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  • 1  城市洪涝智治中数字孪生技术的应用——以滨江区数智治水系统为例
    赵梦琦,胡孟娴,白天,张瑶伊,万鹏
    2024(2):29-35. DOI: 10.19364/j.1674-9405.2024.02.005
    [摘要](228) [HTML](0) [PDF 12.62 M](11001)
    摘要:
    针对城市洪涝防治中的涝前感知精度不足、涝时处置效率不高、涝后分析深度不够等难点,基于数字孪生技术建立包含孪生数据映射、数学模型推演、虚实交互防治、智能服务联动等模块的滨江区数智治水系统,用于滨江区洪涝智治。结合涉水监管数据,构建物理滨江区,包括地形地貌、河道水体、雨水管网、排水设施、监测设备、积水点在内的孪生数据映射,构建虚拟滨江区的模型化表达,完成洪涝发生事前、事中、事后阶段物理滨江区与虚拟滨江区之间的双向映射和交互防治,并对滨江区洪涝过程进行预演,实现对滨江区洪涝灾害的自动监测预警,形成洪涝应急处理预案。系统上线以来,滨江区洪涝处置耗时缩短 50%,排水效能有明显提升,严重积水点减少 60% 以上,能够推动跨部门协同治理,提升城市洪涝防治能力。
    2  水库预报调度模型应用研究
    汤成锋
    2023(3):52-56. DOI: 10.19364/j.1674-9405.2023.03.010
    [摘要](322) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](7475)
    摘要:
    围绕全面提升水旱灾害防御能力的重点,探索新阶段水利高质量发展路径。珠海市水旱防御指挥决策支持系统平台依托珠海市“三防”系统二期工程,很好地契合智慧水利的相关要求。平台集成新安江模型构建的来水预报模型和基于水量平衡原理构建的水库调度模型,结合降雨预报数据,对水库来水情况作出预报,并基于输入的排水、供水量,即时反映水库的水位与库容变化情况。通过对平台的这两部分模型进行详细介绍与案例展示,证实具有较好的实用性,能够适用于珠海市流域水库。该平台可以在水库日常运行管理中,为水库管理人员预报调度提供帮助,也可为类似问题提供经验借鉴。
    3  基于BIM+GIS的水库三维数字资产构建与应用
    侯毅,张学伟,郑康,结少鹏,吴俣
    2024(2):36-41. DOI: 10.19364/j.1674-9405.2024.02.006
    [摘要](189) [HTML](0) [PDF 26.29 M](6029)
    摘要:
    随着水利行业的数字化转型,数据的资产价值日益凸显,BIM 和 GIS 数据是工程数字化的重要成果,也是宝贵的三维数字资产。以朱溪水库为例,研究 BIM 和 GIS 数据生产的优化方法,提出一种 Civil 3D + Revit + Dynamo多软件联合运用的大坝参数化建模方法,重复机械的建模工作由程序自动完成,提升水库建筑物 BIM 建模效率和质量;利用机载激光雷达采集库区地形,借助专业软件高效处理,得到地面点云和高分辨率数字高程模型;依托BIM + GIS 技术,经过数据轻量化、坐标配准和渲染发布,构建精准映射实体工程的数据底板和可视化场景,形成水库三维数字资产。在此基础上,拓展研究点云复核算量、BIM + VR 指导施工、设备运行工况可视化等应用场景,对水库数字资产的研究与实践具有借鉴意义。
    4  基于云河地球平台的数字孪生小浪底水利枢纽工程防汛调度系统建设
    孟庆庆,王军良,薄伟伟,胡洁
    2024(2):80-86. DOI: 10.19364/j.1674-9405.2024.02.014
    [摘要](129) [HTML](0) [PDF 14.50 M](5765)
    摘要:
