福州溪源溪小流域（溪源水库）数字孪生建设项目技术规范书 1 福州溪源溪小流域（溪源水库）数字孪生建设项目 技术规范书 福州市水利局 二〇二三年一月 目 录 第 1 章 总则........................................................................................................... ................................................................................... 21 福州溪源溪小流域（溪源水库）数字孪生建设项目技术规范书 3 3.8 系统安全设计...................................................................... ...........................................40 第 1 章 总则 1.1 概述 本文件是福州市水利局（以下简称买方）为拟建的“福州溪源溪小流域（溪源水库） 数字孪生建设项目” （以下简称本项目）向提供软硬件开发服务的供应商（以下简称卖方） 提出的整体技术要求，作为双方合同签订的技术附件。 卖方负责本项目投入正常运行的自始至终全过程，包括对本文件要求的所有系统及

不仅可以提高灌区 工作人员的工作条件，还可以为灌区培养人才、留住人才、壮大人员 队伍提供基本条件。 （ 3 ）水位信息自动监测：灌区一直还在使用人工观察水尺的方式进 行水位信息的观测，并且定期要将水库的水位信息上报到直属的灌片 管理站，在灌溉季节根据库区的水位来进行相应的配水调度。人工观 测水尺查看水位的方式比较原始而且观察的水位信息误差较大，同时 造成人力资源的浪费，在恶劣的天气下还会存在人员的伤害隐患。 ）流量信息（用水量）自动监测：灌区是一个以农业生产为主的 灌区，但是近几年来随着产业结构调整，农业体系与作物种植类型变 化较大，不同作物的灌溉定额区别较大，逐步改变传统的灌溉方式的 同时，进行水库出水流量的监测尤为重要，这关系到水库实际的放水 情况，同时也是水资源监控能力重要监测内容之一。通过进行流量的 监测，可以准确的了解到企业和农民的用水情况，为灌区的用水量调 度、征收水费提供有力的数据支持。 功能需求分析 概况数据的输入、修改、查询等功能。通过图形实时模拟显示计算成 果 , 提高系统管理操作的直观性和可视性。 10 建设目标 - 近期目标 （ 3 ）重要分水口的自动启闭及量测水的远程控制。通过在灌区水库 水源出水口闸门的自动化改造，实现总闸的自动启闭、自动放水、自 动量水，干渠重要分水口闸门的自动启闭及量测水。 （ 4 ）通过对泵站出水管道的流量监测、压力监测和高位水池水位的 自动监测来实

息化总体框架初步形成 ， 为数字孪生漳河建设发展提供了坚实的基础。 数字孪生是实现智慧漳河的基础和重要手段 P9 漳河局依托于国家重点推进的 150 项重大水利工程之一的漳河 灌 区现代化改造及漳河水库除险加固工程项目 ，抢抓机遇、 统筹谋划 ， 围绕 “洪水来了怎么办、 一库清水怎么用、 工程安全怎么保、 标准 化管理怎么做” 四大核心任务 ，补充升级完善基础设施 ，搭建数字孪 生漳河平台 端协同”的 “ 1 +1 +N+3” 数字孪生漳河体系架构 ，实现 了防洪管理、 水资源调度、 大坝安全监测 “ 四预”及工程标准化管理 的智能化 ，打造国内首批数字孪生灌区试点示范区 ，夯实了现代化 水库运行管理矩阵建设 “ 四全” “ 四制” “ 四预” “ 四管”基础。 需求调研 设计开发 功能测试 上线试运行 年 9 2024 年 6 月 P10 现代化水库运行管理矩阵结合 水库运行管理实际 ，对水库 管理的方方面面进行了立体式 的设计 ， 同时跳出水库管理 看水库管理 ，从防洪安全、 工程安全、库区安全、 全生 命周期管理等多角度、 多视 野提出了建设任务 ， 既有着 眼全局的顶层设计 ，也有对 重点关键环节的细部关注。 现代化水库运行管理矩阵建设顶层框架设计 P11 信息化基础设施

智 能 识 别 模 型 六 GISTC P30 数字孪生水利案例经验分享 P31 瓯江是浙江的第二大江，流经丽水、温州等市，干流全长 388 公里。本项目选取了瓯江干 流 玉溪梯级水库 - 开潭电站试点区域，规划总面积 371.7 公顷，两岸环线周长约 116 公里。 从地形地势中也可以看出丽水属于群山环绕的一个地势，试点区域位于丽水城区，两岸人口 比较多，假如发生汛情灾害，人民群众及经济影响都是非常严重。 观的分析出”实测降雨在哪里“。 实时监控河道站、水库站等水工程监测信息，结 合警戒水位 ( 流量 ) 、汛限水位等特征指标，实现 对 流域一干流一支 流一 断面多层次监控，清晰感知”洪 水在哪里“。 · 水库水情： 基于水库站 IOT 物联感知设 备 数据，图 属联动实时监控各水库现状风险，分析大中小水库 蓄 水 率，动态感知病险水库与病险山塘状态。 · 断面水情：实现对重点河道断面实时监控分析，结 库工情实时监测数据， 及时掌握流域重点水库工情信息，畅通一线信息直达 决策中心通道。 · 实 时 监 测：监控水利工程立面详情感知信息，结合 水库特征水位动态比对， 关联研判分析水库的实时 下泄流量、入库流量、蓄 水 量等信息。 · 工程信息： 概况分析流域重点水利工程的基本信息， 了解水库的基本工程概况、基础质量信息以及控运 计划，辅助水库工程调度决策。 用曲 短临降雨预警实时快速警示

