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[水利]先行示范 打造数字孪生平原水网样板

作者:zbwdh 发布:2023-12-28 浏览:43


精准预测出现水位超警的站点及发生风险的圩区堤防,通过系统提前通知相关负责人;模拟工程预排和抢排降低全市高水位的过程,确定最优调度方案;精准识别防洪薄弱点,高效开展安全隐患排查……数字孪生水网(杭嘉湖平原)为浙江省嘉兴市水灾害防御工作插上“智慧之翼”。

河网如织,湖泊棋布,嘉兴市位于太湖流域下游杭嘉湖平原,古往今来因水而兴、因水而美。然而,独特的平原河网水系也决定了嘉兴治水工作的复杂与艰巨。

乘着水利部开展数字孪生流域建设先行先试的东风,嘉兴持续加强算据、算法、算力建设,打造“孪生一底板、智慧一平台、调度多目标”的孪生水网综合样板,有效提升区域整体防洪排涝和水环境改善能力,为平原水网地区数字孪生水利建设提供先行示范。

分层级建设数据底板

走进嘉兴市水利局防汛调度会商室,亚米级遥感影像和多视角影像融合形成的三维数字孪生底板跃入眼帘,降雨、水位、流量、工情等信息一目了然。随着工作人员的点击,一条条河流干道的实体空间身份码及基本信息跃然屏上。

“这些数据,让我们实现了对河道水位、进出水量的预报分析,成为防汛工作中各类决策的基础。”嘉兴市水利局党委书记、局长岳玉良说。

数据底板是数字孪生水网的必备支撑,在建设过程中需要大量地理空间数据支撑模型平台进行数据分析。

“嘉兴市作为全国首批新型基础测绘试点城市,相关测绘地理信息数据资源丰富、类型多样,已建成全范围覆盖、实时动态更新、丰富全面的基础测绘地理信息体系。”嘉兴市水利局科技安全处处长陈杭介绍。

嘉兴研发了基于多源、多策略深度学习的遥感智能解译算法,能够高效地对地表信息进行解读和分类,每年还会对嘉兴全域进行三次土地利用分类(水体、道路、建筑物、农田、绿地等)数据更新,不断提高模型精度。

分层级建设数字孪生底板,打造高精度数字孪生水网。“数字孪生水网(杭嘉湖平原)对接水利部数字底板和遥感影像解译,构建全域骨干水网L1级数字孪生底板;再构建以嘉兴市中心城区、海盐塘及两岸圩区、南台头枢纽防洪排涝受益区为试点范围的精细化的L2级底板;最后对南排杭州湾重要水利工程——南台头枢纽打造L3级孪生工程,有效支撑了水灾害防御数字化场景、智慧化模拟、精准化决策。”陈杭介绍。

2023年,嘉兴通过跨部门协同,建立了水利、气象等部门和南湖实验室等科研机构的信息数据共享机制,构建了物理水网的“空、天、地、水”多维在线监测体系,初步构建了雨水情监测预报“三道防线”,持续完善水网监测感知体系。

一体化打造数字孪生平台

嘉兴市地势低平,南部沿杭州湾地区地势相对高亢,且受潮汐顶托排水困难。若等到台风“兵临城下”再调度排水,就会错失有利时机,极易遭受洪涝灾害。构建“四预”功能强大的数字孪生水利体系尤为重要。

基于覆盖杭嘉湖平原区域的水文水动力模型、嘉兴市域的洪水预报模型和洪水淹没分析模型等,嘉兴市通过跨层级协同,与水利部太湖流域管理局共建了杭嘉湖平原水网水文水动力模型。目前,应用已概化杭嘉湖区域河道5391公里、圩外湖泊53个、闸泵工程74座、圩区782个等,实现江河湖库一体化联算。

嘉兴有几百处圩区,管理难度大。“2021年防御台风‘烟花’期间,台风还没来,好多圩区拼命往外排水,导致河道水位很高,两岸工程、堤防压力很大。”嘉兴市水利局工作人员说。

嘉兴创新构建了平原水网智能调度模型集,在线滚动迭代率定,实现试点区域40座圩区预报调度分析,有效支撑了水网圩区对象的水位预测、风险研判、工程联合防洪调度推演、调度预案推荐,将水网的触角末梢延伸至“最后一公里”,全面提升流域防洪韧性。

此外,数字孪生水网(杭嘉湖平原)还搭建了自增长自演化知识平台,利用大语言模型自然语言解析理解能力,将大语言模型集成于知识图谱构建与应用的过程,进行常见流域信息、数据信息、闸站信息、水文信息等一站式自然语言检索,提高涉水领域的工作效率和质量。

多目标统筹决策调度

自2023年试运行以来,数字孪生水网(杭嘉湖平原)已多次投入水灾害防御实战,取得明显成效,在嘉兴防汛中发挥了重要作用。

2023年6月23日上午,据预报未来24小时将有120毫米~150毫米的降雨。水利部门迅速反应,依托数字孪生水网(杭嘉湖平原)平台,滚动预报市域内9个代表站水位信息,分析未来2小时、4小时、6小时全市防汛态势。通过迅速启动预演优化后的调度方案,利用南排工程和城市防洪工程、圩区进行有序预降,保障了区域水安全。

防洪调度争分夺秒。数字孪生水网(杭嘉湖平原)目前已实现试点区域范围内预报、预警、预演、预案等场景的数字孪生综合应用,实现对流域洪水风险的统筹管控,以及市、区、县水利工程的统筹调度——

在预报方面,预测嘉兴市西部、北部来水,以及东排、南排等边界水量交换情况,实现海盐塘干流沿线水位的精准化预报,延长预报期;在预警方面,分析并生成城防大包围和圩区的水位超警戒、淹没区域,根据重点保护对象预估经济损失,结合积水和易涝风险区,利用多元化信息发布机制,实现点对点风险预警发布;在预演方面,模拟超标准洪水情况下嘉兴站、城防工程、海盐塘、周边圩区、南排工程,在多种组合运用下的骨干河道洪峰到达时间、水位变化及淹没风险区域,对多种调度方案的效果进行对比分析;在预案方面,依据调度方案、知识平台、模型计算对比分析成果,给出合理调度措施,指导市、县工程统筹调度运行。

2023年汛期,数字孪生水网(杭嘉湖平原)访问量近8万次,发布调令81次、洪水预报预警8次。

数字孪生水网(杭嘉湖平原)的强大“四预”功能,不仅体现在防洪联合调度应用,还体现在水环境预报预警和调度上——可对嘉兴城区骨干河道水质进行实时模拟及预测预报,对突发污染物迁移扩散情况进行评估,及时发布预警;还可以联动水利、水务部门开展群闸优化调度,形成调度方案比选、历史调度方案比较,支撑嘉兴市活水调度,实现河网有序流动。

数字孪生水网(杭嘉湖平原)从夯实算据、算力、算法基础,打造智慧平台等多方面入手,通过业务、数据、技术等融合,实现水信息可见、水数据可算、水事件可调、水监管可查,成为杭嘉湖平原的“智慧守卫”。

“我们将不断细化数字孪生水网相关应用,进一步增强预报、预警、预演、预案功能,为全市水安全保障提供更加有力的决策支持。”岳玉良表示。

【来源】黄河网


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