北江是广东省境内重要河流之一，流域汛期暴雨频繁，亟须运用“黑科技”完善北江防洪体系建设。在南方都市报《向新而行 粤创未来》专题面向广东全省各地征集的新质生产力案例中，来自广东省水利厅的申报案例给出了答案。
为解决北江防洪问题，广东已建成由乐昌峡、湾头、飞来峡水利枢纽，潖江蓄滞洪区，北江大堤以及芦苞涌和西南涌分洪河道组成的防洪工程体系，但流域防洪仍以规则调度为主，对水工程联合调度研究不充分，流域防洪优化调度潜力巨大。
广东省水利厅还从流域层面构建防洪决策支撑体系，开展数字孪生北江建设，研发北江流域防洪联合调度数字化场景应用，深度耦合防洪工程体系与数字孪生技术，为珠三角乃至粤港澳大湾区提供水安全保障。
织就“天、空、地”立体监控网
支撑北江流域调度管理的“四预”
2022年2月，水利部启动数字孪生流域建设先行先试工作，并印发《关于开展数字孪生流域建设先行先试工作的通知》。同年4月，广东省水利厅选取北江等3个流域作为先行试点。经充分调研，在广东智慧水利（一期）项目开展数字孪生北江建设，研发北江流域防洪联合调度数字化场景应用。
北江流域防洪联合调度数字化场景应用以信息化、智能化为引领，深度耦合防洪工程体系与数字孪生技术，织就“天、空、地”立体监控网，对物理流域全要素和水工程运行管理全过程进行数字化映射、智慧化模拟，实现与物理流域的同步仿真运行、虚实交互、迭代优化，支撑北江流域调度管理业务的“预报、预警、预演、预案”。
数字孪生北江数据底板建设成果。
该应用系统可对由流域控制性水库、干流堤防、蓄滞洪区组成的流域防洪工程体系开展防洪联合优化调度，智能分析预见期内防洪形势，实现提出洪水调度方案、洪水调度成果仿真展示、灾情统计分析、调度方案综合评估、防洪调度方案管理等功能。
同时，通过对流域重要控制性水库、涵闸、泵站联合水量调度，实现水资源调度的预演，处理应急调度问题，并监视流域重要控制断面水量变化。基于北江流域水工程安全监测与安全管理信息汇聚体系，还能对北江流域各类水工程安全运行进行专项监管，在线监控预警与安全评估。
多源数据协同实现五情态势监控
支撑流域水工程防洪联合调度实战
数字孪生北江新建和汇聚北江流域4285个雨水情站点和46个水工程安全监测站数据，可结合水旱风险普查隐患调查成果，实时分析5109宗水利工程风险，多源数据协同实现北江流域“点-线-面”的“雨、水、工、险、灾”五情态势监控。
同时，构建了自主产权的“四预+”省级水利专业模型平台，实现流域管理“四预”过程下的模型精准适配和高效调用，具备多节点、分布式、多任务的并行计算能力，单个模型实例计算效率达到秒级响应，多模型耦合计算效率达到分钟级响应。
任务建设伊始，数字孪生北江便对“22·6”流域特大洪水进行复盘推演，还针对流域内水利工程安全运行监管面临的突出问题，实现风险隐患的实时研判分析。
2024年4月，数字孪生北江在北江两次编号洪水期间投入实战化运用，并取得阶段性预期实效。
2024年4月初，受强降雨影响，北江发生第1号洪水。4月4日10时，流域模拟结果显示，北江将发生一次流域性洪水过程，洪峰会在4月7日凌晨之后陆续出现。根据预报来水情况，水利部门对控制性水库进行预泄处理，飞来峡从4月4日上午开始预泄，使得水库在洪水期间发挥了充分的拦洪削峰作用，确保了乐昌、韶关以及英德城区不受淹。
2024年4月16日至23日，继4月初强降雨之后，广东省再次出现连续极端强降水过程，北江发生百年一遇特大洪水，数字孪生北江支撑洪水防御取得实战成效。
4月19日17时，基于当时的气象降雨，水文模型划分的17个产流区间有14个在之后48小时的预报面雨量超过200mm，滚动预报结果显示石角站22日洪峰流量19300立方米/秒，达特大洪水级别，提前两天半预报将发生特大洪水。
根据工程不拦蓄、规程调度、联合优化等三种调度模型，数字孪生北江在数分钟内完成水库按规则调度、按拟发调令控泄、按联合优化调度等多种方式的模拟计算。
数据孪生北江监视页面中屏。
在洪峰进入库区的关键时刻，精准预报入库流量，确定水库控泄调度目标。技术人员还通过获取4月13日、20日和21日的高分三号SAR卫星遥感影像，采用RS、GIS与AI技术分析对北江干流及连江沿岸主要受灾区进行深入解析，准确描绘了洪峰期间北江干流及其沿线的灾情，为建立可靠的“水位-淹没-灾情”关系提供了有效依据。
形成数字孪生流域建设的样板与标准
入选数字孪生水利建设十大样板名单
北江流域防洪联合调度数字化场景应用在“智慧水利”“数字孪生流域”等框架和理念内，为地方水行政主管部门提供兼顾上下游等情况的流域调度管理与分析决策信息，改善单个地方决策的局限，形成数字孪生流域建设的样板与标准。
该系统在立体监测感知、数据深度融合、模型构建应用、知识泛在服务、业务精准聚焦等方面起到了先导示范作用，为数字孪生水利建设累积了成体系经验。研发的系列数据、模型和知识实例及技术具备良好的动态构建和弹性拓展能力，可大范围推广复用，并已直接应用至数字孪生广东水网先行先试建设工作。
2024年，数字孪生北江在全国56家先行先试单位共94项任务中脱颖而出，成功入选水利部《数字孪生水利建设十大样板名单（2023年）》。同时，北江流域防洪联合优化调度也成功列入《数字孪生水利建设典型案例名录（2023年）》。
南都广州新闻部出品
采写：南都记者 王美苏
编辑：王美苏
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