數(shù)字孿生太浦河防洪及供水“四預(yù)”業(yè)務(wù)應(yīng)用設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

黃志興，馮大蔚，馬 媛，戴逸聰，胡雪嬌

（水利部太湖流域管理局水文局（信息中心），上海 200434）

0 引言

近年來，隨著新興技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)字孿生與流域科學(xué)研究和治理管理相結(jié)合推動了數(shù)字孿生流域的發(fā)展[1-3]，數(shù)字孿生流域成為智慧水利建設(shè)的基礎(chǔ)和核心，為物理流域全要素和水利治理管理活動全過程的數(shù)字化映射、智能化模擬提供了技術(shù)手段[4-5]，是實(shí)現(xiàn)智慧流域管理與治理的最佳技術(shù)路徑[6-9]。太湖流域河網(wǎng)密布，地勢低平，水流往復(fù)不定，獨(dú)特的平原河網(wǎng)為流域經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展提供了良好的水利條件，也決定了流域防洪、水資源、水環(huán)境等問題的復(fù)雜性。流域性是江河湖泊最根本、最鮮明的特性，治水管水必須以流域?yàn)閱卧?，?shí)施統(tǒng)一規(guī)劃、治理、調(diào)度、管理[10]。

太浦河橫貫長三角一體化生態(tài)綠色示范區(qū)，上承太湖，下通黃浦江，中連汾湖，全長為 57.6 km。太浦河是太湖和兩岸地區(qū)的骨干行洪排澇通道，受復(fù)雜河網(wǎng)流態(tài)及下游潮位頂托的影響，涉及江蘇、浙江、上海兩省一市不同利益訴求，防洪調(diào)度問題非常復(fù)雜；同時(shí)，太浦河是流域和示范區(qū)水資源配置的骨干河道，為浙江省平湖市和嘉善縣及上海市西南五區(qū)超過800 萬人供水。此外，太浦河還是長湖申線航道的組成部分，水運(yùn)繁忙[11]。因而需要統(tǒng)籌考慮供水與排水、水質(zhì)與水量、防洪與省市不同利益訴求等[12]，為此，太湖流域管理局（以下簡稱太湖局）選擇太浦河開展數(shù)字孿生先行先試建設(shè)[13-16]，通過數(shù)字孿生太浦河先行先試，在太浦河實(shí)現(xiàn)防洪、供水業(yè)務(wù)“四預(yù)”場景化應(yīng)用，更好地服務(wù)太浦河綜合調(diào)度需要。

1 數(shù)字孿生太浦河業(yè)務(wù)需求及總體方案

1.1 業(yè)務(wù)需求

數(shù)字孿生太浦河先行先試，為科學(xué)統(tǒng)籌太湖洪水蓄泄、區(qū)域防洪排澇和太浦河供水保障提供支撐。具體業(yè)務(wù)需求如下：

1） 防洪“四預(yù)”場景需求?；谔趾訑?shù)據(jù)底板和太湖流域河網(wǎng)數(shù)學(xué)模型等，建設(shè)汛情形勢總覽及洪水預(yù)報(bào)、預(yù)警、預(yù)演、預(yù)案等模塊，根據(jù)區(qū)域降雨、工程調(diào)度變化，滾動預(yù)報(bào)太浦河洪水水位、流量等信息，按照設(shè)定的閾值自動開展水位、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警；結(jié)合防洪薄弱環(huán)節(jié)調(diào)查和洪水風(fēng)險(xiǎn)圖建設(shè)成果，對不同調(diào)度方案下的太浦河洪水演變過程及影響進(jìn)行預(yù)演，并通過可視化平臺進(jìn)行展示；通過專家經(jīng)驗(yàn)庫等自動推薦優(yōu)化調(diào)度方案，輔助防洪“四預(yù)”決策。

