专家：“数字孪生”建设是保障永定河流域水安全的重要手段

12月23日，第三届永定河论坛在北京召开，论坛主题为“提升流域韧性、建设幸福河湖”。多位专家表示，“数字孪生”建设是保障永定河流域水安全的重要手段，要提升流域韧性，需借助“数字孪生”等技术加强永定河流域防洪工程体系建设。

2018年6月5日，北京门头沟永定河。视觉中国 资料图

特大洪水暴露永定河流域“四预”短板

北京门头沟区的永定河山峡段位于太行山脉、燕山山脉交界的迎风区，每年夏天在季风的影响下易产生暴雨。

今年7月28日至8月1日，受台风 “杜苏芮”北上与冷空气共同影响，海河全流域出现强降雨过程，流域内有8条河流发生有实测资料以来最大洪水，其中永定河发生了特大洪水。

水利部原总规划师张志彤从自然条件与准备工作两方面分析了永定河流域汛情监测及“四预”（预报、预警、预演、预案）能力上存在的问题。他指出，7月底，门头沟局部24小时最大降雨量达到622毫米，超过当地年均降水量。这次洪水中，官厅水库上游来水并不太多，降雨主要发生在山峡段，损失也主要发生在山区。

张志彤认为永定河洪水难以监测预防其中一个重要原因是，受制于地形和规划等因素，山峡段仅有珠窝、落坡岭两座水库，不但不足以对山区洪水进行有效节制，而且洪水在不受控制的情况下出山后可能直接冲击下游平原地区。

针对基础设施准备不足的问题，张志彤说：“洪水期间部分山区电力、通讯中断，严重影响指挥调度和应急救援。气象卫星和测雨雷达、雨量站、水文站组成的水情监测预报仍存在短板，覆盖面积不足，难以第一时间准确预判水情。”

海河水利委员会党组成员、一级巡视员户作亮认为，永定河面临“官厅山峡段源短流急，暴雨洪水突发性强、产汇流快、预见期短”的突出问题，亟需通过数字化、智慧化的支持来提高防洪减灾能力。

永定河流域范围示意图。图源：《永定河综合治理与生态修复总体方案》

“数字孪生”建设是保障永定河流域水安全的重要手段

国家“十四五”规划纲要明确提出“构建智慧水利体系，以流域为单元提升水情测报和智能调度能力”。户作亮表示，当下的信息技术日新月异，云计算、大数据、人工智能提供了先进的技术条件；卫星遥感、无人机摄影、智能传感器提供了丰富的感知手段；水利智能分析、物理建模提供了强大的理论支撑。在虚拟空间中模拟整个流域这一宏大的构想正在逐步变成现实。

就永定河而言，户作亮说：“数字孪生技术当务之急是要掌握洪水形成、演进和蓄泄机理，延长洪水预见期，提高防洪减灾能力。此外，也可以为水资源集约化利用提供智慧化的决策支持。”

所谓数字孪生，是指利用物理模型、传感器、运行历史等数据，集成多学科、多尺度的仿真过程，作为虚拟空间中某实体的镜像，反映了该实体的全周期、全过程。以永定河为例，数字孪生将能对流域全要素和水利治理全过程进行数字化映射、智能化模拟，实现虚实交互，同步仿真运行。

在23·7洪水中，数字孪生技术已经对永定河流域防洪调度“四预”工作提供了有力的支持。灾后，又进一步补充了骨干河道地形资料复测等数据。当前，永定河数字孪生系统已经接入2000余处监测站点信息，共享基础数据、监测数据、业务数据以及历年洪水的历史资料，开发了多种水文模型，初步构建了流域内防洪与水资源的知识体系。

通过数字孪生建设提升永定河流域“四预”能力

永定河流域治理是一项复杂的系统性工程，本次论坛上，专家学者提出了建设山峡段防洪水库、整治平原地区堤防、细化蓄滞洪区管理、提高基础设施防洪标准等多项建议。而数字孪生技术对智慧工程论证、建设、运营、监测意义重大。

张志彤看好数字化带来的“四预”能力提升：通过现代技术手段实现对沿线防洪工程和河道的实时监控，强化对雨情、水情、险情、灾情等相关信息监测及数据收集分析，针对极端天气形成应对策略及措施预案，尽可能降低各类隐性风险，从整体上增强应对气候变化和防御水旱灾害的能力，最大程度地减轻洪水的影响和损失。

户作亮在展望数字孪生永定河的后续发展规划时说：“未来需设定不同的洪水组合，开展多场景的洪水演进过程分析和水利工程调度模拟仿真，补充构建溃坝、溃堤、堰塞湖、山洪等预演功能，完善不同来水条件下的径流预报模型，强化‘四预’能力。”

永定河流域投资公司党委书记、董事长孙国升表示，该公司也在加快研究和建设数字孪生永定河，以期建立更符合流域洪水规律的产汇流水文模型和洪水演进水动力学模型，构建预报、预警、预演、预案的“四预”体系与防洪矩阵。

“我们将全面提升流域水旱灾害防御能力和协同治理能力，加快推进永定河流域综合治理与生态修复各项工作。”孙国升说。