聚焦“十大安全”的数字孪生三峡工程高质量发展探索
High-quality development of digital twin Three Gorges Project by focusing on “ten major security” measures
黄艳¹，²，郑浩²，³，王权森²，³
（1.三峡大学，443002，宜昌；2.长江水利委员会智慧长江创新团队，430010，武汉；3.长江水利委员会长江科学院，430010，武汉）
摘要：数字孪生三峡兼具工程与流域特性，在长江流域管理、三峡工程“十大安全”保障上发挥了数字赋能关键作用，是新质生产力的具体体现。以数字孪生三峡前期试点建设为基础，系统梳理了进一步提升三峡工程枢纽安全、信息系统安全、库容安全、地质安全、水质安全、防洪安全、航运安全、供水安全、河道安全和生态安全的“十大安全”保障能力建设需求，提出了数字孪生三峡提升工程建设目标为数字孪生能力持续提升、助力三峡工程运行管理提质增效能力建设；构建了包括业务应用、数字孪生平台、信息化基础设施、物理流域在内的总体框架；提出了涵盖信息基础设施、数据底板、模型平台（含模型）、知识平台（含知识）、业务应用、保障体系的数字孪生三峡提升工程建设思路及建设方案；探索提出了提升数据覆盖能力以支撑孪生功能实现的水利卫星建设方案，并以量化指标体系方式设置预期效果，以期进一步完善数字孪生体系建设方案，实现数字孪生三峡成果持续迭代优化，科技赋能促进三峡工程管理水平不断提升，打造世界水工程安全运行管理典范。
关键词：数字孪生；三峡工程；水利卫星；十大安全；建设框架；应用效益
作者简介：黄艳，校长，正高级工程师，主要从事水文水资源、水利信息化、流域防洪和水资源管理与调度等研究。
基金项目：国家自然科学基金项目（U2340211）；湖北省自然科学基金联合基金重点项目（2022CFD027）；水利部重大科技项目（SKS-2022120、SKS2022128）；中国长江电力股份有限公司项目（Z242302057）。
数字孪生三峡建设背景及基础
1.环境治理技术
数字孪生三峡建设是三峡后续发展规划中提升综合能力的重要举措。通过持续建设和应用数字孪生三峡，实现知识、技术、创新和数据等无形资产的价值创造，为长江经济带经济社会高质量发展提供数字服务和信息支撑，也是新质生产力的体现。围绕数字孪生三峡建设、运行、管理、维护、更新、迭代等开展工作，能够进一步提升三峡工程高水平安全运行综合管理能力，推动构建三峡工程运行安全保障体系，确保三峡工程枢纽安全、信息系统安全、库容安全、地质安全、水质安全、防洪安全、航运安全、供水安全、河道安全和生态安全等“十大安全”。
2.建设基础
三峡工程初期运行后，国务院作出重大决策，颁布了《三峡后续工作规划》，提出建立综合监测体系，提高在线监测能力。通过后续规划的综合能力建设，监测内容不断优化，已发展为由9个子系统、28个监测站组成的三峡工程运行安全综合监测系统，基本涵盖了三峡枢纽运行安全、水资源、水环境、水生态、水土保持、库区安全、库区经济社会、对长江中下游影响、综合管理等多项指标内容。
2023年1月，水利部长江水利委员会、水利部信息中心、中国水利水电科学研究院共同编制形成了《数字孪生三峡建设方案（水利部预算部分、初步设计深度）》（以下简称《建设方案》）。按照《建设方案》工作计划，在2022—2023年开展数字孪生三峡先行先试工作，已初步完成数据底板、模型平台、知识平台、防洪预报调度、枢纽运行安全、水库运行安全、三峡后续工作管理、综合决策支持平台等部分建设内容（见下图），初步探索出一套“数字孪生工程+数字孪生流域”建设的技术支撑体系。数字孪生三峡将突出“工程+流域”特性，进一步实现洪水全域智能调度、库区全河段“智慧巡库”、库容冲淤动态监控、水生态环境动态管护、枢纽安全预报、预警、预演、预案“四预”监管等功能，加快建设数字孪生三峡2.0版，实现系统迭代优化。同时，制订三峡工程数字资产共建共享管理办法，编制数字孪生三峡建设集成技术、水利专业知识库及模型平台建设标准，建立健全标准管理体系，推动基础数据资源和系统功能共建共享，通过2024年建设，原《建设方案》内容基本完成，为提升工程建设提供数字孪生三峡工程与流域框架成果。水利部长江水利委员会依托数字孪生三峡建设框架，集成了数字孪生汉江、数字孪生澧水等试点成果，初步形成了数字孪生长江的孪生体系框架和试点基本应用。