罐区引水、输水、配水、排水 等数据 前端监测 — 水雨情监测站 水雨情监测站主要实现水情、雨情全过程的远程自动采集、拍照监视，实时记录河道、水库、渠 道水位的动态变化过程。系统根据监测 水位及警戒水位、汛限水位，时段降雨量、日累计降雨量 实现声音、颜色、短信的防汛排洪预警功能。实现河道、渠道、水库及闸门等工程现场情况水雨 情实时照片的采集，及时方便的了解工程安全运行情况。通过对监测的水情、雨情数据进行分析， 为 产品特点： u 波束角小，能量集中，具有更强抗干扰能力 , 大大提高了测量精度和可靠性天线尺寸小，便于安装和加防尘罩等天线防护装置 u 重量较轻约 1KG ，便于安装测量范围大，覆盖大型水库等水位测量 u 多种输出电路接口与采集系统配合采用脉冲工作方式，雷达水位计发射功率极低，对人体及环境均无伤害 量水堰计 产品特点： u 设备供电方式灵活，接线方法多种且极为方便，可满足各种测量、控制、检测的要求； 案例 1 ：广东省水库安全监测平台 广东省小型水库安全提升工程建设，与广州水科院合作正在进行方案的详细设计编制以及相关部分系统功能建设 工作，主要包括数据接收、数字孪生、无人机三维建模、基于 loRA 的小型水库边缘计算模块研发等工作。 相关案例 案例 2 ：荔浦市小型水库雨水情与水库大坝安全监测项目 广西荔浦市水文局小型水库雨水情与水库大坝安全监测项目是广西第 一批水库监测系统，主要实施

，模型构建了分布式的深度学习预报模型进行滚动预 报，最大程度控制误差； 模型输入： 前 24h 降雨与边界流量 / 水位 ，未来 72h 的气象网格降雨预报结果； 模型输出： 四条支流关键断面 ， 以及丽水站、 开潭水库未来 72h 的流量 / 水位。 技术成果： 提高模拟精 度 P17 适用性强： 与其他神经网络模型相比 ，模型结构适用于雨水 情时间序列特征数据； 精度较高： 典型暴雨场景下 ，模型 产汇流机制约束的深度学习洪水预报模 型 技术成果： 提高模拟精 度 P18 在各类规划规程调度的基础上 ，根据工程调度的需求 ，在流域水利工 程 调度拓扑关系图上 ，针对调度对象和目标 ，可进一步优化水库水闸的 调度方式 不同控制单元 P19 各种水力特性单元开展数值模拟 ， 完整反应洪水调度的物理过程 技术成果： 提高模拟精 度 调度模型精细化模 拟 水工程控制方式 分段模式控制 网拓扑结构等基础信息 ，确定工 程 调度模型范围 ，以拖拽、链接等绘制或自动生成等方式 ，通过组件的组合和链接 ，形成流域或区域的水 系程拓扑关系图 ，为后续通用调度模型的构建提供数据底板。 水库 水闸 控制断面 技术成果： 提升建模效 率 水系与工程拓扑关系解析与自动生 成 新建流域水系和工程拓扑关系 拓扑关系自动化生成

目标任务—任务 三 设 ( 五 ) 数字孪生水利工 程 按照 “重点提升、 同步 新 建 ”的 原 则 进 行 建 设 ， “十四五”期间主要建设： 123 个重点水库， 98 个 行蓄滞洪区， 140 个重点水 闸， 48 个大中型灌区工程， 47 个其他重点水利工程等。 目标任务—任务 三 ( 六 ) 2 +N 业务应用 实现 “ 2+N” 泥沙分析等专业模型， 及动态可视化模型等方面进行突破。 一是研究流域自然规律， 对降雨 - 产流 - 汇流 - 演进全过程洪水形成演变规律， 河道泥沙演变趋 势及 江湖关系变化机理， 水库群及引调水工程泥沙冲淤规律， 以及大坝渗流及变形的发展规律等进行研究， 研发机理分析模型。努力打造通用的水利专业工程软件包， 用于流域防洪、供水调度、工程安全、泥 沙分析等专业， 同时研发适用于各流域特点的实用模型。 知识平台尚处于 起 步阶段， 无成功经验可以 借鉴。 3. 算法方面 ( 知识平台 ) 难点 预警时间不够长、 精准不够、 覆盖不广、 发布渠 道不畅。 制定中小河流、 中小水库洪水预警指标以及江 河湖库干旱预警指标； 加强北方地区以及局地暴雨 区 “以测补报”预警应用， 推广雷达短临暴雨预警 应 用； 推动通过三大 “运营商”发布水情预警，

