数字孪生大藤峡建设与探索

2022-11-18温鹏,甘郝新,刘斌

中国水利 2022年20期

大藤峡水利枢纽位于珠江流域西江水系黔江干流大藤峡出口处，控制西江流域面积的56.4%、西江水资源量的56%，控制洪水总量占梧州站洪量的65%。其作为国务院确定的172项节水供水重大水利工程标志性工程之一，集防洪、航运、发电、水资源配置、灌溉等综合效益于一体，是珠江流域关键控制性水利枢纽。

明确定位厘清思路

数字孪生大藤峡建设综合考虑工程防洪、航运、发电、水资源配置、灌溉五大功能，以打造水利行业数字孪生水利工程标杆为目标，确立数字孪生大藤峡“一台双赋三化四预”总体思路。“一台”指建设一个数字孪生平台；“双赋”指对工程建设管理与工程运营管理双向赋能；“三化”指支撑公司标准化、专业化、精细化管理；“四预”指开展预报、预警、预演、预案研究与应用。主要建设任务包括搭建数字孪生平台，夯实信息化基础设施，提升业务应用智能化水平，完善网络安全体系，强化软硬件及数据、门户等内外部系统集成等。

数据底板方面，完成库区重点防护区DEM（数字高程模型）、正射影像、倾斜摄影模型建设。完成库区范围黔江、红水河、柳江、洛清江等河段共261个大断面地形测量。基本完成工程主坝、船闸、副坝、鱼类增殖站土建及金结部分的BIM（地理信息模型）建设。通过大藤峡数据中心，汇集接入实时水雨情、安全监测等数据。通过珠江委数据接口，共享接入珠江流域相关河道站与水库站空间位置及水情信息。

模型库方面，已初步搭建来水预报模型、防洪调度模型、洪水淹没模型、水量调度模型、大坝安全监测预警模型。

可视化平台方面，初步构建三维可视化平台，集成GIS、BIM、三维实景模型等空间数据，承载工程规划、设计、建设、运行、维护等阶段产生的信息，初步实现工程多时态、全要素数字化映射。

系统开发方面，防汛与水量调度“四预”平台已基本完成二、三维一张图，态势感知，预报预警，调度预演和调度预案等主要功能模块开发，平台整合“雨情、水情、工情、险情、灾情”等综合信息，初步实现了“预报、预警、预演、预案”等“四预”功能应用。

工程安全风险与健康评估系统结合三维可视化平台，以点、面、体多种形式融合展示工程结构、监测设施、监测数据、安全预警等信息。在此基础上结合工程安全监测预警模型，初步实现工程安全性态预测、安全风险预警等功能，并为工程安全会商决策提供支撑。

健全机制守正创新

数字孪生大藤峡建设涉及水文水资源、水动力、水工、建筑、遥感、图像学、计算机等多学科。通过在建设过程中不断探索，逐渐优化了工作机制，沉淀了核心技术。

大藤峡公司第一时间建立工作专班与联合工作机制。通过工作专班，进一步强化公司内部统筹，压实各部门责任，确保落实“需求牵引、应用至上”要求，凝心聚力，加快项目推进；通过联合工作机制，将行业内外有实力的单位联合起来，发挥各自专长，集中办公、专题攻关，为数字孪生大藤峡建设推进奠定坚实技术基础。

>大藤峡主坝高保真可视化场景

制定详细任务清单，挂图作战，细化分工、紧跟进度；督促参建单位按分工按时提交项目周报、月报，及时组织召开协调会议、专题授课，打破各单位工作衔接与技术融合壁垒，共同探索、研究开发方向，解决各类技术与商务问题，确保数字孪生大藤峡建设如期保质保量推进。

通过数据中心建设汇集各类基础数据、监测数据、业务管理数据以及跨行业共享气象、社会经济数据等，接入1985张表，汇聚45.68亿条数据，信息资源存储量达1024.01GB。开展数据治理和数据挖掘，实现数据模型标准化、数据关系脉络化、数据加工可视化、数据质量度量化、数据服务自动化，为数字孪生大藤峡提供可靠的数据基础。

建设适配不同预见期的来水预报模型。拟定模型计算范围包括龙滩至大藤峡区间、柳江流域及大藤峡至梧州段，考虑的主要预报节点有14个。接入多种预报降雨模式，强化气象水文模型耦合，建设预见期融合数值降雨预报的来水预报模型。为考虑上游水工程调度对下游预报断面的精度影响，考虑上游龙滩、岩滩、红花水库调度情况，建设预报调度一体化计算模型。

针对工程为河道型水库的特点，建设静动库容耦合的防洪调度模型。一是掌握上游龙滩出入库流量与库水位情况，以及上游水库调蓄后，红水河迁江、柳江柳州、洛清江对亭等3个水文站洪水过程；二是掌握大藤峡库区迁江、柳州与对亭—坝址无控区间降雨与产汇流情况；三是分析大藤峡水库不同出库方案，对库区河道水位、库区防护区与坝下浔江两岸及西北江三角洲的防洪影响；四是考虑极端状况下在遭遇水库超标准洪水而发生溃坝时，可能对坝下造成哪些淹没影响。在整体模型中，龙滩、岩滩和红花采用静库调洪方法，大藤峡库区采用动库调洪方法。

> 大藤峡风光

为支撑不同业务应用、不同用户对可视化场景的需求，采用GIS引擎提供流域大尺度场景，采用游戏引擎提供工程精细化场景。在游戏引擎中加入坐标系统，实现大地坐标向直角坐标系转换以及在不同引擎下场景无缝切换，保证了系统整体的高保真、融合性、流畅性。

实践探索成效显著

2022年汛期（3月15日至9月30日）每日按时发布24h、48h预见期的日均来水预报，其中24h预报合格率100%，48小时预报合格率95%。

2022年西江第四场编号洪水中，通过系统应用产生巨大防洪效益，准确预测大藤峡的入库洪峰过程，在洪水来临前，提前腾空库容，成功拦蓄约7亿m3洪量，最大削峰3500m3/s，并发挥错峰作用，将洪水出峰时间推后一天，成功避免了西江、北江洪水恶劣遭遇，为北江洪水宣泄创造了有利条件。同时，在洪水来临和泄洪前，以短信形式向有关库区和下游的水行政主管部门、航运交通部门以及相关群众发布风险预警提示和泄流通告。