近年来,极端天气多发频发,流域降雨时空分布更趋复杂,水库防洪调度面临“来得急、变化快、影响广”的新特点。
对河南而言,水库既是防洪工程体系的重要节点,也是保障下游城镇安全、交通能源与重要基础设施稳定运行的关键屏障。
如何在更短时间内识别隐患、看清雨水情演变、预测洪水过程并快速形成调度决策,成为提升水库治理能力的现实课题。
问题在于,传统水库管理方式对“现场—数据—决策”的链条依赖人工经验较多,信息获取受限于巡查频次与监测密度;面对突发强降雨,雨情、水情、工情变化快,靠人工汇总研判往往难以及时形成多套可比选方案;同时,风险提示更多停留在“是否超限”的静态判断,难以直观呈现不同水位和不同泄流组合对下游淹没范围、人口与设施的影响差异。
调度如果缺少快速推演与量化评估,容易出现“反应滞后”或“过度保守”,从而影响防洪削峰、拦峰、错峰效果。
问题产生的深层原因,一方面在于水库运行涉及多源信息:降雨、来水、库水位、闸门工况、堤防与库区安全、下游河道承载能力等要素相互耦合,单一数据或单一模型难以支撑精细化决策;另一方面,随着经济社会发展,下游人口密度提升、产业布局更集中,一旦发生超标准洪水或调度不当,损失呈放大趋势,倒逼管理从“事后处置”向“事前预判”转变。
数字孪生水利建设正是在这一背景下,为水库管理提供更强的数据底座和更快的决策工具。
围绕提升“可感知、可推演、可预警、可处置”能力,河南在一批重点水库先行先试,推动水库运行管理向“可视化、模型化、智能化”转型。
在石漫滩水库,自动机库无人机常态化起飞巡检,将大坝巡查从“人到现场”拓展为“设备到点位”,并通过智能识别对裂缝、漂浮物及库区不规范活动等风险点进行快速发现与提示,为隐患早发现、早处置提供支撑。
更重要的是,平台把监测数据、业务规则与模型计算相结合,使管理者能够在降雨预报出现后,快速模拟水位涨势与洪水影响路径,实现“预报有依据、预警有方向、预演有结果”。
在白沙水库,数字孪生平台以虚拟“孪生水库”方式实现全天候在线运行,通过模型自动推演和方案生成,缩短决策链条。
据运行管理人员介绍,系统能够在较短时间内形成多套调度方案供比选,并在汛期提前对入库洪峰进行预测,自动推演不同泄流组合,提升错峰调度的精准度。
这种“多方案、可对比、可追溯”的决策支持方式,有助于把调度从经验判断转为数据驱动,争取关键处置窗口。
燕山水库的实践则体现了“以数据促模型、以模型促决策”的路径。
平台整合库区雨量站实时数据,并建设入库流量监测设施,构建产汇流模型和洪水演进模型,对雨水情态势进行动态监测,预报库水位变化过程,并预演下游洪水影响。
这类专业模型的引入,使调度评估不再局限于库内水位是否安全,更能聚焦“下游受影响范围与关键点位”,为预警发布、人员转移、交通管控等协同处置提供更可量化的依据。
从影响看,数字孪生平台的推广应用,正在带来三方面变化:其一,提升风险识别的“早”和“准”,通过智能巡检与多源监测提高发现隐患的及时性;其二,提升防洪调度的“快”和“稳”,通过模型推演与多方案生成缩短响应时间、降低决策不确定性;其三,提升应急处置的“协同”和“可视”,把淹没区、人口、基础设施等信息与预警联动,使防汛工作更便于分级指挥和精准部署。
总体上看,这有助于更充分发挥水库防洪削峰、拦峰、错峰作用,降低洪涝灾害对下游的冲击。
推进过程中也需关注配套对策。
首先,要持续完善“天空地水工”一体化感知体系,提升数据完整性、时效性与一致性,避免“模型先进、数据短板”。
其次,要加强模型校核与动态更新,确保在不同雨型、不同下垫面条件下具有可靠性和可解释性,防止对单一结果过度依赖。
再次,要推动平台与应急、气象、自然资源等部门数据共享和业务联动,形成从预警发布到转移安置、交通管控、抢险救援的闭环。
最后,要注重基层人员培训与运行机制建设,把平台能力转化为可执行的流程、标准与责任体系,使“数字化能力”真正落到“管理效能”上。
面向未来,随着更多水库纳入数字孪生建设范围,防洪调度将从“看见当前”走向“预见未来”,从“单库管理”迈向“流域协同”。
在更高精度降雨预报、更完善监测网络和更成熟模型体系支撑下,水库调度将更加注重风险分级、滚动预报和情景推演,实现“提前量更足、方案更细、处置更快”。
同时,数字孪生平台也将为水资源优化配置、工程安全管理和生态调度提供新的工具,推动水利治理从传统工程管理向现代化综合治理升级。
数字孪生技术的落地,标志着河南水利管理迈入智能化新阶段。
未来,随着技术的进一步成熟和推广,更多水库将实现从被动应对到主动预判的跨越,为保障人民生命财产安全和区域可持续发展注入更强动力。
这一探索也为全国水利现代化提供了可借鉴的“河南方案”。