“十五五”规划建议提出，“深入推进数字中国建设”“适度超前建设新型基础设施”“推进传统基础设施更新和数智化改造”。《中共中央办公厅国务院办公厅关于全面推进江河保护治理的意见》明确要求以数字孪生流域为重点，系统谋划推进数字孪生水利体系建设。我们要坚决落实好、完成好党中央、国务院决策部署，谋划好、建设好数字孪生水利体系。
习近平总书记高度重视水安全保障问题，对推动水利高质量发展、保障我国水安全提出明确要求，为水利工作提供了根本遵循和行动指南。近年来，随着气候变化和经济社会发展，水安全领域风险隐患增多与抵御能力不足叠加，历史风险累积和新型风险叠加的问题越来越突出，水安全保障面临的环境条件比以往更加复杂、更趋极端，提升水利发展质量、有效防控水安全风险的要求更加迫切、更为凸显。同时，新一轮科技革命和产业变革加速演进，前沿技术突破集中涌现，为实现水利智能分析研判和科学高效决策提供了技术支撑。建设数字孪生水利体系是应对风险挑战、把握时代之变、塑造发展动能的关键手段，必须强化科技赋能、数智赋能，系统谋划推进数字孪生水利体系建设，为推动水利高质量发展、保障我国水安全提供有力支撑。
推动数字孪生水利体系与物理水利对象同步运行、虚实交互、迭代优化
数字孪生水利体系，是以物理水利对象为单元、时空数据为底座、数学模型为核心、水利知识为驱动，对物理水利全要素和水利治理管理活动全过程进行数字映射、智能模拟、前瞻预演，与物理水利对象同步运行、虚实交互、迭代优化的综合体系，由数字孪生流域、数字孪生水网、数字孪生工程组成，三者之间互不替代、各有侧重、互联互通、信息共享。数字孪生流域主要支撑流域“统一规划、统一治理、统一调度、统一管理”，助力实现流域多要素、多对象、多目标治理管理的“帕累托最优”。数字孪生水网主要支撑“系统完备、安全可靠，集约高效、绿色智能，循环通畅、调控有序”的水网构建和运行。数字孪生工程主要支撑水利工程的安全运行和功能发挥。
建设数字孪生水利体系，要按照“需求牵引、应用至上，数智赋能、提升能力”的原则，从水利工作实际需求出发，深入分析流域防洪、水资源管理与调配，以及水利工程建设和运行管理、河湖管理、水土保持、灌区现代化建设和改造、农村供水等水利业务的目标、流程、功能、数据等需求，以效用为导向推进监测感知系统、数学模型系统建设，搭建数字孪生平台，全面支撑水利业务应用，实现预报、预警、预演、预案功能，提升水利现代化治理管理能力。
加快构建“天空地水工”一体化监测感知系统
数据是建设数字孪生水利体系的基础，监测感知是获取数据的方式和渠道。必须加快构建“天空地水工”一体化监测感知系统，实现物理水利对象数据监测感知的精准性、同步性、及时性。
一是实现全覆盖、全空间、全要素、全天候监测感知。“全覆盖”，即覆盖所有水利治理管理对象，亦即覆盖每一条河流、每一级水网、每一座工程。“全空间”，即从“天”“空”“地”“水”“工”立体空间监测感知水利治理管理对象的信息数据。“全要素”，即实现水利治理管理对象的所有信息感知，包括自然河湖水系的水文要素、水力学要素、泥沙动力学要素、数字高程模型、工程的位移变形、渗流渗压、应力应变、地理信息系统等。“全天候”，即不受天气、时间和环境条件影响，可始终保持有效的监测感知状态，获取全面、实时、连续、精准的数据信息。
二是强化适用于数字孪生水利体系构造的数据采集。面向和聚焦构建数字孪生水利体系需求，检视并修订不满足数字孪生水利体系建设需求的监测感知标准规范，完善手段、路径、方式、对象，推进监测感知系统的科学建设和高频乃至在线运行。采集水利治理管理对象的基础数据、状态监测数据、管理数据、共享数据、地理空间数据，满足数字孪生水利体系中数学模型计算高精度、高频率、连续性要求，为构建数字孪生水利体系提供精准物理参数和现实约束条件，保持与物理对象的同步耦合。
三是加强数据归集共享。加强数据资源跨地区、跨部门、跨层级的统筹管理、整合归集、共享利用。充分利用国家监测资源，共享经济社会、土地利用、生态环境、气象等相关数据。构建水利数据归集平台，在全国水利一张图的基础上，围绕数字孪生水利体系建设需求，开展多源、多维、多尺度数据归集管理并形成有效运行管理机制。
四是加快监测技术装备研发应用。构建水利遥感卫星应用星座，加快水利测雨雷达组网建设，积极推进基于卫星遥感、雷达声呐等对水利物理对象监测和探测的新技术研究。强化无人机、无人船、水下机器人、激光雷达、侧扫雷达、穿透式地质雷达、智能传感器等新装备研发应用，实现对流域内地理信息数据特别是下垫面、工程性态、水文要素、水力学要素、泥沙动力学要素的实时动态监测。加快科技成果转化应用，促进新一代信息技术与水利监测感知深度融合。
确保数学模拟过程和物理过程实现“高保真”
数学模型是数字孪生水利体系精准映射、虚实交互、实现“四预”功能的关键。在现有水利模型基础上深化攻关、集成应用，确保数学模拟过程和物理过程实现“高保真”。
一是突出模型建设重点。水利工作涉及防洪安全、供水安全、粮食安全、生态安全，模型计算前瞻性、精准性要求极高。必须把基于机理揭示和规律把握的机理模型，基于数理统计和数据挖掘的统计模型，以及两种模型相互嵌入、系统融合的混合模型，作为数字孪生水利体系建设的核心，更好揭示事物发展规律，同步映射现实、复盘反演历史、预测推演未来。
二是加强监测数据与数学模型耦合联动。根据不同区域气候条件、下垫面条件及工程性态，充分利用“天空地水工”一体化监测感知系统采集的数据以及约束条件、调度规则、历史场景等水利专业知识，及时修正模型计算的边界条件，在线动态率定模型计算的物理参数，降低模型系统误差，提高模型模拟精准度。
三是加强模型研发。把握“高保真”要求，深化水利机理模型的应用和研究，加快推进融合卫星、雷达等多源数据的“云—雨”降雨预报模型，建立分布式水文模型，健全洪水演进水动力学模型、冰水动力学模型、土壤侵蚀模型、泥沙动力学模型、污染物扩散输移模型等。制定模型验收和评价体系，基于历史和实时典型数据，加强模型功能验证，评估模型结果准确性。
四是强化“正向—逆向—正向”推演功能。针对不同情景分析计算，“正向”推演流域水流演进过程；通过设定业务决策目标及工程安全运用限制条件“逆向”推演工程调度方案，实现多方案比选；在满足边界条件下考虑最新变化要素再次进行“正向”推演，提供前瞻、科学、精准、安全决策支持。
持续变化的江河湖库水文情势、流域下垫面条件、工程运行性态、经济社会发展需求，决定了数字孪生水利体系建设必须在运用中完善、在实战中升级，不断适应并满足新形势下的水利治理管理需求，为推动水利高质量发展、保障我国水安全作出新的贡献。
（作者为水利部党组书记、部长）
（文章来源：人民日报）