▲数字孪生三峡先行先试建设成果
此外，2023年4月启动的长江流域全覆盖水监控系统建设工作围绕数字孪生流域建设目标任务，通过新建改造水文站网、完善视频和遥感等监测手段，构建了覆盖长江流域重点区域的水监测感知体系，同时加强监测数据汇集和处理分析，搭建监测、评估、告警、处置、总结全过程管控应用体系建设，提升数字孪生长江在“四预”方面对流域治理管理决策的支持能力。 在国家数字孪生水利建设工程（一期）中拟构建的长江流域重点防洪区域数据底板、水资源管理和调配模型库和知识库，将为提升工程数字孪生平台建设提供全面支持。 数字孪生三峡提升工程与已有和拟建项目（系统）关系见下图。
▲数字孪生三峡提升工程建设基础
数字孪生三峡提升工程“十大安全”建设需求分析
对标《三峡后续工作规划“十四五”实施方案》中的要求，目前三峡工程安全运行“十大安全”特别是地质安全和中下游生态安全、供水安全等面临新情况新问题，“四预”能力需持续加强，工程安全运行风险管理能力水平需进一步提高，急需进一步提升感知监测和应急能力，加强数字孪生三峡建设和服务支撑能力。因此，为解决库区地质安全、中下游生态安全、供水安全等“十大安全”保障突出问题，提升三峡工程高水平安全运行综合管理能力，针对数字孪生系统如何更好地服务安全保障需要，从信息基础设施到业务应用信息流全链条开展了需求分析和梳理，具体不足与需求如下：
①信息化基础设施。监测方面，典型支流水资源、水质精细化监测能力仍存在不足，精准掌控库容安全状况需要开展库容动态变化监测分析。此外，现有计算存储资源无法支撑部本级海量数据，算力资源无法支撑业务需要。
②数字孪生平台。现有数字孪生三峡数据底板基本上实现了支撑防洪精准调度和三峡水库运行安全管理，但仍存在数据资源（如部分重要区域高精度地理空间数据）不够完善、数据引擎（如三峡资源目录和地理空间数据资源目录）需进一步提升等问题。已有模型平台功能仍需进一步完善，已有模型库主要涉及防洪安全、库容安全、水生态安全等，在水资源配置、水库调度等方面仍然欠缺模型，难以满足数字孪生三峡“十大安全”业务应用需求。目前知识平台在知识抽取方面能力仍需完善，知识库仅针对防洪、水质评估等少量业务场景，难以满足三峡“十大安全”决策判别需要，已建成知识库也有待细化深入，还存在采用思维链、大模型等新技术助力实现“智能研判”的需要。
③“十大安全”业务应用。针对前述数字孪生三峡先行先试成果、三峡后续工作规划要求以及新时期面临的新形势、新要求，针对三峡工程运行“十大安全”对应的业务应用完善需求进行分析。具体内容见下表。
▲“十大安全”建设已有基础与提升需求
总体而言，为满足三峡工程“十大安全”业务应用需求，已建数字孪生系统在算力、算据、算法和业务功能上仍需要较大幅度的提升和完善，在关键技术攻关上，需要针对知识建设、智能功能等方面，采用大模型、思维链等技术提升系统智能化水平。
数字孪生三峡提升工程建设内容
数字孪生三峡提升工程重点开展两个方面的建设：
①数字孪生能力持续提升。通过物联网、边缘计算等技术提升全域感知能力，实现物理实体要素与信息世界要素的及时准确映射。结合大模型等人工智能手段，对传统算法进行改进提升，通过在数字世界中再现各要素之间的变化响应关系进行快速精准模拟。大力发展组件化搭建平台技术，实现对模型、知识、监测信息、工程调度运用组合、河流拓扑体系等要素变化下业务场景的在线灵活搭建，并实现流畅融合已有体系的计算。充分利用防洪、水资源管理、水生态保护等业务知识，对模型、知识进行融合，实现任意水文情势态势自动研判、方案自动生成、决策自动推送、行动自动执行等人工智能研判（流程性功能实现），为决策提供智能辅助。
②助力三峡工程运行管理提质增效能力建设。积极推动低轨卫星、无人机、无人船、北斗及5G等高新技术设备以及大模型、知识图谱等新一代人工智能技术的落地应用，实现长预见期、高精准度、自动化预报，场景驱动下的高效率预警与智能化预演，以及预案的智能实时推送，保障三峡工程防洪、库容、地质、水生态环境等安全，实现管理降本、提能、增效，打造世界水工程安全运行管理典范，推动水利新质生产力业态建设，培养水利信息化专业服务体系。
1.总体框架
