杜 文，張夢初，段丹丹

(1.黃河水利委員會 信息中心，河南 鄭州 450003； 2.河南建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 鄭州 450064)

0 引 言

國家“十四五”規(guī)劃綱要明確提出推進構(gòu)建智慧水利體系，以流域為單元，提升水情測報和智能調(diào)度能力。國家“十四五”新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)劃要求推動大江大河大湖數(shù)字孿生、智慧化模擬和智能業(yè)務(wù)應(yīng)用建設(shè)。當前，隨著云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能技術(shù)快速發(fā)展，水利發(fā)展向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化轉(zhuǎn)變的技術(shù)條件已經(jīng)基本具備。水利部提出了推進智慧水利建設(shè)，按照“需求牽引、應(yīng)用至上、數(shù)字賦能、提升能力”要求，以數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化為主線，以數(shù)字化場景、智慧化模擬、精準化決策為途徑，全面推進算據(jù)、算法、算力建設(shè)，加快構(gòu)建具有“四預(yù)”(預(yù)報、預(yù)警、預(yù)演、預(yù)案)功能的智慧水利體系[1]。

當前，促進黃河流域生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展已上升為國家戰(zhàn)略，提出讓黃河成為造福人民的幸福河的總體目標[2]。國務(wù)院印發(fā)的《黃河流域生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展規(guī)劃綱要》明確提出強化對水文、氣象、地災(zāi)、雨情、凌情、旱情等狀況的動態(tài)監(jiān)測和科學(xué)分析，搭建綜合數(shù)字化平臺，建設(shè)智慧黃河，加強防洪減災(zāi)、排水防澇等公共設(shè)施建設(shè)，增強其抵御自然災(zāi)害能力的工作要求。

受連續(xù)強降雨影響，2021年9月下旬至10月上旬，黃河接連出現(xiàn)3次編號洪水，秋汛期間降雨過程長，雨量大，水庫河道水位高[3]，支流渭河、汾河、伊洛河、沁河均發(fā)生有實測資料以來同期最大洪水。秋汛期間，黃河水利委員會(以下簡稱“黃委”)已通過水旱災(zāi)害信息化系統(tǒng)，有效支撐了各級水旱災(zāi)害防御單位防汛業(yè)務(wù)工作，但同時也暴露出了“四預(yù)”支撐能力不足的問題。針對2021年黃河秋汛工作中暴露出的工作短板，黃委明確提出了建設(shè)黃河防汛會商預(yù)演系統(tǒng)的工作目標，在已有“黃河一張圖”基礎(chǔ)上，搭建數(shù)字孿生黃河數(shù)據(jù)底板，進一步提升“四預(yù)”能力，實現(xiàn)對黃河流域降雨、洪水預(yù)報、水庫調(diào)度、洪水演進、洪水淹沒等水旱災(zāi)害防御工作的實時預(yù)警、預(yù)報分析、調(diào)度決策、精準化預(yù)案和數(shù)字化仿真模擬。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

按照水利部數(shù)字孿生流域和“四預(yù)”工作要求，以黃委防汛會商工作為業(yè)務(wù)支撐目標，構(gòu)建黃河防汛會商預(yù)演系統(tǒng)。黃河防汛會商預(yù)演系統(tǒng)是數(shù)字孿生黃河智慧應(yīng)用的重要組成部分，系統(tǒng)框架由基礎(chǔ)設(shè)施、云平臺、數(shù)字孿生平臺、智慧應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)安全體系以及技術(shù)標準與保障體系組成。

