数字孪生技术，为流域防汛、水资源调度提供信息技术支撑，为智慧水利带来了“可视、可感、可知”的数字化、可视化应用。通过数字模型和实时数据来模拟和预测实际现象，更为水文水资源管理和水旱灾害防御提供了全新的思路和方法。

从“先行先试”到“先行示范”

2022年，黄委水文局率先在黄河济南段北店子断面至济南黄河公路大桥28千米河段建设山东黄河济南段数字孪生流域应用平台，为全测区实现数字孪生奠定坚实基础。

黄委水文局所属山东水文局集结水文水资源、勘察测绘、软件研发等专业技术人才，建成专业且高效的数字孪生与测绘技术团队，形成以博士、硕士研究生为主要研究人员的模型研发技术力量，积极投入数字孪生流域建设和应用工作。

项目团队围绕数据底板精细化这一重点，通过多源异构数据快速融合技术，实现天、空、地、水下立体化空间数据整理入库和快速融合，构建高精度、多维度的山东黄河济南段数字孪生数据底板。同时，实现河段洪水演进过程的数值模拟和三维动态可视化渲染仿真，模拟构建数字孪生场景。通过计算机视觉算法，开发滩区淹没风险评估模型，动态计算漫滩河段淹没面积、水深及历时、槽蓄量、滩蓄量等核心数据，智能适配时空地理大数据进行土地自动分类，自动生成洪水灾害影响仿真评估报告。

经过多次专家助力、无人机航拍、BIM模型等多项技术加持，最终建成数字孪生泺口水文站，集成在线采集、同步传输、远程监控等多种功能，实现了全要素、全量程、全时段数据的一站式汇集。2022年11月5日，央视科教频道专题报道山东黄河水文数字孪生示范平台。

黄河2023年汛前调水调沙期间，团队针对不同级别洪水进行事前经验预报，事中持续关注洪水过程，通过移用2021年秋汛洪水过程和5000立方米每秒固定流量过程对河段进行预演，分析基于现状地形条件下的洪水演进及漫滩情形。事后对洪水演进进行复盘，进一步调整河道地形和模型参数，完善二维水动力模型。

2023年，该成果荣获黄委水文局科技进步一等奖。同年年底，黄委国科局组织专家进行科技成果评价，认为该成果达到国际先进水平，并入选2023年数字孪生黄河建设优秀案例推荐名录，多项发明成果已申请国家发明专利并进入实质审查阶段。

从“共建共享”到“善作善成”

黄河穿兰州城而过，形成了城市与河流和谐发展的独特风景，水文监测对于城市防汛意义重大。黄委水文局统筹部署所属上游水文局、山东水文局、黄河水文勘察测绘局，各单位密切协作，发挥各自优势，充分利用在山东泺口段积累的算法技术储备、水力学模型及软件平台建设经验等，成功搭建黄河兰州河段数字孪生平台。2023年9月，兰州水文站成为黄河干流首个全要素“在线监测+数字孪生”水文站，依托先进的水上、水下测绘和数字模拟、处理等技术，实现了防汛、水资源管理调度智能化展现。

兰州市依河而建，发生大洪水时泄洪不畅会加剧城市内涝，数字孪生平台实现了兰州河段设防流量和1981年等场次洪水过程在当前下垫面条件下的演进模拟，在部分低洼地带进行了城市洪涝的模型预警试算，实现漫滩风险区域演示，对兰州滨河公园、码头等涉河工程进行淹没风险分析，为城市防洪提供“四预”支持，并为城市防洪工程设计提供参考。

与此同时，黄委水文局所属各单位之间在协作中逐步建立起数据采集、搜集整理的统一格式和标准，有力促进了行业规范的落地实施，为黄河水文数字孪生技术拓展建设打下坚实基础。

从“知重负重”到“唯实惟先”

黄河桃花峪上游官庄峪断面到马渡险工45千米河段，黄河进入下游冲积平原，坡度突然变缓，河床呈游荡性，又有左岸支流沁河汇入，一直是水文规律研究难点所在。

2023年，黄委水文局部署所属河南水文局和山东水文局组织技术团队利用前期建设经验，集中力量完成航测影像、地形采集处理工作，探索花园口河段的数字孪生流域建设。

花园口河段人工修筑两岸堤防间距平均达十余千米，水道宽浅，发生漫滩洪水时过水面积大，巨大的计算量需要高效的算法和强大的算力作支撑。水文局技术团队通过软件技术、模型预渲染、参数调优等方法进行算法优化，智破难题。

该河段河道内工程居多，以险工控导为主，不乏废弃铁路路基、生产堤、渠道等工程，面对如此复杂的情况，山东水文局航测获取的L3等级地形点云模型极具优势。技术人员通过矢量化将原始数据转化为计算机数据，使模型输出正确结果。

由于该河段河床冲淤变化复杂，大水期间主流摆动具有高度的不可预测性。技术人员通过航测数据划定老滩、嫩滩区的界限，分析历年实测资料洪水期间的冲淤变化，对嫩滩部分进行均一化处理，问题初步得到解决，构建的数字孪生业务系统于汛前初步投入应用。

黄委水文局将持续深化后续建设，着力推进业务系统与数字孪生场景整合，推动水文业务全流程自动化，让复刻在云端“摸不着”的数字孪生，产生更多更大“看得见”的数据价值。