面向数字孪生流域建设的洪涝模拟方法.pptx

P1王高旭水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院大数据与智慧水利研究中心副主任2024年6月26日面向数字孪生流域建设的洪涝模拟方法Tel:025mail:gxwang@nhri.cn

汇报提纲 P2P2一、建设背景与新的要求二、洪涝模拟方面技术成果三、数字孪生流域建设成果四、未来展望

建设背景与新的要求P2P301

数字孪生流域建设背景洪涝灾害一直是我国的心腹之患据2000多年的历史资料统计，我国平均每两年发生一次较大洪水2/3以上的国土面积处在洪水威胁下“洪水风险依然是最大威胁”“全面提高风险防控水平”(习近平，2018）全国洪水威胁区域分布图研发面向数字孪生流域建设的洪涝动态演进模拟业务系统，是实现国家防洪减灾和水利高质量发展和的关键任务P4

P5数字孪生流域建设背景作为建设创新型国家的重要内容，这是党中央从党和国家事业全局出发做出的重要决策大力推进数字孪生水利建设，支撑保障“四预”工作。—2023年全国水利工作会议2023年，基本建成七大江河、11个重要水利工程数字孪生平台。—2022年水利部印发《关于开展数字孪生流域建设先行先试工作的通知》大力推进数字孪生流域建设，并部署各流域管理机构…先行先试。—2021年水利部召开推进数字孪生流域建设工作会议构建智慧水利体系，以流域为单元提升水情测报和智能调度能力—2021年《国家国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》2017年，习近平总书记提出要建设网络强国、数字中国、智慧社会，把“智慧社会”

P6新的要求雨水情监测尚不能满足洪涝模拟的需求，需要加快构建雨水情监测预报“三道防线”受全球气候变暖影响，我国极端暴雨频发，人民群众生命财产受到严重威胁，提升致灾暴雨精细监测、精准预报预警能力，延长洪水预见期、提高预报精准度，是打好洪涝灾害防御硬仗的重要基础和支撑。痛点难点不敢用时空分辨率低抓不住精准率低测不准无法有效业务化

P7新的要求水文模型模型的区域属性强、且缺少多模型耦合工作机制，需要提出大范围精细化产流模拟方法传统模型复用难度大，在多模型耦合工作机制方面较为薄弱，在大范围地区产流模拟存在一定的不足，需要建立一套统一的模型开发和映射标准规范，在此基础上研发大流域尺度精细化的产流模拟方法。土壤含水量土壤类型土地利用方式水利工程布局水文模型中的下垫面信息

新的要求模型普遍停留在定制化阶段，通用化程度不高，重复建模工作大目前的水利专业模型尚不能适应智慧水利建设对水利专业模型“标准统一、接口规范、分布部署、快速组装、敏捷复用”的要求，已成为行业亟待攻关解决的卡脖子技术之一。国外模型国外相关的商业软件方法较为通用国内模型多针对特定区域问题定制，通用化程度低集中于数据模拟，与业务化运用有一定的距离针对性强，但尚欠缺统一、规范化接口。P8

新的要求算法在高效支撑数字孪生业务上存在明显不足，需改进算法，以提高计算效率现有传统的模型建模过程复杂，复用难度大、推广成本高，在模型计算方面存在着计算时间过长的问题。需要改进算法与计算模式，提高模型的计算速度。复杂水网系统示意堤防复杂水网精细刻画水量交换节点精准建模P9

洪涝模拟方面技术成果P10P1002

第一道防线天基：气象卫星静止：风云四号、葵花九号极轨：风云三号空基：测雨雷达第二道防线地基：雨量站第三道防线地基：水文站技术成果：延长预见期高精度X波段测雨雷达装备与预报系统针对高精度降水观测的要求，研发了X波段高精度测雨雷达；针对低空降水研发了降雨观测快速扫描模式及短时临近降水预报系统，解决不同水文模型对降水产品时空精度的定制化要求，提高了对流域局地极端降水的监测的精度和时效性；本成果可为延长雨水情的预见期、构建雨水情监测的“三道防线”提供解决方案。P11

P12技术成果：延长预见期全新硬件设计，小型化、轻量化、低功耗化整机重量≤150kg、可快速拆解为天线单元、俯仰舱体、收发组件、信号处理单元以及伺服底座等多个部件，最重分部件重量约20kg。整机功耗≤200瓦，可实现太阳能电池板供电，连续阴雨天运行7到10天。全天候全自动无人值守系统一键开关机，无需专业人员操作；自适应体扫模式，选择最优观测角度；自动切换运行模式，节能环保；数据量小，普通网络即可满足远程值守和数据传输。高适应性水文行业需求及水文模型系统雷达观测数据机内外实时订正；结合地面雨量计动态修正降水算法系数；0~6小时短时临近降水量预报产品；输出流域或区域面降水量产品，与现有水文系统无缝对接。维修简单方便高度集成化插拔式收发组件、信号处理器，故障实时响应，到达设备现场2小时内恢复工作

技术成果：延长预见期融合短临预报和实测数据的降水空间分布计算方法提出了耦合深度学习和时空地