    小浪底水利枢纽作为水利部数字孪生水利建设的首批试点工程,建设好数字孪生小浪底水利枢纽工程意义重大。以具有自主知识产权的云河地球数字孪生平台为建设载体,研究数字孪生小浪底水利工程数据底板构建、水利专业模型融合、可视化模型三维可视化表达等关键技术。聚焦小浪底水利枢纽防汛调度业务,在充分需求分析、完善原型设计基础上,研发数字孪生小浪底水利工程防汛调度业务平台,将小浪底水利工程雨水情监测、汛期调水调沙、库区淹没分析等“四预”业务在云河地球数字孪生平台进行三维可视化表达,在实际应用中能够对小浪底水利枢纽真实情况高仿真模拟,取得良好的应用效果。
    5  时序InSAR技术在水库监测中的应用研究
    郭子琦,韩锦琳,王媛,潘子轩
    2024(2):42-46. DOI: 10.19364/j.1674-9405.2024.02.007
    [摘要](168) [HTML](0) [PDF 17.04 M](5588)
    摘要:
    针对 InSAR 变形监测成本低、广域普查的特点,利用 Sentinel-1A 影像,对洛阳市某水库蓄水初期进行时序 InSAR 变形监测。经过变形监测将研究区划分为 4 个滑坡隐患区及 4 个城镇疑似沉降区,采用遥感普查+重点监测方案,对库区进行拦水坝变形分析、地质灾害高发区普查、城镇地表变形监测,最后整体评估水库蓄水工程对城镇地质扰动的影响。结果表明:2020—2021 年水库拦水坝中部为形变显著区,2 年间最大累计变形为54.1 mm,两侧变形数值呈对称状分布,符合迎水压力结构受力特征;水利工程建设对周边城镇的扰动几乎可以忽略不计,测区内整体呈稳定状态。时序 InSAR 技术非接触式监测地表地物变形,可为水库巡检预警机制提供新的技术方案。
    6  数字孪生飞云江流域水利知识平台建设研究
    陈才明,王玉铜,陈亚威,王浩翔
    2024(1):73-77. DOI: 10.19364/j.1674-9405.2024.01.014
    [摘要](187) [HTML](0) [PDF 3.99 M](5236)
    摘要:
    为提高飞云江流域智慧管控风险能力,根据数字孪生流域知识平台建设要求,以知识图谱为技术框架,引入机器深度学习技术,融入流域预报调度业务规则、历史典型场景洪水模式和专家预报经验等知识,通过图模型可视化处理,将知识以图数据模式进行存储,建立流域业务规则库、历史场景库、专家经验库和知识图谱库。利用图计算引擎管理和驱动知识,对流域特点、水利对象关联关系、业务规则等水利知识,进行挖掘提炼、归类组合、智慧管理和集成应用,构建基于水利知识图谱的数字孪生流域知识平台。数字孪生飞云江流域水利知识平台具有智能匹配、智慧推荐、全景推演等特点,可支撑流域防洪“四预”业务,提升流域风险与调度决策全流程数字化、智慧化、 精准化水平,为其他水利知识平台建设提供经验借鉴。
    7  基于科学知识图谱的洪水预报研究演化分析
    白石,蒋东进,陈宇佳
    2024(3):45-50. DOI: 10.19364/j.1674-9405.2024.03.008
    [摘要](145) [HTML](0) [PDF 16.44 M](5220)
    摘要:
    为进一步分析我国洪水预报领域研究演化进程,辨识领域知识结构框架,以中国知网洪水预报核心期刊文献数据为研究对象,利用 Citespace 及 VOSviewer 软件绘制科学知识图谱,对文献发文量、研究机构、研究者、文献关键词进行统计分析。结果表明:洪水预报研究经过多年发展,研究机构形成多强共存、以强带弱的良好局面,不同研究团队间交流学习日益深入,文献关键词演进历程表明领域研究重点逐渐向资料缺乏的中小河流汇聚;并利用精细化模型实现洪水全过程模拟,能有效增加洪水预报精度,降低洪水灾害发生风险,为后续相关研究提供借鉴与参考。
    8  数字孪生水利建设中应把握的重点和难点
    蔡阳
    2023(3):1-7. DOI: 10.19364/j.1674-9405.2023.03.001
    [摘要](740) [HTML](0) [PDF 893.06 K](4995)
    摘要:
    随着《数字孪生水网建设技术导则(试行)》的正式出台,标志着数字孪生水利建设顶层设计业已完成。水利部自 2022 年起,用 2 a 时间开展数字孪生水利建设先行先试,目的是通过先行先试总结经验,全面推广。介绍数字孪生水利相关概念、定位,提出数字孪生水利建设重点为获取算据、优化算法、提升算力、实现水利业务“四预”功能、守住网络安全底线,阐述数字孪生水利建设中在算据感知、算据更新、模型平台、知识平台、算力、业务应用“四预”、网络安全、技术标准、工作协调、资金投入、人才等方面应把握的难点及解决思路。
    9  水库洪水预报-调度-演进一体化模型研究及应用
    张文文,徐军杨
    2024(1):89-94. DOI: 10.19364/j.1674-9405.2024.01.017
    [摘要](264) [HTML](0) [PDF 9.78 M](4977)
    摘要:
    我国东南沿海地区受梅汛和台风暴雨影响,洪水灾害频发。水库作为重要的防洪工程措施,精准预报、有效调度对于防御洪水及降低洪水风险具有重要意义。针对东南沿海地区水库下游防洪风险问题,以温州市泽雅水库为研究对象,采用三水源新安江模型、马斯京根河道演算、水库调度模型、一/二维水动力串联耦合模型,构建水库预报-调度-演进一体化模型。建成的一体化模型集成接入泽雅智慧水库平台,推动水库防洪业务数字化转型。 历史洪水模拟结果表明:泽雅水库洪水预报、防洪调度及下游洪水演进模型能够满足水库保护下游城镇安全的要求,有助于提高水库洪水预报调度科学化、数字化、精细化水平。
    10  数字孪生水网(杭嘉湖平原)综合应用研究
    欧阳宁雷,陈杭,顾凯,柳涛,杜娟,吴尹霞,许潇杰,王凯,勾鹏
    2023(5):7-13. DOI: 10.19364/j.1674-9405.2023.05.002
    [摘要](256) [HTML](0) [PDF 961.64 K](4725)
    摘要:
    嘉兴市位于太湖流域下游杭嘉湖平原,针对区域内水情多变、洪涝多发、水资源供需矛盾突出等问题,为加强洪涝灾害风险防控,强化水资源监管,优化水资源利用,开展数字孪生平原水网综合应用研究,通过模型分析、功能调用、服务调用、数据融合共享等方式,对雨水情监测、水利工程管理、防汛形势研判、联合调度等模块进行集成, 实现对全域水灾害、水环境的预报预警和预演预案功能。系统运行结果有效提高区域内水灾害监控和态势分析能力,加强洪水风险的统筹管控,增强市、区、县水利工程的协同调度能力。实现由经验防御到智慧防御的转变,最大化地发挥水利工程的排涝调度效益,提升区域整体的防洪排涝和水环境改善能力。研究具有平原区河网数字化改革建设的典型性、代表性,可为全国水利数字化改革提供可复制、参考的经验。
    11  我国智慧水土保持数字化场景组成及其设计探讨
    张红丽,赵永军,林丽萍,罗志东
    2023(3):36-39,51. DOI: 10.19364/j.1674-9405.2023.03.007
    [摘要](180) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](3053)
    摘要:
    基于智慧水利数字孪生流域 L1,L2,L3 级数据底板及水土保持基础和相关业务等数据,围绕“十四五” 时期智慧水土保持数字化场景建设任务,结合水土保持业务数字化、网络化、智能化的应用需求,提出水土保持数字化场景建设的目标、总体框架、技术路线与方法,可为智慧水土保持建设提供参考。通过数字孪生、大数据、 人工智能等技术与水土保持业务的交互应用,实现水土保持信息智能感知、管理服务高效协同、监督执法及时有效和淤地坝运行风险预判预案。目前,水土保持数字化场景建设仍处于起步阶段,需在实践应用中进一步探索和完善。
    12  流域防汛智慧化总体框架建设及实施路径研究
    谭尧耕,王金星,张怡雯
    2024(2):1-7. DOI: 10.19364/j.1674-9405.2024.02.001
    [摘要](327) [HTML](0) [PDF 1.27 M](3048)