遵循数字孪生三峡工程已实施的总体框架，包括用户、业务应用、数字孪生平台、信息化基础设施、物理流域，以及网络安全体系和安全保障等内容及其相互关系。总体架构沿用“十四五”数字孪生三峡建设方案成果，区分数字孪生三峡（水利部预算部分）建设方案以及提升工程将完善与新增的内容。
其中，数字孪生平台（包括数据底板、模型平台、知识平台、系统框架体系）以及信息化基础设施（包括水利感知网、水利信息网和水利云）的建设，将在充分整合利用已有基础的前提下根据需求进行补充完善，特别是利用水利卫星补齐监测信息要素不足、空间范围覆盖不全、时间频次不够等数据获取短板。业务应用则根据三峡“十大安全”及流域管理需求补齐短板，包括：补充完善防洪安全、库容管理（库容安全）、地质安全管理（地质安全）、水环境保护管理（水质安全）、水资源管理（供水安全）、水生态保护管理（生态安全）等需求短板，新增建设重点河道崩岸管理（河道安全）与通航调度辅助管理（航运安全）系统，与已实施的应用系统共同构成完整的数字孪生三峡业务应用体系，全面支撑三峡水库安全运行及流域高质量管理。
2.建设思路
为保障数字孪生三峡（工程+流域）服务“十大安全”、服务工程影响区高质量发展建设目标的实现，数字孪生三峡提升工程建设将充分利用信息感知网，整合已积累的数据成果、数字孪生推广试点已建设成果，明确建设边界。遵循数字孪生三峡建设方案框架，增补水质水生态自动监测站、水华生命要素感知、遥感卫星监测、“三道防线”、库容易损风险监测设备设施，购买无人机服务，完善水利感知网。进一步新增基础计算存储资源与人工智能计算资源，打通湖北省—长江委—水利部本级信息连接通道，构建完善水利云与水利信息网。共享前期试点已建和拟建（如国家数字孪生一期等）项目数据底板建设成果，按照至湖口延伸建设范围，基本建成覆盖三峡库区重要区域水域、地质灾害区域、下游影响区（至湖口）的高精度地理空间数据，以及基础、监测、业务管理和行业共享数据资源及数据引擎。构建模型服务平台，重点优化完善水利专业模型、智能识别模型，新建三峡水利大模型，升级优化模拟仿真引擎。以“四预”能力提升为导向提出服务“十大安全”的业务场景建设内容。围绕网络安全建设、共建共享等方面，提出标准化建设方案，更新安全技术与架构，明确共建模式与共享方式及内容。
3.建设内容
数字孪生三峡具有透彻感知、全面互联、深度整合、广泛共享、智能应用、泛在服务的智慧水利特征，由信息基础设施、数字孪生平台、业务应用和保障体系构成。
（1）信息基础设施
信息基础设施包括水利感知网、水利信息网、水利云三部分。针对水利感知网，要根据业务管理单位提质增效需求补充建设必需的传统监测站网，但是传统以固定点（监测站点、控制断面）、线（重点河段视频、无人机）为主的监测频次与要素无法实现满足数字孪生数据要求的长江流域全覆盖，对于堤防溃决等突发事件响应能力弱，无法获取溃口尺寸、流速测量等，并且当遭遇极端天气时传统设备可能损坏严重而无法完成监测任务。卫星遥感监测手段是弥补现有感知体系的有效方案，现有气象、资源和海洋领域的卫星较多，尚无水利行业的行业卫星，亟须发展针对江河、大坝、堤防等精细地物及水利要素监测的水利行业特色卫星。从覆盖范围看，现有遥感卫星多为太阳同步轨道卫星，与三峡库区及场景流域范围和流向不匹配，需有专门卫星优先保障对项目区域的覆盖。此外现有卫星重返周期多为数日甚至数月，无法满足水利行业在防汛等需要小时级数据情景下的数据获取需求，亟须应用新型水利监测技术，发展水利特色卫星体系，为三峡工程运行安全提供先进监测手段。根据自然资源等其他行业已有的卫星分布情况，结合三峡集团的卫星组网设计成果，按照长江流域近地卫星布置方案，建设1颗SAR卫星和1颗光学卫星，根据水利业务进行适应性设计，初步形成面向长江流域全天时、全天候的天基感知网络，提高对水情要素的覆盖率，并实现8小时以内获取干流主要水信息要素（见下图）。
▲水利专业卫星建设内容
除此之外，应按需完善水利信息网和水利云，为数字孪生工程提供感知传输、计算存储和运行环境支撑，具体建设内容及提升效果见下表。
▲信息基础设施建设内容及提升效果
（2）数字孪生平台
