数字孪生水利看浙江⑥丨数字孪生，赋能梯级水库联合调度和安全运行

编者按

自水利部启动数字孪生流域建设先行先试工作两年多来，浙江加强顶层谋划，建机制搭平台，压茬推进。经过认真谋划，钱塘江等7个数字孪生流域和横锦水库等2个数字孪生工程成功入选水利部先行先试试点。目前，9项试点任务均全面完成，并顺利通过水利部验收。即日起，“浙江水利”推出“数字孪生水利看浙江”专题，巡礼数字孪生试点做法，总结展示数字孪生水利建设的“浙江经验”“浙江样板”。第六期，我们来看数字孪生周公宅-皎口梯级水库系统。

数字孪生周公宅-皎口梯级水库系统是什么？有人说，它是工程+流域的融合孪生体，镜像水库工程的现实，推演水库工程的未来；有人说，它是理解水库的新工具，深入了解水库设备结构；还有人说，它是水库智慧化管理的新起点，为水库的安全运行和效益发挥提供了“新引擎”。

周公宅、皎口水库是位于宁波市甬江流域鄞江上游的串联水库，地处宁波市历年暴雨中心四明山区，洪水预报调度难度大。如何进行两座水库联合错峰调度、最大化发挥水库的拦洪能力，一直是水利部门面临的重点和难点。2022年5月起，宁波市启动数字孪生周公宅-皎口梯级水库项目，聚焦信息基础设施、数字孪生平台、业务应用及网络安全等四大核心领域，将数字孪生系统打造为水库的“调度专家”“安全医生”与“运行管家”，全面升级与优化水库运行管理水平。

“调度专家”赋能水库防汛调度

数字孪生周公宅-皎口梯级水库系统以防汛防台实际需求为导向，建设鄞江流域产汇流模型、梯级水库联合调度模型和水库下游一二维耦合水动力模型，实现流域上下游基础数据、实时数据、预报数据等全要素信息的同步和共享。

相较于单个水库工程，梯级水库数字孪生系统建设不仅需要考虑每座水库的运行和管理，更要深入考虑梯级间的水流调度、相互影响以及联合防洪、发电等协同管理。围绕两座水库本身的安全和联合调度，数字孪生周公宅-皎口梯级水库系统给出了重塑洪水预报工作业务流程、搭建梯级水库联合调度模型、构建工程间高效共享信息通道等“三位一体”的解决方案。

在洪水预报方面，将传统的各水库独立预报的流程进行重塑，实现两座水库工作人员在同一平台上协同操作、实时计算与快速分析，联合预报调度方案的制定时间从原先的10分钟缩减至目前的1-2分钟，显著提升了洪水预报效率。在水库联合调度、工程信息共享方面，在系统设计之初就搭建梯级水库联合调度模型，开放工程数据共享权限，实现两座水库在孪生世界的“互联互通”。

借助高度仿真的可视化技术，精准预演分析水库涨落、河道涨落、淹没区域及其影响情况首次成为了可能。这不仅有助于研判洪水形势，更能在复杂多变的洪水条件下为水库防汛决策提供有力支撑。

水库洪水预演示意图

自系统试运行以来，成功支撑周公宅和皎口两座水库有效应对2022年的“轩岚诺”和“梅花”、2023年的“杜苏芮”和“卡努”等多场台风暴雨的挑战。尤其在2022年“梅花”台风来袭时，面对降雨量超过50年一遇的极端天气，系统快速生成了多组预报调度方案，通过正向预演，精准模拟了不同方案下水库的涨落情况以及下游的受影响程度。同时，利用逆向推演功能，科学制定水库前期的预泄措施和中期拦蓄洪峰的调度策略。

通过系统的精准演算、比对分析、动态调优，实现兼顾上下游防洪安全的优化调度。据统计，防御“梅花”台风期间，周公宅水库拦蓄洪水量2296万立方米、削峰率60%，皎口水库拦蓄洪水量5707万立方米、削峰率83%，水库联合调度有力保障了甬江下游章水镇、龙观乡、鄞江镇等地6万余群众的生命财产安全。

“梅花”台风期间，利用系统洪水预报功能实现精准预报，指导水库预泄工作。

“安全医生”守护大坝安全无虞

水库大坝是流域防洪工程体系重要组成部分，是保障水安全的“重器”。数字孪生周公宅-皎口梯级水库系统利用高精度模拟仿真引擎1：1构建水库大坝可视化模型和工程安全监测分析模型，全面监控、深入分析水库环境量、变形、渗流、应力应变、地震等安全要素，逐时分析大坝的各项安全指标，直观展示大坝的安全状态。

水库安全监测预警示意图

更为便捷的是，通过一键启动大坝安全体检功能，系统便能自动进行大坝“全面体检”并快速生成详尽的“体检报告单”。借助这份“体检报告单”，管理人员能迅速掌握大坝的安全状况，及时发现潜在风险并采取相应措施，确保水库的稳定运行和下游地区的安全。

“运行管家”精细把控水库设备管理

水库水轮机拆装仿真示意图

依托BIM仿真建模技术，数字孪生周公宅-皎口梯级水库系统实现了对水库重要设备资产的精细管理。结合监测监控数据，实时掌握水库防洪、供水、发电的运行状况，保障水库安全高效运行。同时，利用BIM技术对水轮机、发电机等重要机电设备进行零部件级的拆解，“再现”设备的内部机构和状态。这一技术帮助水库工作人员直观、深入地了解设备的运行原理与机制，为设备的精细管理及维修养护提供重要支持，也大幅提升了水库设备管理的智能化水平。

原标题：《数字孪生水利看浙江⑥丨数字孪生，赋能梯级水库联合调度和安全运行》

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