通過基礎(chǔ)設(shè)施實現(xiàn)對系統(tǒng)各類監(jiān)測信息的感知采集，主要包括黃委采集感知網(wǎng)和黃委水利信息網(wǎng)。采集感知網(wǎng)是在黃委已有水利監(jiān)測體系基礎(chǔ)上，充分利用智能感知技術(shù)和通信技術(shù)，從航天、航空、地面、地下、水下等空間維度，對點、線、面等尺度范圍涉水對象屬性及其環(huán)境狀態(tài)進行監(jiān)測和智能分析，是系統(tǒng)獲取全面、真實、客觀與動態(tài)水利數(shù)據(jù)的渠道。水利信息網(wǎng)包括黃委工控網(wǎng)、水利業(yè)務(wù)網(wǎng)、電子政務(wù)內(nèi)網(wǎng)(非涉密域)等網(wǎng)絡(luò)資源設(shè)施，可支撐保障系統(tǒng)各類基礎(chǔ)、空間、監(jiān)測、監(jiān)視和業(yè)務(wù)等信息網(wǎng)絡(luò)傳輸和通信。基于黃河水利委員會現(xiàn)有的私有云和數(shù)據(jù)存儲體系，為系統(tǒng)運行提供可靠的算力支撐。數(shù)字孿生平臺是系統(tǒng)運行的服務(wù)支撐，利用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、虛擬仿真等技術(shù)，以時空數(shù)據(jù)為底座、水利模型為核心、水利知識為驅(qū)動，對物理流域全要素和水利治理管理活動全過程進行數(shù)字化映射與智慧化模擬，實現(xiàn)對黃委水旱災(zāi)害防御會商工作中，各類相關(guān)水利對象和業(yè)務(wù)工作環(huán)節(jié)的同步仿真、虛實交互，為系統(tǒng)實現(xiàn)精準化決策目標提供算法、數(shù)據(jù)和功能服務(wù)，包含數(shù)據(jù)底板、通用支撐、模型平臺和知識平臺等建設(shè)內(nèi)容。流域智慧應(yīng)用包括流域防洪、水資源管理與調(diào)配、N項治黃業(yè)務(wù)智慧應(yīng)用。黃河防汛會商預(yù)演系統(tǒng)是流域防洪領(lǐng)域先試先行的數(shù)字孿生應(yīng)用。基于信息基礎(chǔ)設(shè)施和數(shù)字孿生平臺提供的算據(jù)、算法與算力資源，實現(xiàn)系統(tǒng)預(yù)報、預(yù)警、預(yù)演和預(yù)案能力。網(wǎng)絡(luò)安全體系依托黃委現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)安全軟硬件資源，為系統(tǒng)建設(shè)提供安全管理、防護、監(jiān)督等方面的支撐。依據(jù)黃河防汛會商工作場景特點，制定規(guī)范和指導(dǎo)系統(tǒng)建設(shè)，為系統(tǒng)運行建設(shè)提供實施指南和管理規(guī)范。

系統(tǒng)根據(jù)降雨預(yù)報和水工程上游來水預(yù)報，調(diào)用模型平臺和知識平臺服務(wù)對水庫與蓄滯洪區(qū)等水工程進行動態(tài)調(diào)度。針對生成的不同調(diào)度方案，對水工程下游水文斷面洪水過程進行預(yù)報，并對來水、蓄水、調(diào)水、演進等洪水變化過程進行預(yù)演，為黃委防汛會商工作提供氣象預(yù)報、水雨情實時監(jiān)測、水雨情預(yù)報預(yù)警、水工程調(diào)度、洪水演進、洪水淹沒、工程出險搶險、防汛工作部署等多維度、全方位的會商決策支撐。系統(tǒng)總體框架如圖1所示。

圖1 黃河防汛會商預(yù)演系統(tǒng)架構(gòu)Fig.1 Framework of the Yellow River flood control consultation and emulation system

2 建設(shè)任務(wù)

黃河防汛會商預(yù)演系統(tǒng)服務(wù)于黃河防汛會商工作，遵循水利部智慧水利建設(shè)總體要求，利用數(shù)字孿生技術(shù)，基于“黃河一張圖”搭建黃河流域數(shù)據(jù)底板，收集黃河防汛工作中已有降水預(yù)報、洪水預(yù)報、防洪調(diào)度和洪水演進等模型的計算成果，為汛期黃委防汛抗旱會商工作提供具備“四預(yù)”功能的全方位、多視角、跨時空的決策支撐。系統(tǒng)建設(shè)任務(wù)主要分為數(shù)據(jù)底板、預(yù)警、預(yù)報、調(diào)度、預(yù)演與預(yù)案6個部分。

