在科技浪潮的推动下，数字孪生技术已成为各行业锻造新质生产力的重要举措。黄河勘测规划设计研究院有限公司（以下简称黄河设计院）紧紧把握数字孪生流域建设的重大机遇，集智攻关，科学谋划，在数字孪生黄河建设中留下了浓墨重彩的一笔，充分展示了水利新质生产力中的黄河智慧。

算据支撑 夯实数据底板基底

数据底板作为数字孪生流域“算据”的一部分，是连接与传递的中枢，是支撑数字孪生流域模型平台、知识平台和业务应用平台的数据基底。

在推进数字孪生黄河建设中，黄河设计院发挥技术牵头作用，汇聚集成多元数据，掌握了黄河流域下垫面数字地形、植被覆盖、重要水文断面和重要河段水下地形等信息，并将精度不同的数据进行衔接，实现了从数到图的转化。

“数字孪生黄河项目启动以来，黄河设计院历时6个月，完成了黄河三门峡以下区间L1级、L2级、L3级数据底板的集成工作。”黄河设计院云河科技执行董事侯红雨进一步解释道，L1级数据底板面向宏观尺度，关注流域全局信息，截至目前，黄河设计院总体采用15米DEM（数字地形模型）和1米DOM影像（数字正射影像图）数据构建了黄河流域L1级数据底板共计75万平方千米，为数字孪生黄河数字化场景构建提供了统一的空间数据基础；L2级数据底板面向中观尺度，重点关注某一具体河段、库区内的信息，黄河设计院集成流域黄河管理范围内省（区）和工程管理单位的建设成果，建成了陕西潼关至黄河入海口1100千米L2级数据底板，为流域和省（区）水利治理管理提供了翔实的工作底图；L3级数据底板面向具体水利工程层面，目前已构建了三门峡坝区、小浪底坝区、西霞院坝区等重要水利工程区域共计91平方千米精细实景三维模型，为工程管理单位提供了精准的信息支撑。

基于数字孪生黄河、小浪底、万家寨等数据底板建设需求和先行先试建设经验，黄河设计院对多维多时空数据底板构建的内容、方式及过程进行梳理与总结，牵头相关企事业单位和科研院所，编制了《数字孪生水利工程地理信息数据技术规程》，系统性地规范地理信息数据获取与处理、水利孪生场景构建、成果检查验收与地理信息数据安全保障等技术要求，为高质量开展数字孪生水利工程数据底板建设工作提供技术规范。

经过数字孪生黄河先行先试工作多年的项目积累，黄河设计院总结经验、整合技术，自主研发了可推广的“空天地水”一体数据采集技术、多维多时空数据融合技术、GIS（地理信息系统）模型分析技术等，优化数据采集、传输、汇集、处理、存储等技术流程，提高了数据采集的准确度、时效性及数据服务效率和能力。其中，“空天地水”多维多时空数据融合技术可实现多源地形数据、多源影像数据、倾斜模型与BIM（建筑信息化）模型、倾斜模型与GIS场景、水上水下地形的快速无缝融合，为数字孪生场景构建提供无缝融合的地理空间数据支撑，并能实现快速推广。目前，“空天地水”多维多时空数据融合技术已在数字孪生小浪底、万家寨等项目中得到应用。

优化算法 重点攻关模型研发

算法是物理流域自然规律的数学表达，是构建数字孪生水利的关键。

“如果把数字孪生黄河项目比喻成人的身体，那么数据底板就是骨骼躯干，只有大脑发出指令，骨骼躯干才能与大脑联动发挥作用，而这个大脑就是模型。”黄河设计院规划院水文泥沙所副所长李荣容说。

2023年6月5日，黄河防洪调度演练正在紧张进行，黄河设计院利用数字孪生黄河防汛“四预”（预报、预警、预演、预案）系统，对洪水调度方案和水库冲淤、淹没情况进行汇报。正是利用自主研发的黄河中下游预报调度一体化平台及水库库区泥沙冲淤模型进行调算，黄河设计院才能迅速提出3个优化调度方案。

一个个模型，如同黄河保护治理的“智慧大脑”，实现了虚拟与现实的深度关联互动。

2018年以来，黄河设计院结合流域特征，对水库泥沙动力学模型等模型关键技术的研发与应用开展重点攻关，多项关键技术不断取得突破性进展。黄河设计院自主研发的数字孪生三维仿真引擎--“云河地球”，成为首个基于水利特征的三维数字地球平台，摆脱了该领域核心技术对国外软件的依赖。

“云河地球”将物理水利工程全要素和建设、运行全过程的真实世界数据源，进行数字化映射和智能化模拟，虚拟再现数字孪生世界中的水利工程孪生体，有力支持了防汛调度、泥沙分析、工程安全等水利智能专业业务应用。

“当前，现有的模型平台在实现多场景灵活构建、在线计算、快速推演、提升预报调度一体化的时效性和精准度方面取得了重要突破，但由于应用模式和平台技术架构的限制，仍存在模型集成难度高、计算时效性有待提高、模型复用率较低等问题。未来，使模型平台更通用、高效、便捷，我们还有很长的路要走。”李荣容说。

应用至上 赋能管理提能增效

信息化建设是实现水利现代化的重要环节，不仅能提高防汛抗旱工作的准确性和效率，还能增强应对各类突发事故的灵活性和有效性。

经过多年积累，黄河设计院开发了黄河上游防洪调度系统、黄河中下游洪水预报调度一体化平台、RSS河道水动力学模拟系统、调水调沙系统、小禹智慧防汛系统、数字孪生黄河防汛“四预”系统等，形成了监测物联设备-时空服务平台-决策支持系统的全链条产品，实现“数据快速采集处理-洪水预报预警-洪水调度预演-风险评估-预案制定”全流程实时、动态、高效管理应用，极大提高了黄河水工程调度信息化水平。

当前，数字孪生黄河建设的成果还陆续在上海、广东深圳、河北唐山等地推广。

在上海黄浦江畔，黄河设计院从上海地域和黄浦江水域特点出发，聚焦防汛综合调度场景，在上海市大数据中心统建的“一张图”大系统上实现了物理流域与数字流域之间的动态实时信息交互和深度融合，全面提升了黄浦江干流和重要支流治理管理的现代化水平。

在广东，由黄河设计院研发的国内首款基于智慧防汛系统，具备语音问答、防汛值班、智慧分析等功能的防汛机器人--“小粤”和“大鹏”在广东省2023年防洪调度与工程抢险演练中亮相，取得了良好的应用效果。

在河南引沁大型灌区，黄河设计院研发的小禹明渠流量计为春灌用水精准计量发挥了重要作用。

黄河设计院董事长安新代表示，数字孪生水利建设是一项技术难度大、管理复杂的系统工程，“接下来，我们将继续围绕数字孪生水利建设重点、难点持续开展技术攻关，不断提升水利治理管理数字化、网络化、智能化水平，为新阶段黄河水利高质量发展提供有力支撑和强力驱动。”