2） 供水“四預(yù)”場景需求?；谔趾佑晁椤⒐で?、水質(zhì)等預(yù)報(bào)和監(jiān)測信息，結(jié)合太浦河數(shù)據(jù)底板及數(shù)字流場信息，綜合展示太浦河干支流主要斷面水量水質(zhì)時(shí)空變化、水葫蘆聯(lián)防聯(lián)控等情況；根據(jù)金澤水庫太浦河取水口銻濃度、氨氮預(yù)報(bào)結(jié)果，系統(tǒng)動態(tài)展示相關(guān)水質(zhì)指標(biāo)變化情況；在發(fā)生水質(zhì)異常事件時(shí)，針對污染源位置，可在太浦河 L2 + L3 級數(shù)據(jù)底板選中太浦河相關(guān)工程，通過調(diào)整工程調(diào)度規(guī)則改變水動力邊界條件，或采用其他控制污染擴(kuò)散的方法進(jìn)行預(yù)演，可視化展示不同預(yù)案下污染物輸移擴(kuò)散演進(jìn)情況。

1.2 總體方案

按照水利部數(shù)字孿生水利建設(shè)相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，遵循數(shù)字孿生太湖總體框架，構(gòu)建數(shù)字孿生太浦河平臺框架，提升太湖智慧中心智能水平，開發(fā)太浦河防洪、供水 2 個(gè)重點(diǎn)業(yè)務(wù)“四預(yù)”應(yīng)用。數(shù)字孿生太浦河總體框架如圖1 所示。

圖1 數(shù)字孿生太浦河總體框架圖

數(shù)字孿生太浦河總體框架分析如下：

1） 信息化基礎(chǔ)設(shè)施。太浦河干支流上共有太湖局及兩省一市建設(shè)的站點(diǎn) 17 處，充分利用現(xiàn)有無人機(jī)搭載測流、視頻監(jiān)控等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對太浦河特定位置和河段水面水流、漂浮物等信息的移動監(jiān)測；利用已有無人遙控船搭載測流、水質(zhì)快速監(jiān)測、水下測量等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對太浦河特定位置和河段水體的水量水質(zhì)、水下地形快速監(jiān)測，為數(shù)字孿生太浦河建設(shè)提供實(shí)時(shí)感知數(shù)據(jù)支撐。

2） 數(shù)字孿生平臺。依托太湖局已建的監(jiān)測體系，在已有地形地貌、河湖岸線、水下地形、水利及涉水工程等測量成果基礎(chǔ)上，構(gòu)建太湖流域L1級數(shù)據(jù)底板，重點(diǎn)建設(shè)太浦河 L2 級數(shù)據(jù)底板和三維地理空間模型；完善太湖洪水預(yù)報(bào)和水量水質(zhì)預(yù)測等水利模型、智能算法等，升級流域模型平臺。構(gòu)建水利知識庫、引擎、應(yīng)用，初步建成流域水利知識平臺。

3） 業(yè)務(wù)應(yīng)用。圍繞太浦河防洪和供水保障兩大業(yè)務(wù)，在太浦河數(shù)據(jù)底板、信息采集監(jiān)控、信息共享及智慧中心搭建的基礎(chǔ)上，以“四預(yù)”為全過程決策鏈，場景化打造具有太浦河特色的智能應(yīng)用。

2 數(shù)字孿生平臺建設(shè)

2.1 數(shù)據(jù)底板建設(shè)