务 管 理 平 台 1. 共性需求（ GBMP 统一业务管理平台） 客户端专题 3 ：河湖长制管理（生态水质监控） 客户端专题 5 ：水务工程（城乡供水、 排水管理） 客户端专题 8 ：智慧水库（水文、 大坝、 水质等） 客户端专题 4 ：水利工程管理（基础水工信息） 客户端专题 6 ：智慧灌区（渠道量水、 调水测控） 客户端专题 7 ： 灾害应急管理（水污染、 排涝等） 客户端专题 物联测控 系统 数智孪生 系统 目录 P17 中碧 科技 032-1. GDP+ 全参数水信息测控站（成套装备） 村镇排水、水质遥测站 农饮供水管网遥测站 流域地质灾害遥测站 水库大坝监测站 闸泵遥测遥控站 水文遥测站 P18 AFMM 测流模型：建模工具、参数率定、嵌入引擎 3-2. 超宽河道自动测流站（站端嵌入式模型） V 垂线平均流 速 V 垂线表面流 速 P19 目录 P24 中碧 科技 4-1. 水信息安全监测系统设计方案（技术理念） 高弹性、高成熟度产品支撑的中碧 GDP+GBMP“ 统一平台”方案。 P25 建设目标 将大渡河水信息的全部水库、 水文 站、 地质灾害控制点等站网的水情工情数据集 中采集处理，实现 一数一源、一数一责、跨 部委涉水数据共享 " 要求。 集成专业的大坝监测传感器、 单北斗

核心的应用领域之一。在火力发电厂中，通过安装大量 的传感器和数据采集设备，可以实时监测炉膛温度、压 力、流量等关键参数，从而确保燃烧过程的稳定性和经 济性。在水力发电厂，智慧电厂技术可以实时监测水库 水位、流量以及发电机组的运行状态，以实现最优的水 力发电效率。对于核电厂，智慧电厂技术更是关乎安全 的重要一环，它可以实时监测反应堆的运行状态，及时 发现并处理潜在的安全隐患。（2）能源管理与优化也是 存在着诸多安全隐患，如设备故障、操作失误等。智慧 电厂通过全面的监测系统和智能化的预警机制，可以及 时发现并处理这些安全隐患，确保电力生产的安全稳定 进行。例如，在水电厂中，智慧电厂技术能够实时监控 水库的水位和发电机组的运行状态。一旦发现水位异常 或发电机故障，系统会立刻启动报警程序，提醒工作人 员进行必要的检查和维修，确保电厂安全稳定运行 [2]。 3��智慧电厂的发展趋势 3.1 人工智能技术的深入应用 动下，智慧水电站将持续优化水资源利用和生态流量管 理，以最小化对河流生态的影响；这涵盖了对水能的合 理开发、保证下游生态用水、减少河道淤积等方面的考 量。（2）在实践中，智慧水电站会运用先进的水资源管 理技术，比如优化水库调度、提高水轮机效率等，以实 现水资源的最大化利用。智慧水电站还会借助智能化监 控系统，实时监测和调整电站的运行参数，确保水力发 电的效率和生态可持续性达到最佳平衡。（3）在水电、 风电、光

400~1000mm 年降水量 超过 1000mm 一、灌区及其现代化概述 - 现代化灌区定 义 01 03 02 04 用来输送水资源以满足 分为 干、支、斗、农、毛 从河流、水库等水源取水而修建 在取水地段的水工建筑物综合体， 如引水闸、泵站等 将田间回归水通过各级排水沟 排出的农田水利设施 ，主要有 田间排水沟、排水支沟、 干沟 控制闸门 • 来水用水分析 ，复核水源工程规模及灌溉设计保证 率 • 将生态用水纳入水源工程供水范围 • 多水源联合调度 • 雨洪资源与非常规水源利用 • 库区清淤、库区安全防护、水库防渗补漏 • 输（泄）水建筑物改造、新建（改建）泵站工程、 • 更新金属结构及机电设备、管理站改造 • 新建水源工程设施、合理调整取水口位置或取水高程 • 布设灌溉水源水质监测站点 况、灌区农情、 灌 溉进度、灌区输配水网络等生成灌溉调度方案 ， 下达调度指令 ， 实施灌溉调度。 01 综合监视预警 基于灌区一张图了解 灌区雨情、河道 / 渠 系 / 水库水情、 农情 以及闸门、泵站等工 程运行实况及预警信 息 ，总体掌握灌区态 势 ， 为灌溉水量调度 及水资源合理配置提 供基础信息。 三、一体化解决方案——技术措施 - 信息 化