    摘要:
    为大力推进智慧水利和数字孪生流域建设,在防洪减灾领域需要构建流域防汛智慧化总体框架并研究实施路径,进而推动新阶段水利高质量发展。分析流域防汛智慧化建设过程中涉及的防汛业务应用智能化水平和应用系统建设水平等现状,从打造智慧化防洪“四预”体系、建设“三算”能力提升体系等方面构建我国防汛智慧化总体框架,并从优化提升洪水监测预报能力、加强洪水模拟推演和防洪调度模拟仿真技术应用、提升洪水风险管理与科学精准决策能力等方面提出具体实施路径。研究成果能为水利部门开展智慧化流域防洪业务、流域防洪规划修编提供技术支撑和对策参考。
    13  数字孪生太浦河防洪及供水“四预”业务应用设计与实现
    黄志兴,冯大蔚,马媛,戴逸聪,胡雪娇
    2023(4):1-6. DOI: 10.19364/j.1674-9405.2023.04.001
    [摘要](569) [HTML](0) [PDF 1.05 M](3033)
    摘要:
    针对太浦河防洪及供水保障数字孪生系统建设要求,基于 UE 引擎、GIS、无人机航拍数据、监测信息及共享信息等多源异构数据构建平原感潮地区数据底板;通过太浦河模型平台和可视化引擎,形成以事件为驱动的太浦河防洪及供水预报、预警、预演、预案的“四预”孪生系统,并建立太浦河历史水情、雨情、工情、水质等信息与调度预案方案间的映射关系,关联提示方案预案并实现智能推荐应急处置。场景化构建太浦河防洪及供水“四预” 全过程,服务太浦河综合调度需要,可为平原感潮地区数字孪生“四预”业务应用建设提供案例参考。
    14  《数字孪生水利工程建设技术导则(试行)》解析
    詹全忠,陈真玄,张潮,邹希
    2022(4):1-5. DOI: 10.19364/j.1674-9405.2022.04.001
    [摘要](426) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](2928)
    摘要:
    2022 年 3 月 30 日,水利部印发《数字孪生水利工程建设技术导则(试行)》,以指导数字孪生水利工程建设。从数字孪生水利工程建设的重要性、内涵、框架,以及数据底板、模型库、知识库、孪生引擎、监测感知、通信网络、工程自动化控制、工程安全智能分析预警、网络安全体系、运维体系等数字孪生水利工程重点内容进行解读,并对建设指标适用情况和共建共享要求进行说明。
    15  水利水电工程运行系统架构研究与应用
    杜华冬,黄博豪,邓院林,王伟
    2024(4):92-98. DOI: 10.19364/j.1674-9405.2024.04.017
    [摘要](121) [HTML](0) [PDF 8.26 M](2522)
    摘要:
    在当前高质量发展背景下,水利水电工程运行管理的系统性和智能性不足已逐渐成为制约水利水电行业工程运行信息化水平提升的因素。采用递进分析法,面向运行管理业务,从水利水电工程任务及功能出发,梳理业务流程,建立运行管理系统架构,提出由计划、调度、操作、保障、供给、监管协同构成的业务架构,并进一步提出相应的运行系统总体、技术和安全等架构,给出新集水电站运行管理系统开发案例,阐述在总体、技术和安全架构下面向运行管理业务创建系统的技术路线,以及实现的具体功能,可为水利水电工程运行期信息化、数字化、智能化总体策划及实施提供参考。
    16  面向防洪“四预”的闽江水口洪水预报调度系统建设与应用
    黄光斌
    2024(3):84-89. DOI: 10.19364/j.1674-9405.2024.03.015
    [摘要](110) [HTML](0) [PDF 5.87 M](2441)
    摘要:
    为提升闽江水口流域防洪调度水平,建设闽江水口洪水预报调度系统。系统利用开放式的设计理念,采用B/S 系统结构开发,融合多源降雨数据,集洪水预报与防洪调度为一体,提升洪水预报精细化水平和水工程联合调度能力。采用多源降雨信息融合技术,集成洪水预报模型库,构建流域洪水预报方案,开发流域智能化运行平台,实现流域多源降雨信息共享应用、洪水滚动预报、智能调度,延长洪水预报预见期,提高预报精度。系统已应用于闽江水口电厂,可提高水电站洪水防御能力和水能利用效益。
    17  科学测算运维经费,助力水利网信可持续发展
    殷悦,张潮
    2024(4):88-91. DOI: 10.19364/j.1674-9405.2024.04.016
    [摘要](89) [HTML](0) [PDF 504.75 K](2438)
    摘要:
    为支持水利网信可持续发展,推动新阶段水利高质量发展,研究水利信息系统运维经费的科学测算体系。回顾水利信息化运维经费管理的发展历程,介绍《水利信息系统运行维护定额标准》《水利信息系统运行维护规范》2 个标准构成的运维经费测算体系,经过实际运维经费测算应用,发现原有的运行维护定额标准在新形势下存在不适应性,因此,对运行维护定额标准进行修订,修订后的定额标准更为全面,能反映不同运行维护服务等级的要求,并强化资源整合共享和网络安全。科学测算体系的建立和推广可有效解决经费不足的问题,保障运行维护工作的有序开展,助力水利网信可持续发展,未来运维经费测算需要考虑通货膨胀、资源成本上涨和设备服务寿命延长等相关内容。
    18  地球科学的大数据、数字孪生与水文学
    2024(4):99-100.
    [摘要](84) [HTML](0) [PDF 367.43 K](2409)
    摘要:
    19  数字孪生滦河工程“四预”平台建设研究
    付超,郭宇,郭金
    2024(3):72-78. DOI: 10.19364/j.1674-9405.2024.03.013
    [摘要](139) [HTML](0) [PDF 4.25 M](2406)
    摘要:
    针对滦河历史洪水灾害频发情况,为提升滦河水灾害防御能力,实施数字孪生滦河工程“四预”平台建设。结合滦河流域洪水特点,基于数字孪生、数字映射、大数据、云计算、物联网等先进技术,以三维数字孪生场景为数据底板,水文计算模型为算力,提升流域防洪“四预”能力为目标,开发“四预”平台和滦河智慧“四预”大屏,实现历史演变、实时监控、趋势研判 3 个不同时间维度的功能递进展示。“四预”平台包含信息化基础设施、数字孪生平台、业务系统 3 个层级,通过构建流域洪水“天空地”一体化监测体系,共享补充流域下垫面、数字地形、影响区域经济社会等数据,形成流域防洪数字孪生场景,开展超前模拟仿真推演,实现洪水预报、预警、预演、预案功能。数字孪生滦河工程“四预”平台建设完成后,将滦河流域“七一三”洪水的水文监测和工程调度资料输入系统进行验证,计算成果可靠,可为滦河流域防洪安全提供有力保障。
    20  国家地下水监测工程(水利部分)数据交换关键技术
    刘杰,王卓然
    2024(4):71-74. DOI: 10.19364/j.1674-9405.2024.04.013
    [摘要](94) [HTML](0) [PDF 592.79 K](2354)
    摘要:
    以水利行业典型的四级(水利部—流域—省—地市)交换应用场景,以及水利部和自然资源部两部地下水监测数据实时交换共享的应用场景为基础,针对水利行业复杂网络条件下海量数据长距离实时和跨部委海量异构数据可信等交换需求,提出多源数据长距离传输适配对接、海量数据交换分布式协同调度、基于安全隔离网闸双向可信交换和两部海量异构数据融合共享等 4 项技术,从核心结构和原理层面对技术进行总结,并基于实际运行经验提出下一步升级建议。目前,4 项技术在国家地下水监测工程(水利部分)中普遍应用及推广,应用结果表明:数据交换关键技术可实现复杂条件下的数据交换与共享,以及两部国家地下水监测数据的实时汇集、上报、共享和交换,并为地方地下水监测站数据汇交至流域分中心和国家中心提供技术支撑。

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