数字孪生平台包括数据底板、模型平台、知识平台三部分。数据底板依托现有基础进行升级扩展，重点完成城陵矶—湖口段空间延伸区域高精度地理空间数据、基础、监测、业务管理和行业共享数据资源，与此同时扩展对象属性，补充完善水利数据模型。模型库与知识平台是重点完善内容。拟建立面向防洪安全、供水安全、库容安全、水生态安全、水质安全与河道安全模型的水利专业模型与智能识别模型。在此基础上新增建设数字孪生三峡模型平台，实现流域与工程级别的模型管理工具以及相应的模型评价、实例化、组件化搭建等功能，通过“图形化”“搭积木”等方式实现以水利专业模型驱动和决策计算为主的多类型、多任务业务流程的融合搭建能力。知识库建设方面，在扩充知识库基础上，基于水利部本级的水利基础大模型，结合三峡“十大安全”实际水利业务知识与场景，构建三峡工程水利大模型。一方面优化知识引擎，提高知识索引、知识计算等知识服务的智能化和准确性；另一方面可初步实现水利文案自动生成、语音对话等大模型特色功能，实现三峡后续管理效率提升。数字孪生平台建设内容以及提升效果如下表所示。
▲数字孪生平台建设内容及提升效果
（3）业务应用
围绕“十大安全”，按照防洪精准调度、三峡枢纽工程运行安全管理、三峡水库运行安全管理、重点河道崩岸管理、通航调度辅助管理及综合决策支持六大应用板块，充分整合各层级管理单位已有成果，新建或完善数字孪生三峡业务应用，强化“四预”能力。业务应用建设内容与“十大安全”对应关系见下图。
▲业务应用建设内容与“十大安全”对应关系
①防洪精准调度（防洪安全）。预报方面，完善流域河系拓扑关系、上游入库及支流预报模型方案、三峡及影响区流域预报功能，实现库区河系自动预报功能；优化三峡库区水文预报业务流程，实现基于初始预报结果或多模型方案预报结果的交互分析；实现基于暴雨迁移的预报功能。预警方面，构建基于测雨雷达的三峡库区短临强降水动态预警功能，实现三峡库区及荆江河段洪水分级动态预警；开展堤防内部结构隐患快速检测，构建智能分析功能，构建堤防洪水风险监测及预警功能；为防洪形势研判提供最大防御能力和整体洪灾淹没损失等形势分析。预演方面，聚焦三峡水库汛前消落、汛期运行水位上浮运用、汛末蓄水，以及超标准洪水防御应对、溃坝洪水模拟应对等典型场景，构建场景建设流程功能，实现场景即时构建及调度模拟预演分析，精细化分析评估蓄滞洪区运用风险及效果。预案方面，完善以调度规则、调度方案、评判规则和应急预案等为主的水利知识与“四预”各环节的融合应用，实现由预案驱动三峡水库、城陵矶附近重要蓄滞洪区等防洪工程实时在线调度预演并形成应对方案和措施建议。防洪精准调度部分建设内容见下图。
▲防洪精准调度部分建设内容
②工程运行安全管理（枢纽建筑物安全）。在数字孪生三峡前期建设内容基础上，进一步开展工程运行风险智能预测、及时发现潜在安全风险、三峡坝区安保能力等提升建设。
③库容管理（库容安全）。按照“不损失1立方米库容”的精细化管控要求，开展库区未控区间产沙监测、库区含沙量遥感解译、库区利用现状统计与分析、库区利用审批图件在线上图与审批中提醒功能扩展等功能建设，实现库容物理变化在数字孪生体上及时映射并自动评估、更新、迭代、推送。开展干支流及未控区间来沙预报、入库沙量预警、来沙预警、泥沙淤积、库容占用预警、近坝段泥沙冲淤精细化三维预演、宜昌至湖口段冲淤影响预测等功能建设；构建库区汛期沙峰调度预案、消落期库尾减淤调度预案、来沙防控预案自动生成功能。开展库岸再造实发库损监测、潜在库损预报、库损预警、库容损失三维预演功能；构建库岸再造库损防治管理预案自动生成功能，提升蓄水、退水引起库岸再造带来的库容损失风险管理能力。
④地质安全管理（地质安全）。针对库区地质安全管理信息孤岛问题，与自然资源部协调实现数据共享，建立库区地质灾害台账，实现地质安全信息全览以及库区涉水地质灾害精细化台账管理。针对代表性、典型性、关注度高、对库区安全影响大的重点地质灾害体涉水安全问题，采用BIM、GIS、信息感知、数据集成方式，全面获取稳定性和安全态势分析模拟成果，以及发生灾变时对库区影响成果，为库区安全保障提供基础数据和技术支撑。