(1) 數(shù)據(jù)底板。在“黃河一張圖”的基礎(chǔ)上，建設(shè)黃河中下游重點河段、重點區(qū)域的二級數(shù)據(jù)底板，集成匯聚流域管理范圍省區(qū)和工程管理單位基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、地理空間數(shù)據(jù)、監(jiān)測數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)管理數(shù)據(jù)等成果。通過數(shù)據(jù)治理，為流域防汛會商工作提供標準化的數(shù)字化場景，滿足河道洪水演進、水工程調(diào)度和洪水淹沒分析等會商場景二三維一體化預(yù)演仿真需求。

(2) 預(yù)警。建立流域防汛綜合預(yù)警庫，匯聚融合國家預(yù)警信息發(fā)布中心氣象預(yù)警數(shù)據(jù)。依據(jù)黃防總辦〔2016〕10號《黃河水情預(yù)警發(fā)布管理辦法》文件，搭建黃河防汛水情動態(tài)預(yù)警規(guī)則引擎。根據(jù)閾值指標，實時動態(tài)生成黃河流域河道主要水文測站水情預(yù)警信息。在“黃河一張圖”開發(fā)的統(tǒng)一數(shù)據(jù)底板基礎(chǔ)上，動態(tài)監(jiān)視跟蹤流域氣象與水情預(yù)警信息。

(3) 預(yù)報。集成已有流域降雨預(yù)報、河道中短期洪水預(yù)報模型，實現(xiàn)對流域降雨落區(qū)和降雨強度的中短期精準預(yù)報，對自然徑流條件下河道水文斷面洪水過程進行動態(tài)演算。系統(tǒng)與水工程調(diào)度模型進行交互，實現(xiàn)對不同工程調(diào)度方案實施后，下游主要河道水文斷面洪水預(yù)報的演算。

(4) 調(diào)度。集成黃河中下游水工程調(diào)度模型，實現(xiàn)對三門峽、小浪底、故縣、陸渾等黃河中下游重要水庫工程、北金堤與東平湖兩個蓄滯洪區(qū)內(nèi)，不同洪水量級調(diào)度方案的動態(tài)調(diào)度?？赏ㄟ^控制水庫下泄策略和調(diào)控水庫下游目標測站流量策略，動態(tài)編制水庫調(diào)度方案。通過水庫調(diào)度方案對比，提供對最優(yōu)化調(diào)度方案的決策建議。

(5) 預(yù)演。基于“黃河一張圖”二三維一體化場景，對來水預(yù)報、水工程調(diào)度和河道洪水演進的場景進行仿真預(yù)演，計算在黃河下游主槽及灘地內(nèi)洪水的水深與流速變化過程，判斷典型水文斷面(水文站洪水演進變化過程和可能上灘及淹沒地區(qū)的范圍)。

(6) 預(yù)案。結(jié)合黃河中下游主要水工程運行狀況、工程及河道周邊地區(qū)經(jīng)濟社會發(fā)展現(xiàn)狀等，對預(yù)演結(jié)果進行分析評估，根據(jù)分析評估結(jié)果動態(tài)調(diào)整水工程運行、應(yīng)急調(diào)度、人員防災(zāi)避險等應(yīng)對措施，科學(xué)合理制定水工程運行和調(diào)度等黃河防洪方案，有效提高預(yù)案的科學(xué)性和可操作性。

3 業(yè)務(wù)流程分析

黃河防汛會商預(yù)演系統(tǒng)核心功能在于實現(xiàn)對黃河中下游河道來水預(yù)報、工程調(diào)度和洪水演進過程的預(yù)演，主要包括水雨情監(jiān)視及預(yù)報、水工程調(diào)度和洪水演進3個業(yè)務(wù)流程。

