习近平总书记在中共中央政治局第十一次集体学习时强调：“发展新质生产力是推动高质量发展的内在要求和重要着力点”“新质生产力已经在实践中形成并展示出对高质量发展的强劲推动力、支撑力”。习近平总书记的重要论述，为中国南水北调集团加快推进高质量发展、加快发展新质生产力指明了方向，提供了科学指引。中国南水北调集团抢抓机遇、深化改革创新，加快发展新质生产力，全力推进数字孪生南水北调建设，不断提升科技引领高质量发展能力，推动产业创新，塑造发展新优势、抢占新赛道、抢夺制高点，加快实现高端化、智能化、绿色化发展。
数字孪生南水北调中线一期1.0版入选数字孪生水利建设十大样板。这是中国南水北调集团新机制的建立健全，新技术的应用示范，新举措的落地见效，推动科技创新从“一件事”到“一类事”、从“一个点”到“整个面”、从“一个环节”到“全链条”全面升级，一批具有标志性、引领性的科技创新成果正在发挥作用。
数字孪生南水北调中线一期1.0版框架
中线一期工程全长1432公里，横跨长江、淮河、黄河、海河四大流域，是实现我国水资源优化配置的重大战略性基础设施。截至目前，中线一期工程输水超过630亿立方米，直接受益人口超过1.08亿，是沿线26座大中城市200多个县市区经济社会高质量发展的生命线。
集团党组高度重视数字孪生南水北调中线建设，多向发力，需求牵引创新，数字赋能发展。
2023年2月，中共中央、国务院印发《数字中国建设整体布局规划》，提出构建以数字孪生流域为核心的智慧水利体系。2023年5月，中共中央、国务院印发《国家水网建设规划纲要》，明确要加强水网数字化建设，建设数字孪生水网。这些为数字孪生南水北调助推新阶段南水北调和国家水网高质量发展指明了方向。
“数字孪生中线建设既是贯彻落实上级决策部署的必要举措，更是确保中线“三个安全”和“提质增效”、最终实现智慧中线的现实需要、本质要求和必由之路。”中线公司主要负责人说，中线公司必须全力推动数字孪生南水北调建设。
中线陶岔渠首枢纽工程
中线一期工程自丹江口水库陶岔渠首引水，沿线开挖渠道，经唐白河流域西部过长江流域与淮河流域的分水岭方城垭口，沿黄淮海平原西部边缘，在郑州以西穿过黄河，沿京广铁路西侧北上，可自流到北京、天津。工程特点是规模大、线路长、建筑物样式多、交叉建筑物多。
中线一期工程正式通水以来，中线公司积极推进信息化建设，加快布局物联网、人工智能、云计算、大数据等新一代信息技术的应用，形成了覆盖工程安全、供水安全、水质安全和企业经营管理各业务领域的信息化体系，积累了大量的监测及运行管理数据，为数字孪生中线工程建设奠定了坚实基础。
通过数字孪生科技赋能中线工程，使其具备完善感知能力和自主学习能力，运行管理更加智能化。当时数字孪生南水北调中线建设面临着三难：一是工程管理难，急需利用数字孪生技术提升管理水平。中线工程与沿线1200余座桥梁、700余条河流纵横交错，外部不确定因素多，工程面临的风险大。二是建立长距离调水工程模型难。部分水利学模型尚不成熟或尚未在中线进行充分应用验证，难以确定其有效性、适用性。三是技术架构难。中线建设形成的涵盖“三个安全”和企业经营管理各业务领域的信息化体系，为保障工程安全平稳运行提供重要保障，但各系统架构、接口、数据等技术标准不一，为各系统数据整合、业务打通带来难题。
数字孪生南水北调中线智能业务应用
再难也挡不住数字孪生南水北调中线建设步伐，中线公司广开言路，但是大家对建设范围和任务深度认识并不统一。中线公司集中智慧，广开言路，以全面提升水安全保障能力为目标，加快构建“系统完备、安全可靠，集约高效、绿色智能，循环通畅、调控有序”的智慧水网，聚焦工程安全、供水安全、水质安全和提质增效，以现有信息系统为基础，按照“统筹规划、示范引领，整合共享、集约建设，融合创新、先进实用，整体防护、安全可靠”的要求，以标准体系建设和网络安全体系建设为保障，以“整合、强基、提升、赋能”为方向，以先行先试带全线推进，以顶层设计、系统整合带全面建设，以两头（数据端统一平台、应用端整合集成）带中间（业务端融合贯通），推进数字孪生中线建设，进而实现智慧中线的总目标。
建设思路有了，确定建设目标是关键。中线公司按照“需求牵引、应用至上、数字赋能、提升能力”要求，以问题为导向，以数字化、网络化、智能化为主线，以数字化场景、智慧化模拟、精准化决策为路径，在中线一张图基础上筑牢统一的数据底板，提升信息化基础设施能力，构建中线模型平台和知识平台，实现对中线工程的实时监控、科学调度、风险防范，支撑“四预”功能实现和“4+N”的智能应用运行，提升中线工程管理与企业治理的科学化、精准化、高效化能力和水平，为新阶段中线高质量发展提供有力支撑和强力驱动。
