18008063797
一、政策
为加快推进水利治理体系和治理能力现代化，水利部于2024年4月印发《关于推进水利工程建设数字孪生的指导意见》的通知，充分发挥数字孪生技术对水利工程建设高质量发展的驱动作用，提升水利工程建设全要素、全过程的数字化、网络化、智能化管理能力，建立透彻感知、智能先进、互联协同、科学高效的水利工程建设管理新模式，保障水利工程建设质量、安全和长效运行。
二、必要性
1、防汛抗旱
在汛期，准确监测水库的水位和降雨量，通过水利专业模型分析计算，能够帮助相关部门及时预测和掌握洪水的发生发展趋势，为水库调度决策提供科学依据。通过提前泄洪或拦蓄洪水，合理调控水库的出水流量，保持水库的安全水位，也可以有效地减轻下游地区的洪涝灾害影响。
在干旱时期，预测水库的蓄水量和来水量，可以合理安排水资源的调配，保障农业灌溉、工业生产、居民生活用水和生态环保用水的不同需求。
结合上下游防洪要求和水库自身安全运行条件，以水利专业模型为基础，通过动态规划等方法，优化水库的防洪调度规则。
2、水资源管理
水库预报模型可以准确掌握水库的来水情况和水资源现状，根据来水的不同等级和发展阶段，计算水库的水量平衡，确定不同的调蓄方式。考虑水库的来水量（包括地表径流、地下水补给等）、用水量（如灌溉、供水等）和蒸发渗漏损失等因素，精确地分析水库的水量收支情况，合理安排生活生产供水计划。
当水库承担多种功能，如供水、生态等时，水利专业模型可以综合考虑这些目标。通过建立多目标优化模型，以供水保证率和生态需水量等作为目标，通过模拟不同的水资源分配方案，找到最优的配置策略。
三、系统介绍
智慧水库数字孪生系统基于信息化基础设施，利用云计算、物联网、大数据、人工智能、遥感、数字仿真等技术，对物理流域全要素和水利治理管理活动全过程进行数字映射、智能模拟和前瞻预演，支撑水利业务“四预”功能实现。实现水库公共数据的全面整合与共享，预留与上级主管部门、大数据等信息化系统之间的数据和业务接口，为实现水库工程管理、水库政务管理、应急指挥等核心的统一管理提供强有力的信息化支撑手段，为水库安全运行与科学调度提供智慧化的管理手段。
四、系统亮点
智慧水库数字孪生系统采用AI动态监管，打造“数字水库”。
1、AI智能信息采集
AI智能信息采集用于大坝安全、水雨情、实时视频、GIS地图、流速流量、洪水预报、水质监测等。
2、数据集成化管控
数据集成化管控具有数据汇集、数据分析、溯源推导、预报预警等功能。
3、水库动态监管平台
4、构建水库洪水演进分析数字化场景，直观化展示洪水时空演进过程，并实现山洪灾害风险落区的动态更新。
5、构建统一、高效、科学、规范的山洪灾害防御体系，全面提升山洪灾害监测预警的信息化管理水平，有效预防、及时控制和最大限度的消除山洪灾害危害。
6、以动态化数据为依据一键生成灾情报告，并通过智能化预案，选择最优的调度方案，有效提高决策的科学性。
五、系统平台
水库管理平台
数字孪生平台
大坝安全监测平台
水库管理平台
水利一张图
单点数据分析
水位数据分析
流速流量数据分析
监测成果表自动生成
实景可视化、重要信息实景标注
相关视频、数据关联展示
重点区域警戒看护
报警模块
巡检上报模块
大数据看板—定制化
移动监控端
六、系统功能内容
（1）、智慧水库数字孪生系统建立以水雨情监测、大坝安全监测、防洪调度、兴利调度、应急响应以及综合管理等核心业务为一体的综合业务系统，为水库工程安全管理提供业务支撑。
（2）、系统建立基于ESB、微服务、SOA、ETL的信息系统架构体系，为业务应用系统协同业务、系统与数据之间、数据与数据之间提供高效的数据中台和业务中台，为信息系统业务功能扩展提供有效的保障。