采用優(yōu)于 2 m 的高精度遙感影像和 30 m 分辨率的 DEM（數(shù)字高程模型）等數(shù)據(jù)，構(gòu)建太湖流域 L1 級數(shù)據(jù)底板；利用 DEM 數(shù)據(jù)獲取、正射影像制作、影像融合、三維場景重建方式[17]，獲取分辨率優(yōu)于8 cm 的傾斜攝影數(shù)據(jù)，真實(shí)反映建筑物及周邊范圍的地形地貌、地表覆蓋情況，構(gòu)建太浦河 L2 級數(shù)據(jù)底板，結(jié)合斷面間距為 50～1 000 m，測點(diǎn)距離為 1～20 m 的河道斷面測量數(shù)據(jù)，建設(shè)太浦河水下三維模型，并對太浦河水上水下三維模型進(jìn)行融合銜接；采用無人機(jī)航拍，獲取太浦閘、大舜樞紐、丁柵樞紐、南岸陶莊樞紐、北岸倉浦港閘、北窯港樞紐、元蕩節(jié)制閘等優(yōu)于 3 cm分辨率的水利工程傾斜攝影數(shù)據(jù)，進(jìn)行工程單體及周邊場景精細(xì)化建模。利用多源數(shù)據(jù)融合技術(shù)，實(shí)現(xiàn) DEM，DOM（數(shù)字正射影像），DLG（數(shù)字線劃地圖），BIM等地理空間數(shù)據(jù)高效融合，形成精準(zhǔn)映射、優(yōu)化迭代的太浦河數(shù)字沙盤，支撐太浦河防洪、供水業(yè)務(wù)場景應(yīng)用。

2.2 模型平臺建設(shè)

持續(xù)完善太湖水量水質(zhì)模型，利用圖像 AI 智能識別技術(shù)，建設(shè)深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，開發(fā)藍(lán)藻、水葫蘆等圖像識別算法模型。構(gòu)建集水量、水質(zhì)、淹澇、藍(lán)藻等多個(gè)模型高度耦合的太湖流域模型群，實(shí)現(xiàn)多維度、多時(shí)空尺度的仿真模擬[18]。預(yù)報(bào)要素實(shí)現(xiàn)了從傳統(tǒng)的水位、流量到超警超保和洪水淹澇等區(qū)域的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測預(yù)警。模型平臺以微服務(wù)方式提供統(tǒng)一調(diào)用服務(wù)，采用通用化開發(fā)封裝技術(shù)及模型的標(biāo)準(zhǔn)化接口，供各級單位調(diào)用，實(shí)現(xiàn)跨級共享。

平原區(qū)水動力模型共概化河道 1 793 條，總長為15 058.63 km，河道斷面為 10 112 個(gè)，其中實(shí)測斷面為 8 781 個(gè)，概化斷面為 1 331 個(gè)，1 km2面積以上的湖泊為 117 個(gè)，水利工程概化范圍主要包括流域沿江沿杭州灣外邊界、環(huán)太湖、流域主要控制線、城市大包圍及重點(diǎn)圩區(qū)閘泵工程，共概化閘泵工程（含船閘）863座。河道均按實(shí)際河流走向概化入模型，河網(wǎng)拓?fù)潢P(guān)系更符合實(shí)際情況。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)太浦河兩岸地區(qū)防洪排澇工程及相關(guān)區(qū)域骨干工程現(xiàn)狀，太浦河周邊區(qū)域城鎮(zhèn)化建設(shè)、圩區(qū)整治等調(diào)查情況，結(jié)合2013 年“菲特”、2021 年“煙花”等臺風(fēng)及典型歷史洪水資料對模型參數(shù)進(jìn)行率定，優(yōu)化完善氣象部門降雨預(yù)報(bào)網(wǎng)格與平原河網(wǎng)水動力模型中河網(wǎng)多邊形的耦合。針對太浦河水源地銻濃度及 2-MIB（2-甲基異莰醇）異常，收集相關(guān)資料確定太浦河銻濃度異常的降雨量預(yù)警值并構(gòu)建相關(guān)智能算法模型，為太浦河防洪及供水“四預(yù)”提供算法支撐。

2.3 知識平臺建設(shè)

構(gòu)建水利知識庫、引擎、應(yīng)用三位一體的數(shù)字孿生太浦河知識平臺?；谑录?qū)動的調(diào)度知識圖譜構(gòu)建流程如圖2 所示[19]，主要針對太浦河區(qū)域代表站和調(diào)度對象構(gòu)建調(diào)度決策相關(guān)關(guān)系圖譜，形成調(diào)度決策知識圖譜庫，包含調(diào)度決策概念分類、實(shí)體鏈接、對象關(guān)系建立、對象圖存儲和查詢等功能。調(diào)度決策知識圖譜建成后，能提供面向流域或?qū)ο蟮南嚓P(guān)水質(zhì)、水量、工程調(diào)度等信息的綜合形勢分析服務(wù)，提供相似調(diào)度方案的關(guān)系建立、圖存儲和圖查詢服務(wù)，為指揮調(diào)度與會商支持提供會商主題相關(guān)對象實(shí)時(shí)信息、歷史信息、形勢分析、相似調(diào)度方案和模擬方案等的綜合檢索和展示。