水雨情監(jiān)視及預(yù)報指的是對氣象及水雨情實況的監(jiān)視、氣象及降雨情況的預(yù)報和對河道洪水發(fā)展變化情況的預(yù)報。通過氣象和洪水預(yù)報兩類模型進行動態(tài)演算，其中洪水預(yù)報模型通過調(diào)用氣象預(yù)報模型和水工程調(diào)度模型成果進行調(diào)整計算。具體來說，氣象模型主要包括歐洲中心、中央氣象臺和黃委水文局人工預(yù)報調(diào)算模型成果。洪水預(yù)報模型基于水情實況、氣象預(yù)報模型中的降雨實況和預(yù)報成果，利用原有黃河洪水預(yù)報系統(tǒng)中馬斯京根、新安江等模型，對自然條件下黃河中下游主要水文斷面的洪峰流量與峰現(xiàn)時間進行預(yù)測。當降雨預(yù)報發(fā)生改變或通過水工程對河道洪水進行控制后，洪水預(yù)報模型可根據(jù)降雨預(yù)報修正值或水工程調(diào)度成果，對洪水預(yù)報結(jié)果進行動態(tài)調(diào)整。

水工程調(diào)度環(huán)節(jié)實現(xiàn)對水庫及蓄滯洪區(qū)的實時調(diào)度。調(diào)度模型包括單庫調(diào)度和庫群規(guī)則調(diào)度。單庫調(diào)度模型包括完全自由敞泄、維持汛限水位敞泄、進出庫平衡和泄流過程控制四類調(diào)度策略。庫群規(guī)則調(diào)度模型可根據(jù)經(jīng)驗?zāi)Ｐ皖A(yù)置的調(diào)度算法插值，實現(xiàn)對多個水庫與蓄滯洪區(qū)等水工程的聯(lián)合調(diào)度演算。水庫調(diào)度方案包括對黃河中下游主要水庫出入庫、庫水位和蓄水量變化過程的預(yù)測，以及對東平湖和北金堤兩個蓄滯洪區(qū)水位、蓄水量和退水過程的預(yù)測。水工程調(diào)度運用后，可將結(jié)果反饋給洪水預(yù)報模型，實現(xiàn)對水工程下游水文斷面洪水預(yù)報結(jié)果的動態(tài)更新。

圖2 黃河防汛會商預(yù)演系統(tǒng)主要業(yè)務(wù)流程邏輯Fig.2 Consultation process of the Yellow River flood controlcon sultation and emulation system

洪水演進環(huán)節(jié)實現(xiàn)對洪水演進過程的仿真預(yù)演及對洪水引發(fā)洪災(zāi)情況的分析。通過預(yù)置不同洪水量級下水動力模型，對應(yīng)洪水在黃河下游主槽及灘地內(nèi)水深與流速變化演進的過程，對洪水演進過程中洪水淹沒范圍及災(zāi)情損失情況進行分析。根據(jù)洪水預(yù)報和水工程調(diào)度情況，采用插值法對自然條件下和不同水工程調(diào)度方案下河道洪水演進、洪水淹沒及受災(zāi)情況進行快速動態(tài)計算及分析。黃河防汛會商系統(tǒng)主要業(yè)務(wù)流程邏輯如圖2所示。

4 關(guān)鍵技術(shù)研究

4.1 數(shù)據(jù)底板構(gòu)建技術(shù)研究

數(shù)據(jù)底板構(gòu)建技術(shù)通過匯集整理相關(guān)基礎(chǔ)、地理空間、監(jiān)測、業(yè)務(wù)管理和跨行業(yè)共享數(shù)據(jù)，建設(shè)多維多尺度時空數(shù)據(jù)模型，將水利對象實體作為數(shù)據(jù)表達與分類組織的基本單元，以時空屬性為紐帶融合和重組各類數(shù)據(jù)，實現(xiàn)多級嵌套的時空數(shù)據(jù)底板[4]。在實施層面，以水利部L1級數(shù)據(jù)底板為基礎(chǔ)，根據(jù)黃河流域防汛會商工作需要，匯聚流域自然地理、干支流水系、水利工程、經(jīng)濟社會信息，對物理流域全要素數(shù)據(jù)化映射[5]，基于“黃河一張圖”構(gòu)建下游小花區(qū)間流域L2級數(shù)據(jù)底板，以小浪底水庫、東壩頭治河工程為試點開展L3級數(shù)據(jù)底板建設(shè)。系統(tǒng)數(shù)據(jù)底板構(gòu)建邏輯如圖3所示。

