水利数字化转型的关键指引
在当今数字化时代，水利工程建设正积极融合前沿技术，迈向智能化、高效化发展新阶段。水利部于 2022 年 3 月 30 日印发的《数字孪生水利工程建设技术导则（试行）》（以下简称《导则》），为这一进程提供了重要的技术规范与指导，是推动水利高质量发展的关键举措。
数字孪生水利工程作为数字孪生流域的核心组成部分，是实现水利业务智能化、精细化管理的重要基础设施。《导则》的出台，不仅明确了数字孪生水利工程的建设方向，细化了建设内容与方法，还为其与流域、部门间的协同发展提供了清晰路径，对提升水利工程管理水平、保障水安全具有深远意义。
数字孪生水利工程建设的总体要求
1.建设范围与原则
数字孪生水利工程建设应以工程安全为核心，全面覆盖工程管理和保护范围，并统筹考虑上下游、干支流等因素。建设过程需遵循 “统筹集约、先进实用、安全可靠、迭代升级” 的原则，充分整合现有资源，运用新一代信息技术，确保系统安全稳定，且具备持续优化升级的能力。
2.与相关规划的衔接
数字孪生水利工程建设应紧密围绕《水利部关于印发〈关于大力推进智慧水利建设的指导意见〉〈智慧水利建设顶层设计〉〈“十四五” 智慧水利建设规划〉的通知》和《数字孪生流域建设技术大纲（试行）》等文件要求，确保与流域数字孪生建设及智慧水利建设协同推进，形成有机整体。
3.典型应用于保障体系建设
在构建数字孪生水利工程时，应同步开展典型应用，如工程安全智能分析预警、防洪兴利智能调度等，充分发挥其数字映射、模拟分析和前瞻预演的优势，为水利工程管理提供全方位支持。同时，要建立健全网络安全体系和保障体系，确保系统安全可靠运行。
数字孪生平台：数据与模型的核心支撑
1.数据底板：构建多源数据基础
数据底板是数字孪生水利工程的基石，需汇聚多源数据，包括地理空间数据、基础数据、监测数据、业务管理数据和外部共享数据。通过整合水利部、流域管理机构及工程自身数据，利用多种技术手段，构建高精度、多时态的地理空间数据，如数字高程模型（DEM）、正射影像图（DOM）、倾斜摄影模型和水下地形等，为工程安全分析和调度决策提供坚实的数据支撑。
2.模型库：精准模拟机水利过程
模型库涵盖水利专业模型、智能识别模型和可视化模型。水利专业模型基于水循环规律和数理统计方法，构建变形分析、渗流渗压分析等工程安全模型，以及来水预报、洪水演进分析等防洪兴利模型；智能识别模型利用机器学习技术，实现对河湖 “四乱”、设备运行异常等的自动识别；可视化模型依托数据底板和其他模型，构建工程场景的可视化展示，满足模拟仿真和综合展示需求。
3.知识库：积累智慧决策资源
知识库包含预报调度方案库、工程安全知识库和业务规则库。预报调度方案库涵盖各类防汛预案和调度方案，需定期更新关键参数；工程安全知识库集成工程风险隐患、事故案例等知识，为安全分析提供参考；业务规则库明确工程调度、设备运行等规则，确保工程管理规范化、标准化。
4.孪生引擎：驱动系统高效运行
孪生引擎由数据引擎、知识引擎和模拟仿真引擎组成，具备数据处理、知识推理和模拟仿真等功能。它支持多种数据格式，提供丰富开发接口，满足大容量、低时延、高性能要求，为数字孪生水利工程的各类业务应用提供强大的计算和模拟能力，实现物理工程与数字孪生体的同步交互和迭代优化。
信息化基础设施：全方位感知与高效传输
1.监测感知体系：实时获取工程信息
监测感知体系是数字孪生水利工程的 “感官”，通过多种监测方式和手段，实现对工程全要素的实时感知。包括水文监测、工程安全监测、安防监控、设备运行状态监测等，采用专业传感器、视频监控、卫星遥感等技术，提高监测密度和频次，确保数据的准确性和及时性，为工程管理提供全面的数据支持。
2.通信网络：保障信息互联互通
通信网络是数字孪生水利工程的 “神经”，分为业务网和工控网，各功能分区明确。业务网接入上级水利业务网，实现信息共享；工控网保障工程设备控制与监测系统运行。网络连接应采取安全隔离和加密措施，确保数据传输安全，同时加强无线通信和应急通信建设，提高网络可靠性和灵活性。
3.工程自动化控制：实现设备智能运行
工程自动化控制系统对闸门、泵站等设备进行自动化控制，具备运行监控、远程控制和状态监测功能。通过升级改造，提高系统自动化水平，加强网络安全保护，确保设备运行安全可靠，提升工程运行效率和管理水平。