⑤水环境保护管理（水质安全）。开展基于短、中、长期水文预报的库区水质态势预测，实现在线推演预测库区水质短、中、长期演变趋势，制作发布不同预见期的水质推演预测成果。开展基于无人机巡测及水文预报的库区汛期突发水污染事件预警，在汛期等水质敏感期，利用无人机监测告警，实时反馈排污现象（水体颜色异常、水温异常等见下图）；分析评估汛前、汛中、汛后库区水质敏感水域水质超标风险，自动进行告警预警。开展水库调蓄过程下多情景水污染态势预演，提供自由化自定义推演条件下进行全库区不同水库调蓄过程的水质预演功能。开展突发水污染事故场景预演，提供突发水污染推演模拟分析。开展突发水污染应急调度处置管理，实现处置方案优化，并提出最合理处置建议。
▲无人机排污口巡查
⑥水资源管理（供水安全）。全面提升供水安全“四预”能力。在预报方面，开展关键水文断面动力统计耦合水资源中长期预测，开展分行业精细化蓄水预测，基于控制断面，开展综合需水预测。在预警方面，在已有告警业务功能基础上，结合来水预报，构建预警功能，提升长江干流取用水控制站、河口、控制断面预警能力。在预演方面，结合业务需求，建立不同时间尺度的预演业务应用场景，实现日常调度、极端情况调度方案预演，开展年度水量调度计划在线编制及滚动调整，实现方案效益风险对比评估，支撑精准化决策。在预案方面，针对水工程、控制断面、取水口等调度对象分别建立调度预案，实现以三峡为核心的长江干流水资源精细化调度管理。
⑦水生态管理（生态安全）。开展三峡库区变动回水区生态调度预案管理，求解优化鱼类栖息地最佳适宜度的环境条件。开展三峡库区变动回水区生态调度预演，对比分析不同生态调度预演的预演结果。生态调度监测与效果评估方面，获取调度期间鱼类栖息繁殖活动，结合鱼类繁殖与栖息地适宜度评价进行效果评估。针对三峡水库典型支流水华生态调度业务管理，开展水华精细化预测预报，研判水华发展趋势，结合水华历史场景和水华程度分级规则，明确水华风险等级，建立水华预警场景，确定水利工程调度时机和规则，生成抑制水华的三峡水位调控预案，并开展调度预测效果和实际调度综合评估。
⑧重点河道崩岸管理（河道安全）。构建崩岸特征样本库，精细化分类崩岸风险因子，构建基于影响崩岸的地形结构因子和外部环境因子信息融合评价模型，实现“卫星大范围初筛—无人机精准定位识别—无人船精细测量评估”的多手段协同感知与评价方法，提升长江中游崩岸监测预警能力。此外，针对河道安全、崩岸监测预警等需求，研发岸上数字孪生场景自动构建系统和水下地形数字孪生场景自动构建系统，开展重点险崩河段、险工段、岸坡不稳定河段定期定时巡检，支撑库区、河道三维建模底层信息动态更新。通过逐日、逐旬及连续滚动综合对比分析，明晰河湖库岸线、洲滩动态演变特征，提升河岸数字孪生仿真能力。
⑨通航调度辅助管理（航运安全）。针对金下梯级水库库区、三峡库区、葛洲坝水库库区及其相关通航河道航运需求和任务，建立水库出库流量与河道水位定量关系，根据航运安全相关约束条件，基于构建的多目标优化调度模型，优化水库调度过程，提高通航效率，保障通航安全。在预报方面，新增水情（流量、水位、水深、流速）及通航船只分布信息；在预警方面，构建预警指标体系，包括但不限于达不到通航要求（水深不足、流量过大等）预警、滞留超过环境容量预警以及其他情况预警；在预演方面，对各种情景下通航船只情况、航运情况进行场景构建、预演模拟分析；在预案方面，出现告警、预警后，调用相关预案方案进行应对，或者推荐调度方案。
⑩信息系统安全。梳理网络安全管理需求，建立网络安全管理制度，制定相关网络安全管理规范，落实网络安全责任制，建立数字孪生三峡各建设管理单位联防联控机制。同时，在现有网络安全防护能力的基础上，围绕安全物理环境、安全通信网络、安全区域边界、安全计算环境和安全管理中心5个方面进行功能扩展或完善，聚焦数据安全，落实密码应用改造的工作内容，提升网络安全监测能力、防御能力和应急响应能力，维护网络安全。此外，还需建立健全数字孪生三峡网络安全监督检查机制，定期开展网络安全应急演练，对存在安全隐患的相关单位进行通报，敦促存在安全隐患的相关单位进行安全整改。
（4）保障体系建设
①网络传输、算力与存储能力建设。一方面，针对现有链路带宽不能满足水利部本级信息传输需求的问题，在现有水利业务网总体网络架构基础上，扩展水利骨干网，扩容水利部本级节点到长江委、三峡集团、湖北省、重庆市的链路；提升带宽和网络支撑能力，满足新增卫星遥感监测数据传输的需求。另一方面，依托国产化软硬件资源，升级扩展水利云各类计算、存储能力，构建大模型分析算力，为各类模型、知识、业务应用提供7×24小时稳定运行环境支撑，保障数字孪生三峡的数据资产安全。