圖3 黃河防汛會商預(yù)演系統(tǒng)數(shù)據(jù)底板構(gòu)建邏輯Fig.3 Logic process of building up the database board of the Yellow River flood control consultation and emulation system

4.2 洪水預(yù)報技術(shù)研究

近年來，伴隨著系統(tǒng)科學(xué)的發(fā)展，洪水預(yù)報方法也逐漸從相關(guān)圖、謝爾曼單位線、馬斯京根法為代表的傳統(tǒng)方法過渡到系統(tǒng)與傳統(tǒng)方法相結(jié)合的不斷創(chuàng)新過程[6]。目前，開展洪水預(yù)報的方法主要分為基于機理的水文模型、基于機器學(xué)習(xí)算法的數(shù)據(jù)驅(qū)動模型和基于規(guī)則的預(yù)測模型。在黃河防汛會商預(yù)演系統(tǒng)中采用的洪水預(yù)報模型主要包括基于機理的水文模型和基于機器學(xué)習(xí)算法的數(shù)據(jù)驅(qū)動模型。其中，基于機理的水文模型采用流域降雨產(chǎn)匯流模型和馬斯京根流量演算等河道匯流模型?；跈C器學(xué)習(xí)方法的數(shù)據(jù)驅(qū)動模型采用基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)訓(xùn)練的河道洪水預(yù)測模型。

4.3 調(diào)度洪水實時演算算法

傳統(tǒng)洪水預(yù)報模型在處理水工程調(diào)度下游水文斷面洪水預(yù)報時，計算時間較長，無法滿足防汛會商實時性決策需要，針對此問題提出了調(diào)度洪水實時演算算法。算法包括以下步驟。

(1) 根據(jù)黃河中下游某重點水庫給定的調(diào)度過程，對該重點水庫工程以下至某重點水文斷面區(qū)間有關(guān)預(yù)報水文斷面進行預(yù)報，并將洪水預(yù)報過程結(jié)果進行預(yù)置存儲。水庫出庫至下游預(yù)報水文斷面采用逐斷面演算的方式，洪水演進模型采用馬斯京根河道流量演算模型。

(2) 在調(diào)度洪水實時演算時，先將預(yù)置給定的水庫出庫過程進行河道洪水演進計算，計算出在下游各預(yù)報水文斷面的洪水貢獻，并將其流量過程作為計算基準。

(3) 水庫出庫實時調(diào)整時，按照調(diào)整的出庫流量過程再次計算下游水文斷面的流量過程。

(4) 對水庫出庫流量調(diào)整前后步驟(2)和(3)中流量過程進行差值計算。

(5) 將水庫計算流量過程差值與對應(yīng)預(yù)報水文斷面的預(yù)置洪水預(yù)報過程進行疊加，進而計算出調(diào)整出庫流量后各預(yù)報水文斷面的計算流量過程。

4.4 規(guī)則引擎技術(shù)研究

規(guī)則引擎由規(guī)則庫、工作內(nèi)存和推理引擎三部分組成。規(guī)則庫是對系統(tǒng)業(yè)務(wù)規(guī)則的定義集合，儲存在關(guān)系型數(shù)據(jù)庫和XML文件中。進行規(guī)則應(yīng)用匹配時，在工作內(nèi)存中動態(tài)產(chǎn)生推理引擎定義的邏輯。工作內(nèi)存是規(guī)則引擎進行邏輯判定的生產(chǎn)環(huán)境，臨時存儲規(guī)則引擎產(chǎn)生匹配判斷和推理推演時所需的待處理數(shù)據(jù)、規(guī)則緩存數(shù)據(jù)和計算參數(shù)數(shù)據(jù)。推理引擎是規(guī)則引擎的核心部件，由模式匹配器、沖突處理器和執(zhí)行引擎3個部分組成。模式匹配器負責(zé)將規(guī)則庫中定義的規(guī)則與工作內(nèi)存中的待處理數(shù)據(jù)進行匹配和推理。沖突處理器負責(zé)處理模式匹配器上匹配的多個規(guī)則，按照對規(guī)則沖突時預(yù)先制定的執(zhí)行邏輯進行仲裁，并選取最優(yōu)化的匹配項。執(zhí)行引擎負責(zé)將待處理數(shù)據(jù)按照模式匹配器和沖突處理器匹配或推理的規(guī)則進行執(zhí)行，從而產(chǎn)生規(guī)則應(yīng)用后的結(jié)果。

