当前，我国由南至北进入汛期，黄河流域也进入了防汛备汛的关键阶段。数字孪生在黄河防汛备汛中发挥怎样的作用？记者日前走进数字孪生黄河建设核心技术支撑单位黄河水利科学研究院进行探访。该院的数字孪生研究团队成员告诉记者，从数字黄河到数字孪生黄河，具有“预报、预警、预演、预案”功能的智慧黄河体系已经初步建立，新一代信息技术正与治黄业务深度融合，科技“神器”将为黄河装上“智慧大脑”，让黄河防汛更智能、更精准。
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数字孪生黄河：虚拟世界再造黄河
“数字孪生黄河，通俗地讲，就是通过应用智能的感知手段、构建拟真的数字化场景、研发能够模拟实际治黄业务的模型和知识平台体系，在保障网络信息安全的前提下，将我们的母亲河'装’进计算机、赋予'智慧’。”在数字孪生黄河工场，研究团队的李冰博士介绍。
根据《数字孪生黄河建设规划（2022—2025）》，“十四五”期间，通过构建数字孪生黄河典型应用场景，黄河的重点防洪地区基本实现“四预”应用的目标。李冰介绍，智慧防汛是数字孪生黄河建设的重要组成部分，也是现阶段重点攻关的内容。
近年来，黄科院基于黄河数学模型系统和数字孪生技术，自主研发了开放架构的黄河流域智慧防汛平台，支持多业务场景的“四预”过程复现，为防汛演练和会商提供了重要支撑。
智慧防汛平台集成了雨水情、水库属性及状态信息、河道整治工程及实时出险信息、水文站点等动态监测数据，既能融合展示流域天空地水信息和物联网感知数据，还能呈现气象降雨预报、水位、流量、洪水演进流场及淹没水深等可实时查询的动态图。
智慧防汛平台还集成了黄河“小花间”区域人工智能和传统水文预报模型、黄河中下游五库联调模型、黄河下游二维洪水演进模型，可以实现水沙预报、信息预警、调度方案生成与影响过程预演、决策方案优选、智能匹配预案等功能。
此外，在智慧防汛平台中，记者可直观看到河道涨退水过程和下游滩区受淹过程。平台根据雨水情和工程动态情况可优化水库调度方案，并同屏比选常规调度和优化调度方案结果。
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黄河智慧大脑：智能辅助科学决策
智慧防汛平台的核心是黄河智慧大脑和黄河模拟器，正是这两者体现了平台的智慧。团队的刘启兴博士介绍，现阶段，黄河智慧大脑仍处在实验室阶段，尚未达到智能化模拟、精准化决策的终极目标，但其中的一些前沿研究成果在防御大洪水演练中已经逐步发挥智能化辅助决策的作用。
比如在预报调度模型方面，利用传统水文模型和人工智能预报模型，可以实现“天上看见一朵云，地上预测一片水”的智能预报；利用水库优化调度模型和智能模型，可做到“水库调度方案自动优选推荐”的智能调度辅助。
在水动力学模型方面，开发并集成了覆盖流域气象降雨、洪水演进、冰凌生消、河口潮波等水动力机理数学模型体系，实现了不同边界条件下的“预演”以及黄河流域水循环过程的数字刻画，为智能决策提供支持。
在知识模型方面，依托大数据和人工智能技术，团队开发了具有自主知识产权的防汛知识平台，构建了历史上发生过的黄河流域水旱灾害场景库，并不断积累，优化提升，实现现实场景与历史场景的对比分析，为流域防汛决策提供智能推荐辅助。
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智慧防汛平台：持续优化功能应用
黄河流域智慧防汛平台已经在2021年、2022年防御大洪水演练中得到初步应用。
从应用效果来看，一方面提高了“四预”能力，平台对水文监测预报预警、调度方案和洪水演进模拟预演、滩区迁安、险情抢护与指挥决策等环节进行全流程映射，让会商预演更智能、更快捷、更直观。另一方面，也简化了会商决策流程。该平台动态清晰地将各类防汛信息和防汛形势的宏观特征呈现在会商现场，减少了业务人员在会商前的准备流程，大大提高了会商效率。
李冰介绍，智慧防汛平台还处于不断迭代和完善阶段，黄科院会根据防汛形势的变化以及新发展阶段洪水防御新需求持续更新优化平台。比如，2021年黄河发生了新中国成立以来最严重秋汛，黄科院根据当时大堤偎水情况与巡堤查险等难题，开发了偎水查询模块，实现了工程出险部位、河势变化剧烈河段的三维动态提醒功能；2021年郑州“7·20”特大暴雨发生后，团队将这场暴雨的移植洪水调度方案集成到系统中，实现了为流域防汛、山洪防御和城市内涝预警等场景提供决策辅助的功能。
“为精准支撑2023年黄河防汛调度演练，今年黄科院进一步优化智慧防汛平台的三维实景模拟、动态数据展示、方案智能匹配等功能，强化'四预’性能，加强防汛业务信息展示的直观性。同时，持续优化提升黄河模拟器各类模型的计算精度和效率，做好与数字孪生小浪底系统的对接，实现了不同单位数字孪生平台的共建共享。”李冰表示。
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编辑：范江涛 刘岚
审核：于迎涛
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