②组织实施保障体系建设。依据《数字孪生流域共建共享管理办法（试行）》《数字孪生三峡建设先行先试实施方案》，水利部、流域、省级、工程管理单位多层级机构根据职责共建不同粒度、精度数据底板，各单位需共同梳理共享清单，采用实体数据拷贝、数据服务调用、平台接入等方式共享建设成果。由于数字孪生提升工程建设涉及水利部、长江委、三峡集团等多部门及业务领域，需明确组织领导和理顺管理体制以确保目标实现。建设过程需遵循法规，实行招标、监理、合同管理等措施，确保质量、进度和资金安全。质量控制应实行终身责任制，进度控制按计划执行。运行管理由决策和运行维护机构负责，建立完善管理制度，包括机房、运行、日志、档案和应急管理等，以保障系统建设成果能够长期有效运行。
数字孪生三峡提升工程预期效果及考核验收指标设置
为建设实用管用好用的数字孪生三峡，提升工程拟在现有建设基础上，进一步围绕三峡工程运行“十大安全”，将数字孪生建设范围延伸至湖口，聚焦城陵矶河段及洞庭湖、鄱阳湖两湖地区开展精细化建模。此外，完善三峡水库及其影响区域的信息化基础设施建设，提升信息动态监测告警能力与感知覆盖范围，确保长江干流关键水要素信息的更新频率达到每8小时一次；同时，将库容的动态感知精度从以天为单位提升至以小时为单位，实现更精细、更实时的管理监控。数据底板建设将进一步覆盖“十大安全”数据需求，并通过构建数据引擎提升数据共享服务能力，避免资源管理的分散和重复收集，提高管理效率和准确性。
“四预”业务建设方面，实现三峡入库洪水预报延长至7~10天，其中，7天精度提高5%；泥沙预报作业时间由小时提至分钟；水质由实时监测新增短、中、长期预报趋势研判。通过结合知识库应用，实现防洪、库容、水质、供水风险自动预警，以及多场景、多方案在线预演与最优方案的自动生成。根据实时态势驱动、智能推送预案，进一步提高预案实用性、时效性及操作支撑能力。
平台建设方面，结合知识图谱与大模型等新兴技术，初步构建人工智能+水利的平台框架，实现场景需求变化条件下业务系统平台构建时间从月缩短到天级，提高系统开发迭代效率50%以上，进一步强化知识库在智能决策方面的落地应用。此外，信息系统安全建设方面，拟以数字孪生三峡为安全防护对象，构建安全管理、安全技术为一体的安全保障体系，防止水利重要数据或个人信息被窃取、泄露、篡改或毁损，在应用系统等信息化基础设施受到攻击后可以及时发现并在6小时内组织处置，避免产生经济损失和不良社会影响。工程预期效果见下图。
▲数字孪生三峡提升工程建设预期效果
结论与建议
紧密围绕三峡工程“十大安全”管理难点，系统梳理了数字孪生三峡建设背景、建设基础以及数字孪生三峡提升工程的建设需求。按照三峡后续工作规划总体要求，提出了涵盖感知、数据、模型、知识、业务的数字孪生平台进一步深入建设总体框架、建设思路及建设内容，以及网络安全和算力存储保障体系建设方案，并量化各项建设预期指标，以支持建设成果验收，保障成果实用管用，在持续迭代优化数字孪生三峡建设成果的同时，进一步完善数字孪生水利建设路径，实现通过科技赋能促进三峡工程管理水平不断提升。同时，通过数字孪生三峡的建设夯实数字孪生长江框架体系，为进一步分布式逐步建设数字孪生长江打下数字基础和人才队伍基础。
由于数字孪生三峡建设工作量大、复杂度高，在未来建设过程中，要充分利用已有基础，明确项目边界，保证建设内容与已有建设基础项目无重复、能衔接。此外，还需要持续强化信息系统安全防护，进一步落实身份认证、数据加密、安全监测、定期审计、物理防护、人员培训等多重安全措施，强化现有安全防护体系，进一步加强与外部安全机构的合作，共同构建多层次、立体化的安全防护网，确保数字孪生三峡系统安全稳定运行。