黃河防汛會商預(yù)演系統(tǒng)在預(yù)警的工作環(huán)節(jié)，需要對黃河中下游流域氣象、水雨情等情況實時預(yù)警，對信息實時性要求較高。對于系統(tǒng)生產(chǎn)預(yù)警數(shù)據(jù)的需求，傳統(tǒng)處理方法通過開發(fā)語言編制與預(yù)警閾值，對比程序控制腳本來實現(xiàn)。規(guī)則引擎技術(shù)對比傳統(tǒng)開發(fā)技術(shù)，具備預(yù)警規(guī)則易于維護、實時處理能力強的特點。通過利用規(guī)則引擎對洪水預(yù)警規(guī)則進行系統(tǒng)化定義，根據(jù)系統(tǒng)重要水文斷面(水位、流量)、水庫(庫水位)動態(tài)的預(yù)報數(shù)值，可實時自動產(chǎn)生重要水文斷面、水庫等水情預(yù)警信息。黃河防汛會商預(yù)演系統(tǒng)效果見圖4。

圖4 黃河防汛會商預(yù)演系統(tǒng)效果Fig.4 Design sketch of the Yellow River flood controlcon sultation and emulation system

5 系統(tǒng)建設(shè)成效

系統(tǒng)嚴格落實黃委黨組工作要求，針對黃河防汛會商工作，基于水利部數(shù)字孿生流域技術(shù)框架，聚焦黃河流域中下游區(qū)域，對水雨工險情進行監(jiān)測預(yù)警，對洪水預(yù)報、水工程調(diào)度方案、洪水演進和洪水風(fēng)險情況進行計算機仿真預(yù)演，對洪水實況、歷史洪水和預(yù)報結(jié)果進行分析展示。系統(tǒng)按照水利部“四預(yù)”的工作要求對黃委防汛會商工作進行了系統(tǒng)化的分析、組織和梳理，集成了流域監(jiān)測、預(yù)警、預(yù)報、調(diào)度、演進、淹沒、工程基礎(chǔ)、遙感、視頻等各類防汛相關(guān)基礎(chǔ)、空間、監(jiān)測及業(yè)務(wù)信息，為黃委防汛會商工作提供了可靠的信息化支撐工具。系統(tǒng)數(shù)據(jù)內(nèi)容豐富，對比原有防汛會商相關(guān)應(yīng)用，具有較強的數(shù)據(jù)資料查詢能力。系統(tǒng)中流域數(shù)據(jù)底板匯聚了各類預(yù)報、預(yù)警、預(yù)演、預(yù)案相關(guān)數(shù)據(jù)資源。系統(tǒng)應(yīng)用場景明確，功能實用，聚焦黃河中下游流域，達到了“四預(yù)”工作目標，貼合當前黃委防汛會商工作實際需求。

系統(tǒng)已于2022年4月上線試運行，6月底正式上線運行，目前是汛期黃委防汛會商工作的核心應(yīng)用。系統(tǒng)試運行以來，運行穩(wěn)定，實現(xiàn)了水雨情監(jiān)視、水庫調(diào)度方案、水雨情預(yù)報分析、數(shù)學(xué)模型計算、洪水演進情況等的在線查看，支撐了調(diào)度方案研判、工作安排部署、調(diào)度指令簽發(fā)等各項會商調(diào)度工作全流程數(shù)字化辦公，解決了以往會商中不同信息在不同業(yè)務(wù)系統(tǒng)間反復(fù)切換、數(shù)據(jù)資料不全、調(diào)度預(yù)案無法動態(tài)調(diào)算對比、洪水演進過程無法形象化展現(xiàn)等問題。系統(tǒng)投入使用后，有力支撐了2022年黃河防御大洪水調(diào)度演練和汛期黃委防汛會商工作，黃委防汛會商工作效率顯著提升。

