数字孪生助力黄河治理：构建智慧黄河新图景
奔腾不息的黄河，孕育了中华文明的灿烂辉煌，承载了中华民族的生生不息。然而，随着气候变化和人类活动的增多，黄河面临的治理挑战日益严峻。大河奔腾生生不息，科技的活水澎湃成潮。在信息技术日益迭代的今天，智慧的手段也为母亲河—黄河的保护与治理带来了新的可能。一场基于高质量发展总目标的“数字孪生黄河”建设新征程已然开启，火热的实践正一幕幕上演，技术与自然环境深度融合，为黄河的可持续管理提供了前所未有的新视角和方法，开启了治理和保护这条古老河流的新篇章。
数字孪生：构建虚拟“平行宇宙”
数字孪生（Digital Twin）是指利用物理实体的信息创建其虚拟副本，通过实时数据传输实现虚拟实体与物理实体的同步感知、分析和预测。黄河的“数字孪生”项目起始于2001年，目标是构建一个集自然、经济、社会等要素于一体的数字集成平台。此平台不仅包括地理信息、水文数据，还整合了经济活动和社会状况，形成一个全方位的黄河虚拟环境。这一平台的核心是其智能高效的监测感知网络，该网络通过地面监控系统、巡查预警机器人、水位传感器等设备，实时收集黄河的动态数据，为决策提供精确的支持。
全景感知黄河流域
数字孪生技术可以构建黄河流域的三维虚拟模型，直观展现黄河流域的地理地貌、水文特征、生态环境等信息，实现对流域的全面感知。目前，我国部分地区已经利用数字孪生技术构建了“一河一图”，将黄河干流、支流、河网、水库、水利工程等要素纳入其中，实现对黄河全流域的实时监测和动态管理。通过数字孪生技术方式，河务管理部门能够基于虚拟黄河模型进行模拟仿真，推演不同自然条件和人为活动下黄河流域的变化情况，预演洪水、泥沙、水旱灾害等风险事件，为防灾减灾提供科学依据。利用数字孪生技术构建洪水预警模型，能够准确预测洪水发生的时间、地点和强度，为洪水防治工作提供了有力支撑。
2023年汛期，黄委水利科学研究院利用数字孪生技术研发的“黄河中下游防汛会商预演系统”发挥了重要作用。该系统能够清晰呈现和预演雨量预报、洪水预报预警、水库调度及工程险情等内容，为黄委防汛指挥决策提供了实时、准确的信息支撑。在该系统的辅助下，黄委成功应对2023年第5号台风强降雨防御等工作，有效减轻了洪水灾害损失。
甘肃省数字孪生引洮供水生产调度平台
此外，数字孪生技术可以为黄河治理决策提供精准的数据支撑和分析研判，辅助决策者制定科学的水资源管理方案。黄委河湖局利用数字孪生技术构建的“黄河水资源管理与节约保护系统”实现了对黄河水资源的实时监测、调度和管理，“河湖管理保护系统”则能够对黄河流域直管河段河湖的动态监管。系统整合了水行政执法专项行动信息、河湖监测台账、采砂管理等功能，能够实时发现河湖“四乱”问题，并迅速启动执法流程，有效维护了河湖生态环境。
2022-2023调度年，黄河可供水量偏少40亿立方米，但水资源利用质效却并未受到影响，这与数字孪生水资源管理系统的应用密不可分。可以说，数字孪生技术已经切实推动了黄河治理业务的数字化转型升级，提高治理效能。
汛前黄河调水调沙
数字孪生技术为黄河治理提供了全新的思路和方法，为实现“让黄河成为造福人民的幸福河”的目标注入了新的活力。未来，我国黄河治理工作将继续勇立数字化发展潮头，抢抓水利高质量发展机遇，让数字孪生黄河建设在不断满足黄河流域生态保护和高质量发展的方向上步履不停、一路向前。
（作者：中科院西北生态环境资源研究院 陈松丛，张哲瑞，刘巍）