水污染事件预演
中线公司围绕“安全监管、智能调度、水质保护、智能运维”四个主要业务领域，结合建设基础、现状条件、先行示范作用等多方综合考虑，以穿黄工程所在渠段、惠南庄泵站所在渠段为重点，立足全线、统筹谋划，组织编制了1.0版方案，举全公司之力打造数字孪生南水北调中线一期1.0版，确保2023年底前达标见效。
建专班、定制度、出方案……数字孪生建设布局加快构建。搭平台、抓应用、提质效……数字孪生建设任务逐步落实。
中线公司把推动智慧中线建设作为保障南水北调事业高质量发展的重要抓手，公司董事长、总经理牵头挂帅、班子成员分工负责、各部门具体落实，构建自上而下、分工负责、协同推进的智慧中线建管体系。主要领导定期召开例会，周调度、月会商，推动工作加快实施，研究解决关键问题，为系统建设提供强有力的组织保障。工作专班与实施单位联合集中办公，充分发挥自有人员的主导作用，深度参与项目实施工作，协助水网智科公司锻炼队伍、积累技术、培育人才，携手打造优秀示范项目，形成行业核心竞争力，在数字孪生水利和国家水网工程数字化建设中逐步发展壮大、实现突破。
数字孪生南水北调
数字孪生南水北调建设团队日夜兼程，风雨无阻，功夫不负有心人，2023年11月数字孪生南水北调中线一期1.0版建成，保障中线工程“三个安全”的“四预”功能体系初步构建，在多个典型业务场景中发挥实效，助力南水北调后续工程高质量发展。
安全监管精准有效，数字孪生南水北调中线一期1.0版在“中线一张图”基础上筑牢统一的数据底板，聚焦中线重要建筑物、典型渠段的工程安全以及交叉河道、左排洪水对中线工程的安全影响，基于数理统计模型、有限元分析模型以及洪水预报与演进模型，初步形成了多模型耦合体系，可更为直观充分掌握建筑物及渠段运行安全性态，预报突发暴雨洪水到达南水北调中线工程交叉断面时的水情情况，预演洪水演进过程，给出预警提示，推荐处置措施。
洪水演进预演
通过模型的融合应用，完成了对河南郑州“7·20”特大暴雨灾害洪水，从“降雨—产流—水库调蓄—洪水演进”全过程模拟以及工程结构安全复核分析。
输水调度智能可靠，在海河“23·7”流域性特大洪水中，为防止渠道水位快速上涨，避免工程出现次生破坏，调度人员利用非恒定流模型进行多种预案调算，提升了应急响应速度。
数字孪生南水北调中线一期1.0版基于河冰动力学模型对南水北调中线工程京石段217公里渠道范围内18座巡查站点寒潮场景下水温、冰凌进行预报预警。自2023年进入冰期运行以来，结合冰情预测预报结果，通过动态优化调度供水，比计划多供水3.4亿立方米，并优化融冰、扰冰设备及人员投入时间，降低了运行和值守成本。
冰期输水预演
数字孪生平台集成中线13座水质监测自动站、30个固定监测断面等各种水质指标实时数据，实现全线水质多参数监测告警。基于机理与数理双驱的水质预测模型，实现全线水质12项指标未来七天预报预警。水质与环保中心刘信勇说，基于一、二维水污染扩散模拟模型耦合退水模型，实现全线1000多座桥梁突发水污染事件一体化应急处置预演，并自动生成应急处置预案，极大提升应急处置时效性和精准性。
运行维护更加高效，以数字孪生南水北调中线惠南庄泵站为试点，基于泵站设备综合风险分析及劣化分析模型，依托在泵站机组安装的440余个振动、温度等传感器数据，实时评估、预测关键设备的运行状态，为维护人员提供动态维护建议；基于泵站流量优化分配模型，以节能降耗为目标对泵站运行方案进行优化，生成绿色低碳优化方案。
运维决策辅助
数字孪生南水北调中线一期1.0版建成应用，只是数字孪生南水北调中线建设迈出的重要一步，数字孪生南水北调中线建设任重道远，数据底板仍需进一步夯实，感知体系有待进一步补充完善，模型精度还需迭代优化，智能应用需要进一步强化。中线公司将继续坚持“目标导向、问题导向”，以业务需求为牵引，持续推进数字孪生南水北调中线建设向更好、更优发展。
中线总调度大厅
发展新质生产力，为中线工程蓄势赋能，需百尺竿头更进一步。中国南水北调集团将牢记习近平总书记的嘱托，强化关键核心技术攻关，赋能新质生产力发展，加快打造数字生产力、绿色生产力、融合生产力等新的生产力，加快推进数字孪生南水北调建设和迭代升级，通过数字赋能推进高端化、智能化、绿色化发展，全面助力保障南水北调“三个安全”，确保工程发挥更大的社会效益、经济效益、生态效益和安全效益，为中国式现代化贡献南水北调力量。
撰稿 | 张存有
设计 | 陈思璐
责编 | 李 萌
校核 | 陈思璐
审核 | 李东海
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