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水利数字孪生：守护江河安澜的“数字智慧大脑”
2025-09-27 14:02:58来源：智慧城市网整理 阅读量：53 评论
【智慧城市网 企业关注】在长江防汛指挥中心的大屏上，一场虚拟的“流域洪水推演”正实时展开——从上游降雨量变化，到中游水库调蓄过程，再到下游河道水位涨落，每一个数据节点都与现实流域精准同步；在黄河三角洲灌区，工作人员通过数字平台远程调控闸门开度，实时优化灌溉水量，让每一寸耕地都能“喝上按需分配的水”。这些场景背后，是水利数字孪生技术的强力支撑。
场景落地：水利数字孪生的“多元赋能”实践
从防汛抗旱到水资源调配，从工程建设到生态保护，水利数字孪生已在多个领域落地生根，展现出强大的实践价值，成为破解传统水利痛点的关键技术手段。
在水灾害防治领域，数字孪生构建起“提前预警、精准调度”的防汛体系。2024年汛期，淮河流域遭遇持续性强降雨，依托流域数字孪生系统，工作人员提前72小时模拟出洪水演进路径与淹没范围，据此制定水库联合调度方案：上游梅山、响洪甸等水库提前预泄腾出库容，中游正阳关枢纽精准调控闸门开度，下游分洪区有序启用，最终将洪水峰值削减23%，避免了下游城市受淹，保障了120万群众的生命财产安全。
在水资源优化配置领域，数字孪生实现“精打细算”的高效用水管理。我国西北干旱地区水资源短缺，宁夏引黄灌区通过数字孪生系统，整合灌区土壤墒情、作物需水量、黄河来水等数据，构建“水资源-作物-土壤”耦合模型，实时计算不同区域的最优灌溉量。
在城市水资源管理中，北京、上海等城市的供水管网数字孪生系统，可实时监测管网漏损情况，通过压力仿真模拟定位漏点，将管网漏损率从15%降至8%以下，每年节约水资源超千万立方米。
在水利工程建设与运维领域，数字孪生推动“全生命周期智慧管理”。在白鹤滩水电站建设期间，建设团队通过数字孪生模型，对大坝混凝土浇筑过程进行实时仿真，模拟不同浇筑温度、速度对坝体应力的影响，优化施工方案，使大坝浇筑质量合格率达100%，工期缩短6个月。工程运维阶段，数字孪生系统实时监测大坝位移、渗流量等数据，结合仿真模拟预测坝体结构变化趋势，一旦出现异常数据，立即触发预警，实现“预防性运维”。
挑战与突破：水利数字孪生的“成长之路”
尽管水利数字孪生发展迅速，但在技术融合、数据共享、应用深化等方面仍面临挑战，需要多方协同突破瓶颈。
水利系统涉及气象、水文、地质、农业、城市等多个部门，不同部门的数据标准不统一、存储方式各异，导致“数据孤岛”现象严重。例如，气象部门的降雨量数据与水文部门的河道流量数据，因统计口径不同，难以直接融合使用；部分基层水利站点的传感器老旧，数据采集精度低、更新频率慢，影响数字孪生模型的准确性。此外，数据安全风险也不容忽视，水利数据涉及国家地理信息与基础设施安全，一旦泄露或被攻击，将造成严重后果。
水利数字孪生需要水文模型、信息技术、工程技术等多学科的深度融合，但当前部分数字孪生系统仍存在“重建模、轻仿真”“重数据、轻分析”的问题：数字模型虽能还原物理场景，但缺乏对复杂水文过程的精准模拟能力，例如在极端天气下，模型对洪水漫溢、堤坝溃决的预测精度不足；部分系统的仿真结果与实际应用需求脱节，难以直接为决策提供有效支撑，导致“仿真归仿真、实践归实践”的脱节现象。
目前，水利数字孪生应用多集中在大型流域与重点工程，中小流域、基层灌区的应用覆盖不足；部分应用场景局限于单一环节，例如仅用于防汛监测或工程建模，未能实现“从监测到调度、从建设到运维”的全流程贯通。此外，基层水利部门技术人员短缺，难以熟练操作复杂的数字孪生系统，导致部分已建成的系统“束之高阁”，未能充分发挥作用。
随着技术的不断迭代与应用的持续深化，水利数字孪生将朝着“更精准、更智能、更协同”的方向发展，构建起“天地一体、虚实联动”的智慧水利新图景。
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