圖2 基于事件驅(qū)動的調(diào)度知識圖譜構(gòu)建流程圖

3 數(shù)字孿生太浦河“四預(yù)”業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)

3.1 應(yīng)用架構(gòu)

依據(jù)現(xiàn)有信息、軟硬件等資源，采用分布式、微服務(wù)、前后端分離等架構(gòu)模式，進(jìn)行太浦河數(shù)據(jù)底板構(gòu)建與融合、業(yè)務(wù)應(yīng)用開發(fā)與集成。系統(tǒng)總體框架如圖3 所示。

圖3 數(shù)字孿生太浦河系統(tǒng)應(yīng)用架構(gòu)圖

面向防洪和供水保障兩大業(yè)務(wù)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)不同來源及結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)匯集、整理、存儲和服務(wù)，通過數(shù)據(jù)調(diào)用、處理、管理等方法，形成對數(shù)字孿生太浦河智能應(yīng)用建設(shè)的數(shù)據(jù)支撐。通過數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)中臺，打通業(yè)務(wù)應(yīng)用之間的關(guān)聯(lián)，建成在線互聯(lián)、數(shù)據(jù)共享、業(yè)務(wù)協(xié)同、決策支持的數(shù)字化平臺。基于太浦河模型平臺及可視化分析工具，構(gòu)建太浦河預(yù)警、預(yù)報(bào)、預(yù)演及預(yù)案數(shù)字孿生業(yè)務(wù)場景，通過數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)中臺充分調(diào)用已有建設(shè)成果，并實(shí)現(xiàn)新建業(yè)務(wù)功能在大屏端和 PC 端應(yīng)用之間的模塊化調(diào)用，抽取相關(guān)數(shù)據(jù)服務(wù)及功能，建立面向水災(zāi)害防御與供水安全保障的大屏展示專題服務(wù)。

3.2 關(guān)鍵技術(shù)

3.2.1 以事件為驅(qū)動的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于數(shù)字孿生平臺，融合水利模型和智能算法，以事件為驅(qū)動進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，通過實(shí)時(shí)更新監(jiān)測及預(yù)報(bào)預(yù)警信息，觸發(fā)系統(tǒng)事件，事件驅(qū)動[20]主要?jiǎng)澐譃榉篮楹凸┧Ｕ?2 種調(diào)度事件。針對不同事件，“四預(yù)”系統(tǒng)會呈現(xiàn)對應(yīng)的功能和界面，為防洪及供水保障調(diào)度提供重要決策支持。2 種調(diào)度事件的觸發(fā)邏輯分析如下：

1） 防洪調(diào)度事件觸發(fā)邏輯。系統(tǒng)自動監(jiān)測代表站的實(shí)時(shí)水位信息，當(dāng)太湖水位高于防洪控制水位時(shí)，觸發(fā)洪水調(diào)度事件；當(dāng)太湖水位超過設(shè)計(jì)洪水位時(shí)，提高洪水風(fēng)險(xiǎn)等級，實(shí)施超標(biāo)準(zhǔn)洪水應(yīng)急方案。根據(jù)降雨網(wǎng)格預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)、風(fēng)暴潮等信息，通過太湖流域模型滾動計(jì)算，進(jìn)一步分析太湖洪水下泄對太浦河堤防、兩岸口門及重要圩區(qū)的影響，開展太浦河堤防、圩區(qū)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警，綜合研判工程運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，觸發(fā)洪水調(diào)度事件的生成。

