河網(wǎng)如織，湖泊棋布，嘉興市位于太湖流域下游杭嘉湖平原，古往今來(lái)因水而興、因水而美。然而，獨(dú)特的平原河網(wǎng)水系也決定了嘉興治水工作的復(fù)雜與艱巨。

乘著水利部開(kāi)展數(shù)字孿生流域建設(shè)先行先試的東風(fēng)，嘉興持續(xù)加強(qiáng)算據(jù)、算法、算力建設(shè)，打造“孿生一底板、智慧一平臺(tái)、調(diào)度多目標(biāo)”的孿生水網(wǎng)綜合樣板，有效提升區(qū)域整體防洪排澇和水環(huán)境改善能力，為平原水網(wǎng)地區(qū)數(shù)字孿生水利建設(shè)提供先行示范。

分層級(jí)建設(shè)數(shù)據(jù)底板

走進(jìn)嘉興市水利局防汛調(diào)度會(huì)商室，亞米級(jí)遙感影像和多視角影像融合形成的三維數(shù)字孿生底板躍入眼簾，降雨、水位、流量、工情等信息一目了然。隨著工作人員的點(diǎn)擊，一條條河流干道的實(shí)體空間身份碼及基本信息躍然屏上。

“這些數(shù)據(jù)，讓我們實(shí)現(xiàn)了對(duì)河道水位、進(jìn)出水量的預(yù)報(bào)分析，成為防汛工作中各類(lèi)決策的基礎(chǔ)。”嘉興市水利局黨委書(shū)記、局長(zhǎng)岳玉良說(shuō)。

數(shù)據(jù)底板是數(shù)字孿生水網(wǎng)的必備支撐，在建設(shè)過(guò)程中需要大量地理空間數(shù)據(jù)支撐模型平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

“嘉興市作為全國(guó)首批新型基礎(chǔ)測(cè)繪試點(diǎn)城市，相關(guān)測(cè)繪地理信息數(shù)據(jù)資源豐富、類(lèi)型多樣，已建成全范圍覆蓋、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)更新、豐富全面的基礎(chǔ)測(cè)繪地理信息體系。”嘉興市水利局科技安全處處長(zhǎng)陳杭介紹。

嘉興研發(fā)了基于多源、多策略深度學(xué)習(xí)的遙感智能解譯算法，能夠高效地對(duì)地表信息進(jìn)行解讀和分類(lèi)，每年還會(huì)對(duì)嘉興全域進(jìn)行三次土地利用分類(lèi)（水體、道路、建筑物、農(nóng)田、綠地等）數(shù)據(jù)更新，不斷提高模型精度。

分層級(jí)建設(shè)數(shù)字孿生底板，打造高精度數(shù)字孿生水網(wǎng)。“數(shù)字孿生水網(wǎng)（杭嘉湖平原）對(duì)接水利部數(shù)字底板和遙感影像解譯，構(gòu)建全域骨干水網(wǎng)L1級(jí)數(shù)字孿生底板；再構(gòu)建以嘉興市中心城區(qū)、海鹽塘及兩岸圩區(qū)、南臺(tái)頭樞紐防洪排澇受益區(qū)為試點(diǎn)范圍的精細(xì)化的L2級(jí)底板；最后對(duì)南排杭州灣重要水利工程——南臺(tái)頭樞紐打造L3級(jí)孿生工程，有效支撐了水災(zāi)害防御數(shù)字化場(chǎng)景、智慧化模擬、精準(zhǔn)化決策。”陳杭介紹。

2023年，嘉興通過(guò)跨部門(mén)協(xié)同，建立了水利、氣象等部門(mén)和南湖實(shí)驗(yàn)室等科研機(jī)構(gòu)的信息數(shù)據(jù)共享機(jī)制，構(gòu)建了物理水網(wǎng)的“空、天、地、水”多維在線(xiàn)監(jiān)測(cè)體系，初步構(gòu)建了雨水情監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)“三道防線(xiàn)”，持續(xù)完善水網(wǎng)監(jiān)測(cè)感知體系。