Abstract: With both features of engineering and watershed, digital twin Three Gorges Project plays a key role of digital empowerment in the governance of the Yangtze River Basin and safeguarding “ten major security” of the Three Gorges Project. It is a concrete manifestation of new quality productivity. Based on the pilot of digital twin Three Gorges project, a systematic review was conducted on the necessity of “ten major security” measures of further enhancing dam security, information system security, storage capacity security, geological security, water quality security, flood control security, shipping security, water supply security, river safety and ecological security. The objective of digital twin Three Gorges project is to enhance capabilities of operation and management, as well as quality and efficiency by continuously increase of digital twin capacities, construction of an overall framework including business applications, digital twin platforms, information infrastructure, and physical watersheds, ideas and plans of digital twin project including information infrastructures, data base, model platform (including models), knowledge platform (including knowledge), business applications and security system. A plan was proposed for water resources satellite construction to enhance data coverage capability so as to support the implementation of twin functions. Through a quantitative indicator system, expected results may be set so as to further improve the construction plan of digital twin system, achieve continuous iteration and optimization. Technology empowerment shall enable continuous improvement for project management, and create a world model for safe operation and management of water infrastructures.
Keywords: digital twin; the Three Gorges Project; water resources satellite; ten major security measures; construction framework; application benefits
本文引用格式：
黄艳，郑浩，王权森.聚焦“十大安全”的数字孪生三峡工程高质量发展探索[J].中国水利，2024（22）：79-88.
封面供图｜水利部三峡工程管理司
责编｜李博远
校对｜李卢祎
审核｜王慧
监制｜轩玮
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