当今，数字孪生技术正在改变全球水利基础设施的运行管理模式。为应对气候变化和极端天气事件给水资源管理带来的挑战，各国研究人员正在利用实时数据、人工智能预测和虚拟模型提高水资源管理效率、可靠性和可持续性。从韩国和美国开展的智能流域建设项目中可以看出，数字孪生技术在为水利领域更智能的决策、更高的安全性寻找解决方案。
韩国水资源公社
努力实现数据驱动型流域管理
气候变化和极端降雨增加了水坝和下游河流运行的复杂性，促使人们关注更加科学和智能的数据驱动型流域管理。根据韩国水资源公社研究院的研究报告，与许多其他领域一样，水资源管理领域正在经历一波重大的数字化创新浪潮。尽管水资源管理领域已经尝试利用了尖端数字技术，探索建设更高效、更智能的水资源管理平台，但韩国水资源公社研究院的研究人员指出，很少有人尝试在整个水坝和流域应用数字孪生技术，以实现全面的数字化水资源管理和数据驱动的水资源决策。
韩国水资源公社研究院研发了创新型数字孪生水坝和流域管理平台，2021年5月设计，2022年12月完工，2023年4月起供韩国水资源公社的客户使用。该平台是一个基于地理信息系统的涵盖韩国汉江流域及水坝数据的数字孪生模型，覆盖4913平方公里流域面积、173公里河流和91个水利基础设施，旨在利用实时数据和模型支持洪水响应和水资源管理决策。
根据韩国水资源公社研究院的报告，数字孪生技术在智能水资源管理方面的发展方向如下：一是实现地理空间信息和数据分析结果的三维可视化，更易于用户理解和决策；二是直接获取数字化信息，无需复杂的推理分析过程；三是易操作性，让用户能够在实际工作中持续、方便地使用；四是实时同步提供相关数据，提高工作效率；五是为用户提供高价值信息，支撑快速可靠的决策。
美国多个国家实验室
研发水电站数字孪生平台
“水电站的设施就像雪花一样，由于个性化构造和多年不断的升级改造，每个涡轮机都是独一无二的?！泵拦窖笪鞅惫沂笛槭腋呒豆こ淌δ谏じダ吵顾?，数字孪生解决方案有助于应对水电站设施运行维护面临的挑战。
2023年美国太平洋西北国家实验室研发了“水电系统数字孪生平台”，以减少涡轮机?；⒀映に缯镜氖褂檬倜Ｋ孀?024年9月平台更新完成，现在水电站运营商可以及时识别并解决降低涡轮机效率的问题，例如应对意外的电力需求或极端的水位变化。
美国太平洋西北国家实验室首席研究员希特拉·斯瓦拉曼说：“不同的水电站需要不同的策略。水电系统数字孪生平台具有拓展功能，可以适应不同的设施、数据和模型。水电站运营商可以定制数字孪生模型，以适应每个水电站的独特性?！?/div>
此外，数字孪生平台还解决了另一个难题。美国太平洋西北国家实验室电气和自动化系统工程师、数字孪生项目技术负责人斯科特瓦尼克说：“美国水坝的平均年龄约60岁，这意味着每台涡轮机都有几代员工操作过。随着经验丰富员工的退休，运行维护经验和知识不可避免地流失。水电系统数字孪生平台可以完整记录水电站的全部更新改造信息，从而传递经验并帮助新入职员工作出决策。同时，数字孪生解决方案有助于水电站运营商模拟低流量、低水位等不同场景，并预测未来的维护需求?！?/div>
美国橡树岭国家实验室采用了华盛顿州尼斯夸利河奥尔德水电站的实时数据，开展了奥尔德水电站数字孪生平台的建?？⒐ぷ?。在奥尔德水电站数字孪生平台的1.0版本中，水电站运营商只能观察正?；蛟て诘钠蛱跫绾斡跋焖缯镜幕挡考Ｔ?.0版本中，运营商享有更多的操作和控制权限，可以根据天气、干旱、能源需求等因素及时调整水位、流速和涡轮机转速。由于平台能够模拟正常条件和更高或更低的流量，因此运营商可以在潜在问题出现之前及时识别并解决。
随着美国电网利用更多的风能和太阳能，美国水电系统必须提高适应性和应急响应性，以保障稳定的电力供应。借助数字孪生技术，水电站运营商可以模拟和监测现实世界的电力需求波动。美国橡树岭国家实验室首席研究员王宏表示：“数字孪生平台为水电系统数字化铺平了道路，为运营商模拟和优化电网运行提供了关键工具?！贝送?，该团队还与华盛顿州切兰县公用事业局合作，收集分析洛基河水坝多年的运行数据，以开发洛基河水电站数字孪生平台。与奥尔德水电站数字孪生平台一样，洛基河水电站数字孪生平台可为水电站运营商提升运行监测分析、预测性维护和优化电力生产的能力。此外，数字孪生平台有助于将水电站实际运行中的风险降至最低，例如甩负荷、超速测试、机组启动或停止阶段的振动等。该团队计划进一步扩大数字孪生平台的应用范围，解决更广泛的水电站运行维护问题。
来源：水利部官网 作者单位：水利部国际经济技术合作交流中心