一體化打造數(shù)字孿生平臺(tái)

嘉興市地勢(shì)低平，南部沿杭州灣地區(qū)地勢(shì)相對(duì)高亢，且受潮汐頂托排水困難。若等到臺(tái)風(fēng)“兵臨城下”再調(diào)度排水，就會(huì)錯(cuò)失有利時(shí)機(jī)，極易遭受洪澇災(zāi)害。構(gòu)建“四預(yù)”功能強(qiáng)大的數(shù)字孿生水利體系尤為重要。

基于覆蓋杭嘉湖平原區(qū)域的水文水動(dòng)力模型、嘉興市域的洪水預(yù)報(bào)模型和洪水淹沒(méi)分析模型等，嘉興市通過(guò)跨層級(jí)協(xié)同，與水利部太湖流域管理局共建了杭嘉湖平原水網(wǎng)水文水動(dòng)力模型。目前，應(yīng)用已概化杭嘉湖區(qū)域河道5391公里、圩外湖泊53個(gè)、閘泵工程74座、圩區(qū)782個(gè)等，實(shí)現(xiàn)江河湖庫(kù)一體化聯(lián)算。

嘉興有幾百處圩區(qū)，管理難度大。“2021年防御臺(tái)風(fēng)‘煙花’期間，臺(tái)風(fēng)還沒(méi)來(lái)，好多圩區(qū)拼命往外排水，導(dǎo)致河道水位很高，兩岸工程、堤防壓力很大。”嘉興市水利局工作人員說(shuō)。

嘉興創(chuàng)新構(gòu)建了平原水網(wǎng)智能調(diào)度模型集，在線(xiàn)滾動(dòng)迭代率定，實(shí)現(xiàn)試點(diǎn)區(qū)域40座圩區(qū)預(yù)報(bào)調(diào)度分析，有效支撐了水網(wǎng)圩區(qū)對(duì)象的水位預(yù)測(cè)、風(fēng)險(xiǎn)研判、工程聯(lián)合防洪調(diào)度推演、調(diào)度預(yù)案推薦，將水網(wǎng)的觸角末梢延伸至“最后一公里”，全面提升流域防洪韌性。

此外，數(shù)字孿生水網(wǎng)（杭嘉湖平原）還搭建了自增長(zhǎng)自演化知識(shí)平臺(tái)，利用大語(yǔ)言模型自然語(yǔ)言解析理解能力，將大語(yǔ)言模型集成于知識(shí)圖譜構(gòu)建與應(yīng)用的過(guò)程，進(jìn)行常見(jiàn)流域信息、數(shù)據(jù)信息、閘站信息、水文信息等一站式自然語(yǔ)言檢索，提高涉水領(lǐng)域的工作效率和質(zhì)量。

多目標(biāo)統(tǒng)籌決策調(diào)度

自2023年試運(yùn)行以來(lái)，數(shù)字孿生水網(wǎng)（杭嘉湖平原）已多次投入水災(zāi)害防御實(shí)戰(zhàn)，取得明顯成效，在嘉興防汛中發(fā)揮了重要作用。

2023年6月23日上午，據(jù)預(yù)報(bào)未來(lái)24小時(shí)將有120毫米～150毫米的降雨。水利部門(mén)迅速反應(yīng)，依托數(shù)字孿生水網(wǎng)（杭嘉湖平原）平臺(tái)，滾動(dòng)預(yù)報(bào)市域內(nèi)9個(gè)代表站水位信息，分析未來(lái)2小時(shí)、4小時(shí)、6小時(shí)全市防汛態(tài)勢(shì)。通過(guò)迅速啟動(dòng)預(yù)演優(yōu)化后的調(diào)度方案，利用南排工程和城市防洪工程、圩區(qū)進(jìn)行有序預(yù)降，保障了區(qū)域水安全。

