Page 8 - 2023年第54卷第10期

（２）数字孪生丹江口工程在充分利用已有信息化建设基础设施和数据整合等基础上，面向防洪兴
利、枢纽管理、生产运营、库区智慧巡查监管、综合决策支持等业务需求，开展数据底板、工程安全
评估、水质模拟预测及突发污染事件模拟等模型及业务应用建设，并充分融合与响应数字孪生汉江流
域管理调度成果，实现提升工程管理决策支持能力，并推动工程孪生体与数字孪生流域的深度融合。
（ ３）数字孪生江垭、皂市工程围绕江垭水库、皂市水库的工程安全、防洪发电、生产运营、库区
管理等业务需求进行相应的算据、算法和业务应用建设，在实现提升工程管理能力和水平的同时，探
索数字孪生流域与工程孪生体融合路径，特别是结合江垭、皂市工程管理调度实际，探索不同层级
（流域机构、省人民政府水行政主管部门、工程管理单位）共建共享数字孪生流域和工程的实现路径。

３ 关键技术难点分析与解决方案

随着试点工作开展的深入推进，本文聚焦智慧长江建设过程中遇到的突出问题，重点围绕模型平台、
知识平台、业务应用建设以及新老系统衔接与融合等关键技术难点进行了分析，并探索提出了解决思路。
３．１ 模型平台 模型平台是数字孪生流域构建的核心技术，也一直是流域水管理决策支持技术的关
键。国内外的多家研发机构或单位，经过多年的研究已形成系列化、产品化、平台化的模型基础。丹
麦水力研究所提供的 ＭＩＫＥ ＋ 模型管理平台与荷兰 Ｄｅｌｔａｒｅｓ开发的 Ｄｅｌｆｔ － ＦＥＷＳ模型管理平台，作为目前
国外最具有代表性、最为先进的水利模型平台，技术与品牌优势明显，但在推广应用过程中仍存在一
定问题，其中，ＭＩＫＥ ＋ 模型平台管理的多为 ＤＨＩ开发的模型，不方便其他非 ＭＩＫＥ系列模型的集成应
用；Ｄｅｌｆｔ － ＦＥＷＳ在模型集成与调用方面更为开放，但对于调用的模型精度等表现则依赖于模型开发
者。相较于国外，国内专业计算模型在理论技术上并不逊色，但也仍然存在模型通用性不足、模拟精
度提升有限、多种类模型配置技术缺失等突出问题，一定程度上影响了模型精度提升和实用价值。
（ １）通过制定模型标准提升模型通用性和复用性。由于缺乏统一的标准，大部分现有模型接口结
构多样、输入输出格式不同，且由于程序与水利对象、数据强耦合，模型只能供具体某一水利对象使
用而不能迁移至其他同类型水利对象上使用，通用性不足、可复用性与可推广性较差，不能满足数字
孪生流域（工程）共建共享的要求。此外，大部分系统的定制化开发使得模型参数变化都需要修改模型
程序，降低了模型优化效率，增加了模型维护成本。
因此，研究聚焦通用模型的开发，将模型实现与参数进行分离、与对象进行解耦，所有的计算边
界都通过 外 部 传 入，保 障 模 型 本 身 的 通 用 性。模 型 输 入 和 输 出 格 式 均 采 用 轻 量 级 数 据 交 互 格 式
ＪａｖａＳｃｒｉｐｔＯｂｊｅｃｔＮｏｔａｔｉｏｎ（ＪＳＯＮ），数据均采用 “字段：值” 的方式进行组织，后期增加输入边界或修
改参数值均不影响接口的结构；模型封装规范约定模型的接口形式，保持模型的一致性，使采用不同
开发手段的模型都能够用统一方法调用。
通用模型的调用通过模型输入输出来实现：模型输入包含模型实现需要的所有数据项和数据格式
定义，包括边界条件、模型参数、地理空间数据等，不同模型所需的输入不同，应单独定义，例如水
文预报模型需要的输入包括降雨资料、产流参数、汇流参数等，防洪工程联合运用调度模型需要的输
入包括径流资料、防洪工程特征信息等。模型输出包括模型实现计算后得到的结果，例如防洪工程联
合运用调度模型的输出主要包含水库调度过程、各目标控制站调度后的水位和流量过程等。模型实现
只做具体算法，包含数据的存储和管理。
这种通用模型的构建和调用方式解决了 ＭＩＫＥ ＋ 和 Ｄｅｌｆｔ － ＦＥＷＳ两种平台的劣势，即，既可以集成
平台自有的、经过检验和论证认可的精度时效性等较好的模型，也方便其他模型开发者上传自己开发
的模型并进行调用。数字孪生长江平台采用的模型库建设及调用总体架构如图 ２所示。
（ ２）机理模型与数据驱动方法结合提升模型精度。流域水文模型是流域内降雨径流关系的数学定
量表达，而稳定的降雨径流关系是水文模型径流预报成果可靠性的重要保障。近半个世纪以来，随着
全球气候的显著变化以及人类活动的日益剧烈，流域下垫面条件发生了不同程度的变化，这些变化直
接或间接影响了流域内的水文循环过程。在变化环境这一大背景下，流域内的降水 － 径流关系可能呈

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