（3）、结合信息化系统建设情况，对多源异构数据资源进行汇聚、清洗、共享，通过数据算法，实现数据最大限度的应用，建立“一数、一源、一责”的制度体系，确保数据动态更新，为应用系统提供规范的、可用的数据资源。
（4）、通过建立二三维一体化的GIS 平台，借助无人机航拍技术、实景地图技术等新型展示方式，将数据监测、分析模型与GIS 进行关联，形成地理信息数据库，发布具备工程管理价值的业务系统。
（5）、借助于BIM 技术对重要的水工建筑物进行三维建模，将大坝安全监测与三维模型结合，分析评估建筑物安全状态，预测建筑物变化趋势，指导工程管理和运行维护。
（6）、数字化监护采用数字孪生技术，基于实测的遥感影像和勘察的水库数据，构建的一、二维水动力模型，预测分析洪水演进与淹没过程，并在三维场景中展示防御对象的详细信息。
（7）、通过无人机、无人船采集数字高程模型（DEM）、正射影像图（DOM）、倾斜摄影模型及水下地形等地理空间数据，构建数字孪生可视化模型，并结合水利专业预测预报模型，实现“预报、预警、预演、预案”能力。
（8）、多部门联动汇集水利、气象等部门的数据，整合共享数据资源，打通多个数据源系统，实现跨部门数据共享，并开启多级预警模式，实时开展动态研判。
（9）、智能预案通过移动端事件处置APP和跨部门联动机制，实时动态掌控水库情况和应急处置情况，一键生成水库监测报告。
七、应用案例
马湖水库数字孪生平台
一、系统结构
四川合睿达水库大坝监测系统主要包括渗流监测系统、流量监测系统、雨量监测系统、沉降监测系统组成。每一个监测系统由监测仪器及自动化数据采集装置（内置通信装置、防雷设备）、附件（电缆、通信线路、电源线路）等组成，主要是把布设在水库各结构物内各类监测仪器的数据按照特定的采集频率进行采集，从而通过无线通信模块将各采集系统的采集数据上传至安全监测云平台中。
二、工作原理
监测云平台将各监测数据系统整合在统一的平台上，云平台可对监测系统的监测数据，以及人工巡检、人工采集的数据实时进行管理、分析、处理，让业主及工程管理人员实时掌握工程的运行状况，及时、准确判断工程的安全状况提供可靠的依据，对整个工程实现持续不间断的在线监控。
三、系统监测内容
变形监测：表面位移监测、内部变形监测、挠度监测、裂缝和接缝监测、基岩位移监测；
渗透监测：扬压力、地下水位、孔隙压力、渗流量；
应力监测：混凝土应力、岩体应力、钢筋应力、土压力；
水文气象监测：温度、湿度、风速风向、气温、气压、雨量、水位。
四、主要产品
水库大坝监测系统主要产品：渗压计、水位计、量水堰计、多(单)点位移计、应变计/应变计组、无应力计、钢筋计、锚杆应力计、锚索计、测斜仪、裂缝计、位移计、位错计、土压力计、土体沉降计、脱空计、固定式测斜仪、倾斜仪、GNSS、翻斗式雨量计、温湿度计、无线智能振弦采集仪、多通道振弦/差阻采集仪、485通用采集仪。
五、在线监测云平台
云平台提供数据采集、数据展示、图表绘制、统计分析、安全预警和系统管理等功能，实现动态跟踪管理，及时掌握大坝状况的变化趋势，辅助管理者科学决策。
（数据曲线图）
根据渗压计的测值，可换算成水压、水头、水位高程（需在平台软件上设置安装高程）。通过云平台可方便的自定义计算公式，可同时监测渗压计的温度，查看测值与温度相关曲线。根据渗压计的测值结合实际工程信息，可绘制浸润线。
1、渗流监测管理系统
2、流量监测管理系统
3、沉降监测管理系统
4、工程大事记及管理中心
一、系统介绍
水库雨水情自动测报系统辅助水利管理部门实现水库雨水情信息“全要素、全量程、全覆盖”自动测报。系统具备水库水位、雨量、现场图像/视频等水文信息采集、传输、处理及预警广播等功能，有效提升了雨水情信息的时效性和准确度，为保障水库安全运行及辅助流域防洪联合调度决策提供数据保障。