防洪調(diào)度爭(zhēng)分奪秒。數(shù)字孿生水網(wǎng)（杭嘉湖平原）目前已實(shí)現(xiàn)試點(diǎn)區(qū)域范圍內(nèi)預(yù)報(bào)、預(yù)警、預(yù)演、預(yù)案等場(chǎng)景的數(shù)字孿生綜合應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)對(duì)流域洪水風(fēng)險(xiǎn)的統(tǒng)籌管控，以及市、區(qū)、縣水利工程的統(tǒng)籌調(diào)度——

在預(yù)報(bào)方面，預(yù)測(cè)嘉興市西部、北部來(lái)水，以及東排、南排等邊界水量交換情況，實(shí)現(xiàn)海鹽塘干流沿線(xiàn)水位的精準(zhǔn)化預(yù)報(bào)，延長(zhǎng)預(yù)報(bào)期；在預(yù)警方面，分析并生成城防大包圍和圩區(qū)的水位超警戒、淹沒(méi)區(qū)域，根據(jù)重點(diǎn)保護(hù)對(duì)象預(yù)估經(jīng)濟(jì)損失，結(jié)合積水和易澇風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，利用多元化信息發(fā)布機(jī)制，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警發(fā)布；在預(yù)演方面，模擬超標(biāo)準(zhǔn)洪水情況下嘉興站、城防工程、海鹽塘、周邊圩區(qū)、南排工程，在多種組合運(yùn)用下的骨干河道洪峰到達(dá)時(shí)間、水位變化及淹沒(méi)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，對(duì)多種調(diào)度方案的效果進(jìn)行對(duì)比分析；在預(yù)案方面，依據(jù)調(diào)度方案、知識(shí)平臺(tái)、模型計(jì)算對(duì)比分析成果，給出合理調(diào)度措施，指導(dǎo)市、縣工程統(tǒng)籌調(diào)度運(yùn)行。

2023年汛期，數(shù)字孿生水網(wǎng)（杭嘉湖平原）訪(fǎng)問(wèn)量近8萬(wàn)次，發(fā)布調(diào)令81次、洪水預(yù)報(bào)預(yù)警8次。

數(shù)字孿生水網(wǎng)（杭嘉湖平原）的強(qiáng)大“四預(yù)”功能，不僅體現(xiàn)在防洪聯(lián)合調(diào)度應(yīng)用，還體現(xiàn)在水環(huán)境預(yù)報(bào)預(yù)警和調(diào)度上——可對(duì)嘉興城區(qū)骨干河道水質(zhì)進(jìn)行實(shí)時(shí)模擬及預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，對(duì)突發(fā)污染物遷移擴(kuò)散情況進(jìn)行評(píng)估，及時(shí)發(fā)布預(yù)警；還可以聯(lián)動(dòng)水利、水務(wù)部門(mén)開(kāi)展群閘優(yōu)化調(diào)度，形成調(diào)度方案比選、歷史調(diào)度方案比較，支撐嘉興市活水調(diào)度，實(shí)現(xiàn)河網(wǎng)有序流動(dòng)。

數(shù)字孿生水網(wǎng)（杭嘉湖平原）從夯實(shí)算據(jù)、算力、算法基礎(chǔ)，打造智慧平臺(tái)等多方面入手，通過(guò)業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)、技術(shù)等融合，實(shí)現(xiàn)水信息可見(jiàn)、水?dāng)?shù)據(jù)可算、水事件可調(diào)、水監(jiān)管可查，成為杭嘉湖平原的“智慧守衛(wèi)”。

“我們將不斷細(xì)化數(shù)字孿生水網(wǎng)相關(guān)應(yīng)用，進(jìn)一步增強(qiáng)預(yù)報(bào)、預(yù)警、預(yù)演、預(yù)案功能，為全市水安全保障提供更加有力的決策支持。”岳玉良表示。