4.信息基础环境：提供坚实运行基础
信息基础环境包括机房环境、计算存储和会商调度中心。扩充优化机房环境，确保机房设施完备、安全；构建灵活可扩展的计算存储环境，满足算力需求，配备备份系统，保障数据安全；建设会商调度中心，实现多场景一体化展示和远程会商接入，提升工程决策指挥能力。
典型应用：提升水利工程管理效能
1.工程安全智能分析预警：筑牢安全防线
针对工程安全重点，构建安全性态预测、风险预警、状态预演和处置预案功能。基于数字孪生平台，集成多源信息，通过模型分析挖掘，实现对工程安全隐患的及时发现和预警，结合专家经验和知识库，进行风险会商研判，为工程安全提供全方位保障。
2.防洪兴利智能调度：实现多目标优化
在现有系统基础上，完善数据和模型计算功能，突出 “四预” 环节。构建数字化场景，融合多源信息，实现精准预报和预警通报；通过模拟预演，优化调度方案，提升工程防洪兴利效益，确保水利工程在防洪、发电、供水等多目标间实现科学调度。
3.生产运营管理：推动数字化转型
以现有系统为依托，强化业务环节互联互通，打造生产运营管理系统。促进数据共享和业务协同，提高生产管理效率，实现水利工程生产运营的数字化、智能化，提升工程整体运营水平和效益。
4.巡查管护：强化工程监管力度
基于已有系统，拓展确权划界、水政巡查等功能。加强对工程设施和周边环境的巡查管护，利用信息化手段提升监管效率，及时发现和处理违规行为，确保水利工程设施安全和水事秩序稳定。
5.综合决策支持：助力科学决策制定
整合已有系统功能，强化全景可视化和专题调用。统筹工程安全、兴利除害和生产运营等信息，为综合决策提供数据支持和分析工具，提升决策的科学性和合理性，推动水利工程管理水平提升。
网络安全体系：全方位守护系统安全
1.安全等级与密码应用
依据相关标准，确定数字孪生水利工程网络安全等级，大型和重要中型工程原则上不低于第三级，关键信息基础设施需强化保护。同步开展密码应用并进行安全性评估，确保系统数据安全。
2.组织管理与责任落实
建立健全网络安全管理机构和责任制，明确各方安全责任。加强供应链安全管理，优先采购安全可信产品和服务，确保网络安全管理工作落实到位。
3.安全技术防护措施
实施纵深防御策略，严格网络分区管理，最小化网络暴露面。部署多种安全防护措施，如访问控制、入侵防范等，加强工控系统安全，确保系统安全稳定运行。
4.监测预警与应急响应
通过多源数据关联分析，实现网络威胁和脆弱性的精准识别与预警。建立应急决策指挥平台，完善应急响应机制，提升应对网络安全事件的能力。
5.安全运营与监督检查
构建闭环安全运营体系，加强权限管控和流程管理。定期开展安全评估和演练，强化监督检查，及时发现并整改安全问题，确保系统持续安全。
6.数据安全保护机制
开展数据分类分级，利用密码技术保障数据安全。严格数据访问控制，规范数据共享交换，确保数据全生命周期安全。
保障体系与共建共享：协同发展与持续优化
1.保障体系建设
建立健全管理制度，涵盖数据、设施、运维和应用等方面，确保数字孪生水利工程管理规范化。构建一体化运维系统，运用新技术实现运维智能化，提高运维效率和质量。制定企业标准规范，促进各阶段协调统一，保障工程可持续发展。
2.共建共享策略
遵循相关管理办法，在数据底板、模型库和知识库等方面实现共建共享。加强流域内协同合作，明确建设范围，实现平台互联互通和数据共享。整合原有系统数据，提升数据分析和服务能力，避免重复建设。
总结与展望
《数字孪生水利工程建设技术导则（试行）》为水利工程数字化转型提供了全面、系统的指导，推动水利工程向智能化、精细化管理迈进。通过明确建设要求、规范技术标准、强化安全保障和促进共建共享，数字孪生水利工程将在保障水安全、提升水资源利用效率、推动水利可持续发展等方面发挥重要作用。
未来，随着技术的不断进步，数字孪生水利工程建设将持续优化升级，为构建智慧水利体系、实现水利现代化奠定坚实基础。各相关单位应积极贯彻落实《导则》要求，共同推动数字孪生水利工程建设取得更大成效，为水利事业发展注入新动力。
（来源：数说123之水利信息化）