一、背景概述
祥茂河原名羊毛溝，發(fā)源于青島市即墨區(qū)藍村鎮(zhèn)，于紅島經(jīng)濟區(qū)向南匯入膠州灣，全長17km，流域面積75.9km2，城陽區(qū)范圍內(nèi)長13.4km，城陽區(qū)范圍內(nèi)流域面積63.3km2。是青島市城陽區(qū)的一條南北向主河道。祥茂河防洪標準為100 年一遇，排澇標準為20 年一遇。其中，錦安路以南約6km 范圍為已治理河段，滿足100 年一遇防洪標準。歷經(jīng)10 年高速發(fā)展，河道沿線以高新區(qū)產(chǎn)業(yè)組團、高鐵產(chǎn)業(yè)組團和棘洪灘核心居住組團為代表的北岸新城已初見雛形，昔日郊區(qū)河道逐漸演變?yōu)榈湫偷某鞘泻恿?，已難以承載防洪調(diào)度、城市發(fā)展等多方面功能需要，存在信息化基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)薄弱，透徹感知能力不足、業(yè)務(wù)應(yīng)用智能化不足等問題，升級改造勢在必行。
為落實水利部關(guān)于開展數(shù)字孿生流域建設(shè)的要求，研博數(shù)據(jù)按照“需求牽引、應(yīng)用至上、數(shù)字賦能、提升能力”的原則，以“數(shù)字化場景、智慧化模擬、精準化決策”為目標，以祥茂河為試點，組織開展了數(shù)字孿生祥茂河建設(shè)，為提升流域防洪、水資源調(diào)配和河湖管理智慧化水平做了探索。
二、建設(shè)內(nèi)容
項目建設(shè)內(nèi)容主要包括構(gòu)建嶗山水庫孿生模型、構(gòu)建水庫自動化全面感知體系、構(gòu)建“預警、預演、預報、預案”的洪水預報體系、構(gòu)建水庫全業(yè)務(wù)標準化管理平臺。
初步建成祥茂河流域水利信息基礎(chǔ)設(shè)施
通過合理新建雨情、水情、工情監(jiān)測站點，加強衛(wèi)星遙感、航空遙感、高清視頻、無人機等新型監(jiān)測手段應(yīng)用，完善水利感知網(wǎng)，擴大監(jiān)測范圍，完善監(jiān)測要素與內(nèi)容，初步形成天空地一體化透徹感知能力。
初步建成祥茂河流域數(shù)字孿生平臺
整合水利基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、水利監(jiān)測數(shù)據(jù)、水利業(yè)務(wù)管理數(shù)據(jù)，接入跨行業(yè)共享數(shù)據(jù)，建設(shè)3級地理空間數(shù)據(jù)，形成祥茂河流域多源數(shù)據(jù)資源池。依據(jù)黃壘河流域特性，面向水利業(yè)務(wù)應(yīng)用需求，依托國內(nèi)外研究力量與研究成果，建設(shè)模型平臺和知識平臺，支撐祥茂河水利管理活動的科學決策。
初步建成祥茂河水利“1+1”智能應(yīng)用體系
在城陽區(qū)水利工程標準化管理數(shù)字平臺、山洪災(zāi)害監(jiān)測預警平臺、青島市河湖張志管理系統(tǒng)等信息化系統(tǒng)基礎(chǔ)上，構(gòu)建水利“1+1”智能應(yīng)用體系，“1”是指祥茂河流域防洪“四預”系統(tǒng)，1是指祥茂河數(shù)字河湖管理系統(tǒng)。
三、重點功能
四情監(jiān)測
為滿足流域防洪、水資源管理調(diào)配和河湖管理運行等業(yè)務(wù)應(yīng)用需要，新布設(shè)多套水文站、水位站、地下水監(jiān)測站、視頻監(jiān)控點、廣播等在線監(jiān)測設(shè)備，與已有站點共同形成站點布局合理、“四情”采集要素齊全、傳輸穩(wěn)定可靠的水利感知網(wǎng)。
數(shù)據(jù)底板
