“云上治水” VR加持 ——数字孪生峡江水利枢纽工程再出新招

位于江西省峡江县境内的峡江水利枢纽，工程批复总投资99.22亿元，是目前江西省投资最大的大型水利枢纽工程。如今，峡江水利枢纽数字孪生流域建设创新运用VR虚拟现实技术，积极打造“云上”治水升级版，为工程安全、防汛抗旱等插上了“智慧之翼”。

数字孪生峡江水利枢纽工程在2022年入选水利部数字孪生流域建设先行先试，是江西两个数字孪生流域建设试点项目之一，也是江西省首个数字孪生水利工程项目。平台支撑实现“风险预报－安全预警－检修预演－维修预案”的工程安全管理“四预”功能和“来水预报－监测预警－方案预演－调度预案”的防洪调度“四预”功能，提升峡江水利枢纽决策与管理的科学化、精准化、高效化能力和水平，为新阶段水利高质量发展提供有力支撑和强力驱动。

“在2020年，峡江水利枢纽工程就率先开始谋划开展数字峡江建设，建设水位监测、视频监控、安全监测等前端感知，上线视频监控系统、洪水预报调度系统、大坝安全监测系统等业务系统，目前已经投入了4000万用于数字孪生建设。” 江西省峡江水利枢纽工程管理局副局长张煜自豪地介绍。

2022年7月，峡江水利枢纽工程代表江西参加了第五届数字中国建设峰会，向全国展示了峡江水利枢纽“物理世界”转化为精细的“数字世界”的成果。

据了解，“数字孪生峡江”按照水利部批复方案已基本完成，通过边试边用持续优化，打造实用好用的平台。

监测有“智” 安全有保障

峡江水利枢纽工程有18孔弧形钢闸门，宽16米，高17米，是赣江上最大的泄水闸门。从2013年7月29日下闸蓄水开始正式投入使用，由于人工检测存在一定弊端，同时，受闸门现场环境的影响，检测作业安全风险大、效率低。

江西省峡江水利枢纽工程管理局以问题为导向，数字赋能水利智能化管理，通过推进数字孪生峡江水利枢纽工程建设，实现弧形泄水钢闸门安全监测和健康诊断。在分析现有水工钢闸门监测技术现状及新阶段水利高质量发展对钢闸门监测技术需求的基础上，利用现代传感、在线仿真等技术和健康评估模型，设计一套弧形钢闸门在线监测及健康评估系统。系统依托信息化基础设施构建数字孪生平台，实现钢闸门结构应力、振动、运行姿态、支铰轴状态，以及液压启闭机振动、液压油渗漏和液压油清洁度等参数的在线监测，通过健康评估模型实现钢闸门和液压启闭机的健康评估，通过在线仿真系统实现对不同工况下弧形钢闸门受力和变形的模拟。

峡江水利枢纽工程水工金属结构监测平台主界面

健康评估系统将物联网、大数据和人工智能等新一代信息技术融合，以运维管理需求为导向，利用高精度传感器实时采集闸门和启闭机的状态数据，实现泄水闸和启闭机关键数据的全面采集，并对监测数据进行清洗和分析，建立健康评估模型，能及时发现设备运行早期故障，确保水工金属结构安全运行，能为数字孪生工程提供全面数据支撑，为水利枢纽数字化运维提供赋能基础。

“健康评估系统可实现峡江水利枢纽工程弧形泄水钢闸门的全方位在线监测、运行状态展示及设备健康状态的实时评估，提升工程的数字化运维水平。” 江西省峡江水利枢纽工程管理局工程管理科副科长万迪文说。

防洪调度 决策更精准

2023年3月底，根据江西省气象预报及水文监测预报，峡江水库流域内未来可出现大范围降雨，防汛形势刻不容缓。峡江水利枢纽工程管理局通过数字孪生峡江水利枢纽工程，第一时间在710平方公里高精度数字孪生数据底板上，构建防洪调度业务场景，应用水文预报模型、水动力模型对流域水情发展进行了洪水演进模拟和3天预见期洪水滚动预报。并根据雨水情测报结果，对上下游防汛部门进行洪水超前预警。同时还统筹考虑上下游排涝、防洪需求，提供了水位控制、出库控制、综合控制等多种预报调度算法，为即将到来的洪水调度提供决策依据。

面对今年3月底这场洪水，峡江水库提前从3月30日7时起预腾库容，4月7日8时，峡江坝址迎来洪峰流量6300立方米每秒，出库流量5410立方米每秒，坝上水位44.25米，削峰率16.45%，预腾库容1.1亿立方米，拦蓄洪水1.03亿立方米。“在这次数字孪生系统参与峡江水利枢纽防汛实战中，洪峰流量及峰现时间预报等结果基本合理，切实减小水库上下游防洪压力。”张煜介绍。

洪水预报、洪水演进、洪水预警……数字孪生系统已深度应用到水旱灾害防御工作中，赋能流域防洪预报、预警、预演、预案，不仅大幅提升了水利治理和管理活动的数字化、网络化、智能化水平，也为水利精准化决策提供了有力支撑。

VR加持 培训质量高

“除了工程安全和防汛调度，我们还创造性地将VR虚拟现实技术运用到工程巡检、险情处置、设备维修等水利工程运行管护重点业务场景的培训和考核。”张煜介绍，按照真实场景以VR真实还原整套操作流程，大力提升培训质量的同时，还节省人力、物力、财力。

通过建立“教-学-练-考-评”一体化的VR仿真教育培训系统，工程维养人员可以身临其境地体验每一步业务操作流程，直观地感受险情发生与处置过程，提升了业务培训效果与效率。

张煜表示，2023年是数字孪生峡江建设深入推进之年，也是数字孪生峡江建设先行先试收官之年。江西省峡江水利枢纽工程管理局将按照“需求牵引、应用至上、数字赋能、提升能力”总体要求，组织推动数字孪生峡江建设工作走向技术突破、模式创新和成效凸显的深水区，探索总结可复制、可推广的峡江典型案例、建设模式和技术路径，为全面建成具有“四预”功能的智慧水利体系积累经验。