导语：为总结推广数字厦门建设阶段性成果，2024年，市数据管理局举办“数字厦门建设成果征集活动”，评选发布50个数字厦门建设成果，涉及普惠便捷数字服务、城市精准精细治理、数字技术创新应用、激活数据要素价值等领域。现推出《2024年数字厦门建设成果系列宣传》，以标杆示范引领促进经验分享和交流合作。

　　本期成果： 建设全流域“四预”仿真应用 打造数字孪生样本

　　报送单位：厦门市农业农村局（水利局）、厦门市洪水预警报中心

　　围绕厦门山溪型河流防洪调度需求，针对风暴潮频发及海水顶托等特点，厦门市农业农村局（水利局）会同厦门市洪水预警报中心打造数字孪生东西溪平台（简称“平台”），通过构建信息化基础设施、数字孪生平台和业务应用体系，实现流域预报、预警、预演、预案的全过程一体化仿真。平台运用云渲染技术实现多尺度全流域集成总览，三维精细化呈现流域地形地貌、河网水系及城镇平原，逼真模拟了天气效果、光影变化和水位波动等实景场景。同时，结合前端水雨情感知与视频测流技术、知识图谱动态优选技术，创新性地将3大类7种调优水利模型深度耦合，实现水库水闸预报调度一体化，不仅为防洪决策提供全方位技术支撑，更为数字孪生技术在水利领域的深化应用提供了示范性实践。

　　一、主要做法

　　（一）数据集成优服务，织密筑牢监测“防护网”

　　数字孪生东西溪平台汇聚气象、水文、海洋等部门369个雨量站、132个水位站、10个流量站和85座水库基础信息、101路视频，以及逐小时气象网格化预报数据和沿海潮位信息，为模型计算和预报预演夯实数据基础。

　　图1 东西溪流域洪水预报界面

　　（二）仿真模拟可视化，架设预演预报“显微镜”

　　基于数据驱动，实现了6个分场景（汀溪水库视角、莲花水库视角、河段视角、淹没热力图、水体淹没、流域场景）、1个组合场景的仿真模拟，提供多种高清、高真实感的三维视觉特效，真实还原流域洪水场景。

　　图2 汀溪水库泄洪场景预演

　　（三）模型运算精准化，搭建深度耦合“模拟器”

　　开发和建设三大类（洪水预报、水库联合调度、河道水动力）、7种（水文预报模型、数据驱动模型、水库自然调度模型、水库规则调度模型、水库优化调度模型、一维水动力模型、二维水动力模型）深度耦合的水利专业模型，实现“四预”调度模型实时滚动计算和智慧模拟。

　　（四）技术融合助腾飞，搭建流域管理“驾驶舱”

　　开发数字孪生流域“一张图”、洪水灾害要素预报、风险预警、仿真预演、调度预案等业务应用模块，支撑“四预”全过程一体化真实仿真应用，构建水工程防洪调度指挥“最强大脑”。

　　三、特色亮点

　　（一）联合调度增效益。东西溪流域内的汀溪、莲花等水库，承担防洪供水双重任务。平台通过模型计算分析，在确保防洪安全前提下，提出汀溪、莲花水库最优调度方案，给出合理泄流量，有效利用雨洪资源，避免过度放水引起的资源浪费，发挥水库防洪保水效益，实现从“治水”到“智水”的飞跃。

　　（二）科学防范洪潮“双碰头”。东西溪流域独流入海，经常遇到洪潮“双碰头”复杂情景，平台依托潮位预报，通过模型分析，计算推求出库流量、泄洪时段和水闸调度方案，错峰排洪，最大限度降低“双碰头”带来的防洪压力。

　　（三）专业模型研发获突破。研发了基于知识图谱的动态优选技术，可结合历史模拟分析产汇流规律、数据资料、暴雨时程分布等特点，自动匹配最优模型参数组合。研发了基于GPU（图形处理器）并行的二维水文水动力耦合模型，大幅提高模型计算效率。

　　（四）创新技术优化云渲染。在大范围流域场景云渲染中，创新应用具有知识产权的多路流复用技术，解决了多并发状态下大量模型和场景资源同时加载需求，提升场景渲染能力，保证流畅程度和交互效果。

　　（五）应用视频AI测流新技术。通过分析处理视频监控图像，应用AI测流新技术，提取河道水面波纹、漂浮物、气泡等图像纹理特征并跟踪匹配，推算水面实时流速值，快速直观，较传统测流方式显著降低运维成本。

　　（六）开发水利知识问答机器人。通过基于深度学习算法的知识引擎开发了水利问答机器人，根据用户的提问，系统结合相关水利知识、后台实时监测数据进行综合分析后给出解答，初步实现水利知识智能检索。

　　四、应用成效

　　（一）建立3DGIS+BIM+IoT的水利数字孪生流域。通过集成地形、水文、植被、水利基础设施、物联感知网络等多维数据，利用先进的三维地图引擎和图形渲染技术，基于仿真场景实现了与物理流域同步运行的虚拟流域环境，为流域防汛工作提供全过程、动态化的关联信息展示与指挥决策辅助。

　　（二）整合优化流域防洪业务流程。针对传统模式下防洪信息碎片化、调度不联动、协同不高效等问题，通过业务、数据、技术等融合，整合气象、水利、自然资源等部门数据资源，实现气象预报-洪水预报-工程调度-风险研判-风险提示信息反馈的防汛全链条一体化融合。串联点（单站）、线（河道堤防）、面（防洪风险区），打通预报预警“最后一公里”，使风险信息直达防御工作一线，实现预报预警全覆盖。

　　（三）建立基于模型运算的水利防汛“四预”体系。通过收集和整合物理流域的相关数据，利用一系列水利专业模型，解决了东西溪流域产汇流时间短、上游水库泄洪、下游潮水顶托等多条件约束下的流域内洪水削峰与错峰难题，结合水利专业模型和知识图谱等关键技术，通过构建支撑“四预”全过程的一体化流程仿真应用，实现及时准确预报、全面精准预警、同步仿真预演、精细数字预案的水利防汛体系。

　　（四）科学调度机制初显成效。通过项目建设，厦门洪水预报由传统监测转变成智能预报，预报时长至少提前48小时。在2024年11场降雨过程中成功拦洪削峰，汀溪、莲花2座水库累计预泄洪1.8亿立方米，并显著发挥保水作用，汛末蓄水为历史同期最高水位，库容比达100%，有效保障流域超百万群众生命财产安全和供水需求。平台在技术创新及优化调度应用中实现突破的特色亮点，也获得了水利部专家的高度肯定。