2） 供水調(diào)度事件觸發(fā)邏輯。系統(tǒng)基于太浦河及兩岸重要區(qū)域及控制斷面水質(zhì)監(jiān)測信息、太浦河倒流關(guān)閘、杭嘉湖地區(qū)強(qiáng)降雨、突發(fā)水污染事件等太浦河供水保障相關(guān)的預(yù)警指標(biāo)，自動與供水預(yù)警指標(biāo)體系設(shè)定閾值進(jìn)行比對，當(dāng)實(shí)時(shí)監(jiān)測或預(yù)測預(yù)報(bào)等信息超過設(shè)定閾值，觸發(fā)供水保障調(diào)度事件。

3.2.2 數(shù)據(jù)底板構(gòu)建

太浦河地處長江三角洲核心區(qū)域，河道相對狹小，且受人類活動影響大，兩岸碼頭、公路密集，部分堤防堤身薄弱，部分堤防、閘門因沉降達(dá)不到原設(shè)計(jì)高程，部分護(hù)岸損毀，安全隱患多。同時(shí)保護(hù)對象多，需要匹配堤防、圩區(qū)、船舶、水情、水質(zhì)等數(shù)據(jù)，采用精細(xì)化建模與仿真技術(shù)[21]構(gòu)建太浦河數(shù)據(jù)底板。在算據(jù)上，基于 UE 引擎、GIS、無人機(jī)航拍數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)治理和服務(wù)等技術(shù)融合方式構(gòu)建數(shù)據(jù)底板，按照 2～5 cm 精度精修整條河段，構(gòu)建 L2 級數(shù)據(jù)底板，依據(jù)太浦河航拍高精度數(shù)據(jù)提取太浦河兩岸 DEM 數(shù)據(jù)，通過實(shí)時(shí)水位與堤頂高程的比對，提高了底板精度；在算法上，太浦河受復(fù)雜河網(wǎng)流態(tài)及下游潮位頂托影響，通過引入風(fēng)暴潮模型及提高太湖洪水預(yù)報(bào)模型精度，進(jìn)一步提高了太湖洪水下泄對太浦河堤防及兩岸口門影響分析結(jié)果的精準(zhǔn)度。

3.2.3 多源數(shù)據(jù)融合

《數(shù)字孿生流域建設(shè)技術(shù)大綱》明確了數(shù)據(jù)底板中基礎(chǔ)、監(jiān)測、業(yè)務(wù)管理、跨行業(yè)共享、地理空間 5 類數(shù)據(jù)時(shí)空基準(zhǔn)和內(nèi)容要求，不同來源的數(shù)據(jù)各有優(yōu)劣，如何融合不同來源的數(shù)據(jù)是關(guān)鍵。數(shù)字孿生太浦河建設(shè)中應(yīng)用了 BIM + GIS[22]、模型、基礎(chǔ)、業(yè)務(wù)、文檔等數(shù)據(jù)，并為經(jīng)過數(shù)據(jù)校驗(yàn)和清理后的各類數(shù)據(jù)提供存儲資源管理，通過地理空間數(shù)據(jù)處理與融合技術(shù)，實(shí)現(xiàn) GIS 數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)底板的無縫融合，完成太浦河河段行政區(qū)、河湖水系、圩區(qū)、骨干工程等二維圖層的深度融合；基于數(shù)字高程網(wǎng)格模型，實(shí)現(xiàn)洪水淹沒計(jì)算模型的動態(tài)融合；基于太浦河 L2 級數(shù)據(jù)底板，采用動態(tài)加載技術(shù)，根據(jù)用戶的視野自動計(jì)算地形分塊單元格并進(jìn)行加載與卸載。