在水利部和山東省水利廳共享的相關(guān)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，對黃壘河流域的遙感影像、數(shù)字高程等數(shù)據(jù)進行整合，建成覆蓋全流域L1級數(shù)據(jù)底板;對祥茂河干流及河道兩側(cè)堤防及防洪保護區(qū)作為重點區(qū)域，通過無人機攝影、傾斜攝影等方式，建成了L2級數(shù)據(jù)底板。通過BIM建模的手段，對蓄水擋潮閘等水利工程及各類水利機電設(shè)備和監(jiān)測設(shè)備建模，建成L3級數(shù)據(jù)底板。
數(shù)據(jù)引擎
項目采用研博工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)統(tǒng)一接入系統(tǒng)，消除數(shù)字孿生流域建設(shè)存在的監(jiān)測數(shù)據(jù)難以統(tǒng)一化、規(guī)范化、持續(xù)化接入問題，向下實現(xiàn)海量的多源設(shè)備、異構(gòu)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集、交互、傳輸、控制及應(yīng)用，向上為模型平臺、知識平臺和業(yè)務(wù)應(yīng)用提供感知數(shù)據(jù)服務(wù)。
洪水預報模型
基于高分辨率地形及水下地形數(shù)據(jù)，構(gòu)建了高性能一二維耦合水動力學洪水模擬計算模型。將祥茂河錦安路以南約6km 范圍作為重點區(qū)段，劃分提取多個橫斷面、剖分若干個網(wǎng)格單元，采用分布式并行加速算法，大幅提升計算效率，洪水演進全過程計算均可在50s內(nèi)完成，實現(xiàn)了祥茂河錦安路區(qū)域洪水快速精細化模擬。
洪水預警
整合水庫、河道、堤防及山洪災(zāi)害風險區(qū)等對象預警指標體系,結(jié)合四情監(jiān)測和洪水預報結(jié)果 ,提前進行分級分類預警。在流域?qū)用孀詣映霭l(fā)極端天氣預警、河道洪水預警、水庫洪水預警和生態(tài)流量預警等預警信息，明晰流域防洪風險。
洪水演進模型
根據(jù)洪水預報成果和洪水調(diào)度方案，建成以控制河道水位和工程安全運行為目標的洪水演進模型，基于洪水演進模型計算結(jié)果，在三維高精度地圖和三維實景下，可視化和實景化展示不同來水條件下河道洪水演進過程，對洪水演進及淹沒影響進行計算和定量化評估。
洪水預案
數(shù)字化管理各類水利工程運行方案，提取方案重點信息進行結(jié)構(gòu)化解構(gòu)和標簽化處理，供實時預警、預報、調(diào)度、模擬計算等各類應(yīng)用場景和業(yè)務(wù)處理調(diào)用查詢，方便對文檔信息的快速定位、統(tǒng)一管理與更新，實現(xiàn)各類預案的活取活用。
河湖智能巡查
項目通過“遙感普查+無人機巡查+AI智能識別”有機結(jié)合的方式打造“全面感知、主動預警、快速響應(yīng)、閉環(huán)處置”的智能巡檢體系，構(gòu)建“大范圍普查+中尺度巡查+重點區(qū)域?qū)崟r監(jiān)控”的河道智慧監(jiān)管方案，進一步提升河道管理工作的智能化和精細化。
移動互聯(lián)APP應(yīng)用
通過移動端查看流域的降水量、天氣預報、臺風云圖和安防監(jiān)控視頻信息，方便管理人員和防汛人員隨時隨地掌握汛情信息，構(gòu)建數(shù)字孿生流域運行業(yè)務(wù)協(xié)同的移動互聯(lián)工作臺。
四、案例總結(jié)
數(shù)字孿生祥茂河建設(shè)，將提升流域水利信息化水平，賦能洪水防御、水資源管理與調(diào)配、河長制推行實施、水利工程管理運行等業(yè)務(wù)應(yīng)用，對于青島市推動智慧水利跨越式發(fā)展，提高水利管理服務(wù)水平，支撐新階段水利高質(zhì)量發(fā)展具有重要作用，對其他類似流域具有重要參考借鑒意義，經(jīng)濟、社會和生態(tài)效益顯著。