二、系统拓扑图
三、系统功能特点
1、水位、雨量等数据远程监测，及时报送汛情信息
（1）、远程采集水位计、雨量筒等数据
（2）、按标准水文/水资源规约，通过4G/5G/NB-IoT/以太网/北斗网络，自动上报至省、市、县水利平台
（3）、 可扩展流速、流量、水质监测等
2、图像/视频监控，可叠加测点数据
（1）、对水库关键位置进行可视化管理，方便汛期或险情发生时远程巡检
（2）、视频监控按需配置，满足现场视频实时查看需求
（3） 、图像/视频可叠加测点位置、库水位、降水量等数据，实现可视化远程监测
3、报警信息联动预警广播，及时通知可能受灾人员撤离
水位越限、大雨/暴雨自动预警，上传报警信息并直接联动警灯闪烁，高音喇叭自动播报防汛语音信息。
4、双通道模式，信息传输更可靠
（1）、数据通道4G/5G/NB-IoT/北斗，图像/视频通道4G/5G，有效降低终端功耗 ；
（2）、主通道4G、备用通道北斗短报文，保障恶劣天气情况下，终端正常上报。
5、越限自动报警，及时预警汛情
（1）、库水位/降雨量超限时，系统自动报警，及时报送汛情信息；
（2）、自动向责任人手机发送报警短信（选配）。
四、硬件系统
五、监管平台
1、一张图综合展示，辅助管理
2、雨量、水位数据持续稳定监测，智能报警
3、巡检管理，辅助人员调度
六、应用案例
一、现状
随着自动化技术的进步，大部分水库大坝不同程度地实现了安全监测自动化。但仍存在以下问题：
1、重建轻管，重视安全监测系统建设，不够重视运行维护。
2、缺乏系统性、综合性及相关性的资料分析功能。
3、软件大多为数据采集及简单的管理，缺乏数据分析、数据报表、预警等功能，较难将采集数据有效利用。
4、各软件系统较为孤立，数据无法有效整合，系统不仅运维成本较大且存在资源浪费。
二、系统介绍
水库大坝安全监测系统由水库智能感知、物联网信息通信、云端智慧监控管理平台组成。水库的在线监控具有库水位、雨量、视频、渗流渗压等运行数据自动釆集、分析、上报功能，自组网、物联网系统具有全要素采集通信功能，水库安全监测预警系统云平台具有监测数据智能分析预警功能，实现了水库运行状态远程感知、运行态势分析、安全管理、巡视检查在线管理等全面业务支持，既能支持单个水库管理，也能支撑全省、全市或全县水库管理。
三、监测内容
1、变形监测
表面位移监测、内部变形监测、挠度监测、裂缝和接缝监测、基岩位移监测
2、渗透监测
扬压力、地下水位、孔隙压力、渗流量
3、应力监测
混凝土应力、岩体应力、钢筋应力、土压力
4、水文气象监测
温度、湿度、风速风向、气温、气压、雨量、水位
四、监测项目及布点
五、监测布设图
六、系统组成
七、数据展示
一、背景
随着科技的不断进步，水利工程的数字化转型已成为提升城市水资源管理和防洪能力的关键。今天，我们将带您了解我国大中型水闸安全监测管理系统的建设方案，探索如何通过先进技术保障国家水安全，提升水利工程的智能化水平。
二、政策
我国已建成的流量5m³/s及以上的水闸超过10万座，它们在防洪减灾、水资源配置、生态环境改善等方面发挥着巨大作用。然而，由于历史原因，许多水闸存在标准偏低、质量较差、配套设施不完善等问题。水利部于2024年10月14发布《水利部关于推进水库、水闸、蓄滞洪区运行管理数字孪生的指导意见》明确推进数字孪生平台建设及强化工程调度“四预”措施。
三、水闸安全监测内容
1、环境量监测
环境量监测包括水位监测、流量监测和气象监测，通过雷达水位计、雷达流量计和自动气象站等设备，实时获取气象信息、水位数据和水流情况，为水闸的科学调度和安全运行提供支持。
2、变形监测