3.2.4 流場動態(tài)可視化

利用水流傳播算法，模擬太湖水質(zhì)子在太浦河的運(yùn)動過程，通過太湖流域水量水質(zhì)模型預(yù)報(bào)的太浦河斷面流速成果，模擬水質(zhì)子在太浦河的移動過程，并計(jì)算水質(zhì)子從太浦口到達(dá)下游水源地、重要水文站的時(shí)間，為供水保障和水環(huán)境調(diào)度提供決策支撐。同時(shí)利用二維粒子流場可視化技術(shù)[23]，實(shí)現(xiàn)太浦河水體的可視化展示，通過二維網(wǎng)格、河道走向，以及實(shí)時(shí)監(jiān)測水位、流量等數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)等差算法和河道走向識別技術(shù)，確定太浦河各二維網(wǎng)格水體流速、流向，實(shí)現(xiàn)太浦河流場的仿真動畫模擬。

3.2.5 知識圖譜構(gòu)建

針對太浦河調(diào)度決策時(shí)面向多目標(biāo)和復(fù)雜對象的綜合信息檢索需求，系統(tǒng)提取太浦河水質(zhì)水量監(jiān)測站點(diǎn)、調(diào)度工程、管理單位等對象類信息，以及太湖水位、區(qū)域水位、調(diào)度水質(zhì)控制指標(biāo)、調(diào)度指令等調(diào)度指標(biāo)信息，以“圖”的形式建立太浦河歷史水情、雨情、工情、水質(zhì)等信息與水利工程調(diào)度指令的映射關(guān)系，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建太浦河目標(biāo)調(diào)度響應(yīng)知識圖譜調(diào)用引擎，形成“預(yù)警分析—相似分析—預(yù)報(bào)預(yù)演—調(diào)度總結(jié)”的系統(tǒng)自學(xué)習(xí)、自總結(jié)閉環(huán)控制模式。根據(jù)太浦河當(dāng)前情勢，實(shí)現(xiàn)調(diào)度方案預(yù)案智能推薦、工程調(diào)度響應(yīng)關(guān)系自動索引與最優(yōu)調(diào)度方案推薦。

3.3 系統(tǒng)功能

3.3.1 智能駕駛艙

太浦河數(shù)字孿生系統(tǒng)基于太浦河數(shù)據(jù)底板融合匯集太湖水利一張圖[24]及共享信息等多個(gè)來源數(shù)據(jù)，結(jié)合太浦河 12 個(gè)水位站、沿線 80 座控制工程、44 個(gè)圩區(qū)、40 個(gè)排污企業(yè)、22 個(gè)水質(zhì)監(jiān)測站、7 個(gè)視頻站等信息構(gòu)建太浦河智能駕駛艙?？蓪?shí)時(shí)掌握當(dāng)前視角下太浦河河道斷面、水位、水質(zhì)、流量、堤防高程等動態(tài)信息，并智能匹配周邊水位、水質(zhì)、工程、排污企業(yè)等對象。充分將孿生場景與水利對象實(shí)時(shí)監(jiān)測和基礎(chǔ)等信息進(jìn)行融合關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)物理世界與孿生場景的相互映射、實(shí)時(shí)聯(lián)動，提供沉浸式體驗(yàn)服務(wù)。

當(dāng)發(fā)生水位接近堤防高程或水質(zhì)惡化時(shí)，系統(tǒng)會進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)告警提醒，觸發(fā)系統(tǒng)事件，圍繞不同類型事件，面向相關(guān)用戶構(gòu)建預(yù)報(bào)、預(yù)警、預(yù)演、預(yù)案全方位的業(yè)務(wù)“四預(yù)”場景化應(yīng)用，開展風(fēng)險(xiǎn)研判與處置。

3.3.2 預(yù)警預(yù)報(bào)

系統(tǒng)圍繞太浦河供水保障，共享接入杭嘉湖區(qū)累計(jì)降雨、太浦河干支流水量水質(zhì)等實(shí)時(shí)監(jiān)測和預(yù)報(bào)信息，同時(shí)結(jié)合太浦河重要飲用水水源地監(jiān)測信息，提供銻濃度、氨氮、2-MIB 等水質(zhì)指標(biāo)的監(jiān)視預(yù)警服務(wù)，動態(tài)統(tǒng)計(jì)太浦河干流、支流水質(zhì)站點(diǎn)評價(jià)結(jié)果，評估區(qū)域內(nèi)水環(huán)境形勢，為供水調(diào)度提煉重要關(guān)注對象。