6 總結(jié)與展望

習(xí)近平主席在黃河流域生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展座談會上指出“黃河流域生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展是重大國家戰(zhàn)略”[7]。“黃河平，天下寧”，黃河水旱災(zāi)害安全防御工作是黃河高質(zhì)量發(fā)展的基礎(chǔ)。當前，中國經(jīng)濟社會發(fā)展已邁入新時代，對做好水旱災(zāi)害防御工作、保障防洪和供水安全提出了新的更高要求。隨著時代發(fā)展、科技進步，水旱災(zāi)害防御離不開現(xiàn)代化和信息化的支撐[8]。對于水旱災(zāi)害防御工作，“智慧黃河規(guī)劃”中明確要求整合已有資源，提升數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化水平，著力提升“四預(yù)”能力。黃河防汛會商預(yù)演系統(tǒng)作為2022年黃委重點督查督辦建設(shè)任務(wù)，是水利部信息化“四預(yù)”總體工作要求在黃委的典型應(yīng)用。系統(tǒng)服務(wù)于黃河汛期防汛會商工作，針對黃河防汛會商工作重點環(huán)節(jié)，可提供具備“預(yù)警、預(yù)報、預(yù)演、預(yù)案”功能的綜合性會商決策支撐，進一步提升黃委水旱災(zāi)害防御現(xiàn)代化會商和管理工作能力。

本文探討了水利信息化“四預(yù)”工作目標，提出了黃河防汛會商預(yù)演系統(tǒng)的建設(shè)任務(wù)。設(shè)計了系統(tǒng)總體框架，重點分析了黃河中下游河道來水預(yù)報、工程調(diào)度與洪水演進過程進行預(yù)演工作的邏輯和業(yè)務(wù)流程，詳細討論了系統(tǒng)在構(gòu)建過程中存在的業(yè)務(wù)難點和技術(shù)解決方案，對相關(guān)數(shù)字孿生流域及“四預(yù)”信息化應(yīng)用開發(fā)建設(shè)具有一定參考意義。

數(shù)字孿生流域及具備“四預(yù)”功能的信息化系統(tǒng)建設(shè)是龐大的水利行業(yè)性工程，涉及人工智能、大數(shù)據(jù)分析、5G、三維、BIM等多類高新尖信息化技術(shù)，對比傳統(tǒng)水利信息化工程，具有建設(shè)及推廣應(yīng)用周期相對較長的特點。黃河防汛會商預(yù)演系統(tǒng)作為黃委“智慧水利”和“數(shù)字孿生流域”建設(shè)的先試先行任務(wù)，建設(shè)周期短、開發(fā)任務(wù)量大，配套管理機制后續(xù)需要不斷完善。按照水利部“需求牽引，應(yīng)用至上”的信息化系統(tǒng)建設(shè)要求，系統(tǒng)的實用性至關(guān)重要。為此，后續(xù)工作將緊密圍繞水利部智慧水利和數(shù)字孿生流域建設(shè)總體要求，根據(jù)當前黃委防汛會商工作實際需要，在實用性上多加研究。根據(jù)系統(tǒng)應(yīng)用情況進一步完善系統(tǒng)數(shù)據(jù)和功能短板，補充完善下游重點防洪工程偎水情況等成果，完善工情險情、淤地壩、水庫基礎(chǔ)信息等數(shù)據(jù)，優(yōu)化水工程調(diào)度模型算法計算效率，不斷優(yōu)化系統(tǒng)“四預(yù)”功能，真正讓系統(tǒng)做到實用、好用。