原標題：“以虛預實”助力精準防汛

來源：科技日報

原標題：“以虛預實”助力精準防汛

來源：科技日報

◎本報記者 吳葉凡

“我們要運用科技手段，不斷提升雨水情監(jiān)測、判斷能力。數(shù)字孿生技術是推動水利工程建設數(shù)字化轉型升級的重要抓手。”在近日舉行的第76期科學咖啡館活動上，主講人、中國水利水電科學研究院防洪抗旱減災工程技術研究中心原主任呂娟說。

近期，臺風引起的暴雨、洪水，給災害防御工作帶來挑戰(zhàn)。面對災害，數(shù)字孿生水利技術成為支撐防汛的堅實科技力量。

實時同步仿真

數(shù)字孿生技術以數(shù)字化方式描述物理實體，建立全息動態(tài)虛擬模型。通過虛擬模型對數(shù)據(jù)的仿真、模擬、分析，可實現(xiàn)對實體屬性和行為的監(jiān)控、預測、控制。呂娟介紹，這一技術在航空航天、工業(yè)產(chǎn)品設計、工程全生命周期管理、城市建設等領域已有成熟應用。

具體到水利領域，數(shù)字孿生技術將大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能等信息技術和水利業(yè)務深度融合，形成數(shù)字孿生水利。數(shù)字孿生水利將江河湖泊、水利工程實時映射到數(shù)字世界，提供精準預報、超前預警、快速預演、制定預案等服務，是防洪、水資源管理等水利工作的“智慧大腦”。

近年來，我國大力推進數(shù)字孿生水利建設。水利部印發(fā)《智慧水利建設頂層設計》《“十四五”期間推進智慧水利建設實施方案》等文件，從數(shù)字孿生流域、數(shù)字孿生水網(wǎng)和數(shù)字孿生工程三個層面，推動數(shù)字孿生水利建設。其中，數(shù)字孿生流域是重點建設內容。“數(shù)字孿生流域是物理流域在數(shù)字空間的映射，它通過信息基礎設施和數(shù)字孿生平臺，實現(xiàn)與物理流域的同步仿真運行、虛實交互、迭代優(yōu)化。目前，數(shù)字孿生流域在水利領域處于探索和推進階段。”呂娟說。

算法算力增強

對于數(shù)字孿生水利，聰明的算法和強大的算力至關重要。

“算法是數(shù)字孿生的‘心臟’，我們要不斷提升算法的精準度，讓模型能準確、科學反映水利系統(tǒng)的物理機制。”呂娟說。

這方面已取得積極進展。呂娟舉例說，中國水利水電科學研究院建立了數(shù)值模擬與人工智能雙引擎的城市洪澇模擬技術體系，實現(xiàn)對降雨產(chǎn)流—地表坡面匯流—管網(wǎng)匯流—河網(wǎng)匯流—防洪排澇工程調度的城市洪澇全過程一體化模擬，并且建立了一整套潰壩過程及下游洪水演進分析模型理論及快速分析技術。“這些模型可有效對洪澇災害進行模擬，實現(xiàn)對災害的快速預報預警。”呂娟說。

與此同時，在我國算力基礎設施建設不斷提速、算力規(guī)模不斷增長的背景下，數(shù)字孿生水利算力水平也進一步提升。“2014年國家投資2300萬元，用于山洪災害預警的高性能并行加速計算中試基地建設，為防洪抗旱及水利大規(guī)模并行加速計算和網(wǎng)絡化業(yè)務應用服務打下基礎。”呂娟說，“現(xiàn)在，我們能做到2分鐘一次的全國山洪溝水文模擬。”

技術落地見效

記者了解到，數(shù)字孿生技術已多次運用于防洪防汛。

在去年海河“23·7”流域性特大洪水期間，相關部門綜合利用氣象、水文、水動力等模型，對流域產(chǎn)匯流、洪水演進過程進行超前推演，精準預報永定河等洪水過程，提前3天做好東淀等蓄滯洪區(qū)啟用準備。

今年，數(shù)字孿生三峽1.0版在長江第1號、第2號洪水防御和團洲垸決口險情處置中得到應用。

“山東重點流域防洪聯(lián)合調度決策支持服務項目已升級為3.0版，‘以虛預實’功能可實現(xiàn)時效分析和孿生預演。同時，3.0版可提供模型高效智能模擬分析、智能感知、智能輔助決策服務。”呂娟說，不斷迭代的洪澇模擬技術和數(shù)字孿生技術可有效支持洪澇災害防御的各個場景或環(huán)節(jié)，助力防汛工作更高效、精準、科學。

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