構(gòu)建太浦河供水預(yù)警指標(biāo)體系，基于太浦河模型平臺及可視化分析工具，開展太浦閘流量、代表站水質(zhì)銻濃度及 2-MIB 等的預(yù)警預(yù)報(bào)，分析未來預(yù)報(bào)時(shí)段太浦河水質(zhì)變化情況，對于超過預(yù)警閾值的預(yù)報(bào)結(jié)果，系統(tǒng)可自動預(yù)警并提醒業(yè)務(wù)用戶。預(yù)警體系構(gòu)建及展示介紹如下：

1） 預(yù)警體系構(gòu)建。對預(yù)報(bào)的干支流主要控制斷面 2-MIB、銻濃度、氨氮等水質(zhì)數(shù)據(jù)，以及太浦河倒流關(guān)閘、杭嘉湖地區(qū)強(qiáng)降雨、突發(fā)水污染事件等太浦河供水保障相關(guān)的預(yù)警指標(biāo)，進(jìn)行自動告警提醒，通過站點(diǎn)閃爍和顏色表示預(yù)警狀態(tài)。

2） 預(yù)警展示。共享接入太浦河沿線金澤、嘉善2 個(gè)主要供水水源地水質(zhì)監(jiān)測信息及預(yù)警閾值等，當(dāng)發(fā)生水質(zhì)監(jiān)測異常時(shí)，系統(tǒng)自動發(fā)布預(yù)警信息。利用太湖水量水質(zhì)模型進(jìn)行分析，動態(tài)展示太浦河上游污染物在太浦河水體中的遷移演變過程，預(yù)測太浦河重要飲用水水源地污染物濃度變化趨勢。

3.3.3 預(yù)演預(yù)案

太浦河供水保障預(yù)演主要指不同調(diào)度情景下的水質(zhì)預(yù)演。利用水質(zhì)濃度場三維可視化模型，渲染孿生場景不同的調(diào)度方案下太浦河干支流重點(diǎn)控制斷面、重要水源地水質(zhì)的變化過程。根據(jù)預(yù)演分析結(jié)果，確定最佳處置預(yù)案，并輸出預(yù)案結(jié)果，調(diào)度人員進(jìn)行突發(fā)水污染事件的處置工作。系統(tǒng)反饋處置預(yù)案的工作效果，并將新的預(yù)案存儲至預(yù)案庫中。

4 結(jié)語

數(shù)字孿生太浦河建設(shè)以“需求牽引、應(yīng)用至上、數(shù)字賦能、提升能動”為原則，以提升流域防洪和區(qū)域水安全保障等能力為主線，在算據(jù)上，將多源數(shù)據(jù)以技術(shù)融合方式構(gòu)建數(shù)據(jù)底板，在算法上，構(gòu)建基于多維度、多時(shí)空尺度水文水動力專業(yè)模型和智能識別算法的模型平臺，模擬仿真太浦河受復(fù)雜河網(wǎng)流態(tài)及下游潮位頂托的影響，以“圖”的形式建立太浦河歷史水情、雨情、工情、水質(zhì)等信息與水利工程調(diào)度指令的映射關(guān)系，構(gòu)建基于“水-工-險(xiǎn)-災(zāi)”的太浦河目標(biāo)調(diào)度響應(yīng)知識圖譜。在此基礎(chǔ)上，建立面向太浦河水災(zāi)害防御與供水保障的預(yù)警、預(yù)報(bào)、預(yù)演及預(yù)案數(shù)字孿生業(yè)務(wù)場景，實(shí)現(xiàn)洪水、水量、水質(zhì)等變化情況的及時(shí)預(yù)測預(yù)警，提升應(yīng)對突發(fā)性水事件的快速處置能力，進(jìn)而降低水事件發(fā)生的概率，保障區(qū)域水安全，有效減少經(jīng)濟(jì)損失。