水利工程安全监测感知体系获取的工程安全监测数据统一汇聚至数字孪生平台中的数据底板中，如水准监测、垂线监测、引张线监测等，为模型计算、可视化展示提供数据基础。

（3）成果可视分析

以数字孪生三维数据底板为基础进行数据可视化图表的融合叠加，能够更为直观的进行监测成果的可视化表达。如下图展示的，横向扬压力场景、上下游水平位移场景、垂直位移场景等。通过三维可视化图表数据和三维数字孪生场景的融合，综合模拟水利工程安全的物理形态，满足多尺度、多维度的数字孪生工程仿真模拟的需求。

 某数字孪生水利工程成果可视分析横向扬压力

某数字孪生流域成果可视分析上下游水平位移

 某数字孪生水利工程成果可视分析垂直位移

 某数字孪生水利工程成果可视分析有限元计算

 某数字孪生流域防洪预演场景

3、建设成果

围绕数字孪生水利工程安全分析预警业务需求，完成L1～L3级别的数据底板和数字孪生场景建设、工程安全可视化模型库构建以及智能业务应用开发，将水利工程安全监测数据与数字孪生场景相融合，为工程安全监测管理分析和“四预”应用提供直观的数字孪生可视化表达，为工程安全稳定运行和效益充分发挥提供技术决策的支撑。

三、小结

春风浩荡满目新，扬帆奋进正当时。数字孪生技术在水利行业的应用是一个不断发展和完善的过程。随着技术的进步和应用的推广，数字孪生技术将会在水利行业中发挥越来越重要的作用，为水利行业的可持续发展和资源保护作出贡献。

以上内容来源于《数字孪生世界白皮书（2023版）》

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