变形监测包括枢纽建筑的表面变形（水平/垂直）监测，闸墩内部水平监测。采用人工和GNSS自动化观测结合的方式，通过连续观测得到各监测点的位移信息，展示在系统监测平台上，方便现场人员实时掌握结构状况。
3、渗流监测
渗流监测包括扬压力监测、闸墩渗流监测、绕渗监测等，通过布设测压管和渗压计等进行水闸结构的渗流情况监测，确保水闸结构的稳定性。
4、裂缝监测
裂缝监测包括各闸室段底板分缝处及闸室段与岸墙连接处结构缝的开合度和缝两边建筑物的不均匀沉降。通过安装测缝计对闸墩上已有的裂缝进行监测，分析裂缝变化规律，确保水闸结构的稳定和完整。
5、应力应变监测（新建水闸适用）
通过布设振弦式表面应变计测量结构物表面的应变量，并同步测量温度，确保结构物的安全运行。
四、闸门、启闭机在线监测系统
闸门和启闭机在线监测分析系统广泛应用于金属结构：弧形闸门、船闸、平面闸门、卷扬启闭机、液压启闭机等进行在线振动监测、分析、诊断。
该系统可自动连续地采集与设备安全有关地主要状态参数：金属结构的闸门动静应力、激振、声发射、运行姿态、倾角等数据采集;启闭机应力监测、钢丝绳探伤监测、电机/齿轮箱、油缸振动、油压脉动、温度监测等，并自动形成各种数据库。它能够自动识别设备的运行状态，预测和诊断设备的故障；能够促进设备维修方式向预测维修（状态维修）的转变，确保设备安全稳定地运行。
该系统具有极强地可扩充性和可维护性，可以组成一个强大的、综合的闸门和启闭机在线监测及故障分析系统。
五、闸门自动化控制系统
闸门自动化控制系统，以“无人值守”为设计原则，采用SCADA系统结构，通过传感技术、自动化控制技术、计算机软硬件技术、网络通信技术等，为用户提供了一套既可现地对闸门进行控制，也可远程通过计算机进行闸门启闭的自动化控制系统，该闸控系统可接入渠道水位信号、流量信号，或现场视频信号等，能够将水位、流量、视频画面等与闸控系统集中显示在一个软件画面中，使得远方操作更加可视，达到无人值守、统一调度的目标。
六、水闸数字孪生平台
1、三维模型
数字孪生水闸可视化解决方案基于数字孪生技术，通过构建水闸的三维模型 ，实现水闸运行状态、水流情况、水位变化等数据的实时采集、分析和可视化。该解决方案可以帮助管理者全面了解水闸的运行状况，提高管理效率和水闸的安全性。
2、实时处理
数字孪生水闸可视化解决方案通过物联网技术，实现水闸运行数据的实时采集和传输。数据采集内容包括水位、流量、闸门开度等关键信息，这些数居通过传感器进行采集，并通过网络传输到数字孪生模型中。这样，管理者就可以实时了解水闸的运行状态，及时发现异常情况并进行处理。
3、实时分析
数字孪生水闸可视化解决方案还具有强大的数据处理和分析功能。通过算法和数据分析四技术，可以对采集到的数据进行处理和分析，生成各种有用的信息，例如，可以分析水位变化趋势、流量分布情况等，为决策提供科学依据。同时，该解决方案还可以对水闸的安全状况进行监测和预警，及时发现潜在的安全隐患，提高水闸运行的安全性。
七、应用案例
郪江数字孪生项目作为遂宁市乃至四川省数字孪生流域/水利工程的示范点，建设范围郪江象山水文站-大英县城下游，建设内容包括数字底板、水利专业模型、三维可视化模型、知识平台、水灾害“四预”业务应用平台等，目标构建“多尺度-多分布-多层次”全面多维精细刻画及动态模拟物理流域全景过程的数字孪生流域系统，实现流域全要素可表达、全属性可分析、全编码可查询、全拓扑可追溯、全系列可演化，支撑流域的智慧化建设。
东风渠梁江堰灌区水量智能调度系统以IEHS的一维水动力模型和闸控模型为核心，集合渠道断面数据、外场监测数据以及水工程的调度规则等，实现整个灌渠的水位流量密集性获取、测站水流过程、水量过程演进以及闸阀调度的仿真模拟。
