智慧水利｜水库数字孪生平台：全方位可视化管理与监控

《关于大力推进智慧水利建设的指导意见》明确提出，在“十四五”规划期内，智慧水利建设的核心任务包括打造数字孪生流域模型、建立以“2+N”为核心的智能水利业务应用系统以及增强水利网络的安全性。2023年6月，在黄河小浪底水利工程举行的数字孪生水利建设会议中，水利部门审视了相关进展并推出了全国水利一体化的数字孪生平台和地图更新，强调数字孪生技术在智慧水利发展中的关键作用。

为了响应公众需求和政策指导，开发了一个综合性的水利管理平台，该平台可实时监测各类数据，与物理世界同步互动，并辅助决策分析。

一、智慧水利解决方案

利用千钧国际公司的QD-visual数字孪生”工具，智慧水利可视化技术将水利工程、流域管理和水资源监控整合在一体化平台上，通过三维模型和实时数据展示水系布局、水质状况和水流动态等多维度数据。此技术不仅提高了水利管理的精度和效率，还提供了智能化预警和应急响应能力，助力实现科学决策和可持续发展水利事业。

智慧水库数字孪生平台具备对库区动态情况的感知能力，覆盖设备运维、安防调度和供水管理等关键数据。该平台能够实现对物理库区全要素、全过程的数字化映射，确保物理库区与数字孪生库区间的数据交互实时且深度融合。

1. 整体概览

在整体概览界面中，展示了水库的基础信息，并依据可纳降雨量、未来降雨量以及来水量进行预测，以便为未来三天的防洪调度做准备。平台支持监控水压、漏水情况、水位及异常预警事件，以便于安全研判。同时，基于水质监测、生态基流量及二氧化碳排放量，评估并维护生态环境等级，采取相应措施以保护并提升水域生态服务功能。此外，通过气象监测了解气候模式和季节性变化，规划水资源的使用和分配。

主视觉界面精确显示了水库内如大坝、溢洪道、放水涵洞等关键设施的位置，并通过视频弹窗实现全天候监测。平台还对主要事件进行统计，促使水库管理者及时处理预警。

2. 库区详情

库区详情界面全面监控水质指标，追踪监测点水质和水位变化，为污染治理和防洪预案提供数据支持。统计大坝类型，分析坝体位移和应力趋势，捕捉细微信号，早期诊断潜在问题。滚动列表展示设备操作详情，及时识别异常和故障。主视觉显示水位、应力、位移、水质监测点，弹窗呈现评分、时间和负责人，有助于精准定位问题，了解变化趋势，进行责任追溯。

3. 设备运维

设备运维界面监控闸站、泵站、管理范围和实时总流量，统计设备分布，分析故障率，及时发现异常情况，提高设备可靠性、安全性和运行效率。关注巡检状态和完成情况，显示任务列表，提升巡检效率和准确性，确保设备得到及时维护。

主视觉界面通过明确和详尽的数字数据向水库管理人员展示了设备的总体数量与当前状态。它对水泵、阀门、流量计等关键设备进行精确标识，并直观地显示处于故障或维修状态的设备，促使管理人员优化维护计划。

4. 安防调度

在安防调度界面，系统对安全事件的种类进行了归纳统计，并支持告警数量的趋势分析。管理者能够查看具体的安全预警事件，并根据分析结果以及库区的实时监控情况选取恰当的紧急应对策略。此界面还允许管理者指派维修部、安防部、电工部等相关部门的在职人员，以确保库区的整体安全。

主视觉界面汇总了各类安全预警信息，并结合摄像头及电子围栏技术确保库区的安全。一旦检测到纵向裂缝、水位超出安全阈值或有未授权人员进入等情况，平台将自动触发预警通知，使管理人员能迅速做出反应，有效降低安全风险。

5. 供水管理

供水管理系统能够通过分析各时段的取水和退水数据来评估水库蓄水量，同时对小区、企业及消防等不同用水实体的计划进行评估。系统支持对整体用水量进行审查，以优化用水计划，确保满足各类用户的水资源需求，并保障水库用水的持续性与合理性。通过月度监测，系统能展示水资源调动方案，使管理者能够基于高需水量区域的具体情况选择适宜的水资源调配策略。

二、关键功能包括：

1. 实时水位与水质监控：该系统利用降雨数据和气象预报信息预测水位变动趋势，辅助管理者制定应对洪水和干旱的预案。在水处理厂精确监测水位和水质，确保水源的安全性、稳定性以及高效利用。

2. 电子围栏入侵检测：该系统具备先进的安全监控功能，能够有效检测未授权的入侵行为。

在面对广阔的水库库区及其设施的安全防护任务时，由于人力资源的限制，难以避免非法入侵和设施损坏未能即时发现的情况。智慧水库数字孪生平台通过模拟现实环境，在水库周边部署电子围栏，一旦检测到未授权入侵或纵向裂缝超出安全阈值，系统将自动触发预警机制，有效节省安保人员的工作负荷并降低人为疏漏所致的安全风险。

3. 在水资源调度方面：无论是满足日常用水需求还是应对干旱情况，均需执行合理且及时的水资源调配策略。该平台依据当前水库蓄水量、既定的用水规划以及各地区的具体取水需求，实施科学的水资源分配方案，并能对干旱状况进行预警，使管理者能够提前准备水资源调度计划以应对潜在的灾害风险。

三、应用场景涵盖以下两方面：

1. 一站式水库运营管理：智慧水库数字孪生平台整合了库区详细信息、设备维护、安全监控和供水管理数据，提供全时段全方位的监测功能，包括水库水位与水质、设施状态和库区环境等，使得管理人员能够通过控制中心的大屏实现水库的日常运营、安全监管和供水管理。

2. 水库风险评估与应对：智慧水库数字孪生平台具备风险评估功能，能够预测和分析可能的风险事件，为水库管理提供科学的决策支持，从而制定出有效的预防和应对措施。

总结

智慧水库数字孪生平台具备分析水位、水质和坝体变化趋势的能力，为预测潜在的洪灾、旱灾、水质污染和坝体裂缝等风险提供了诊断依据。此外，该平台还能监测取水质检测仪、水泵等设备的故障率，并定期进行巡检，以降低设备故障对水库运营带来的风险。

在防洪调度管理方面，智慧水库数字孪生平台能预测未来三天的来水量，这得益于其对可纳降雨量和未来一定时间段内的降雨量的监测。同时，平台还进行气象监测和水位监测，以提醒库区管理者及时制定应急调度预案。

智慧水库数字孪生平台不仅解决了人们的忧虑，响应了政策需求，还在推动“2+N”水利智能业务应用体系建设，增进人民福祉方面发挥了重要作用。尽管星火尚小，但积少成多可以燎原。千钧国际将继续推进数字孪生与智慧水利的深度融合，助力水利决策科学化、管理精细化，让水有百利而少害！