水利部在浙江杭州召开
数字孪生水利体系建设工作现场会
部长李国英强调
必须把垂直模型特别是机理模型
作为数字孪生水利体系建设核心
数字孪生水利体系建设现场会
在人工智能大模型迅猛发展的当下
垂直模型、机理模型是什么？
为何如此重要？
下一步又该如何推动攻关？
为此我们采访了
水利部信息中心副主任夏润亮
一起来专门解读
垂直模型、机理模型是什么？
数学模型按应用层级可分为
通用模型、行业模型和垂直模型
通用模型
适用于各行业领域共性需求
比如，基于人工智能的语言、
视频、图像识别等模型
行业模型
适用于行业综合性需求、解决基本问题
如金融、医疗、法律等行业模型
垂直模型
往往针对单一细分领域或特定应用场景
适用于解决领域内复杂业务问题
也就是数字孪生水利体系建设中的
水利专业模型
包括产汇流水文模型、
洪水演进水动力学模型、
泥沙动力学模型、地下水运动模型等
垂直模型
按建模方式又可分为
基于机理揭示和规律把握的机理模型
基于数理统计和数据挖掘的统计模型
以及两种模型
相互嵌入、系统融合的混合模型
垂直模型、机理模型，为何如此重要？
数学模型
是数字孪生水利的内核与引擎
构建水利物理对象的数字场景
可以让数字孪生水利体系“看得见”
但是“只有能看的数字场景是远远不够”的
要提升“四预”能力、真正解决实际问题
一定要能在数字化场景中
考虑各种极端条件
开展多方案的计算模拟
动态优选出最优解
垂直模型特别是机理模型
就是实现这一能力的关键
2021年8月下旬至10月，黄河发生新中国成立以来最严重秋汛。图为干支流水库精准调度模型结构图
机理模型
根据水文、水动力水利工程等业务机理
（如质量守恒、能量守恒、动量守恒等）
用精确的数学语言
（如圣维南方程组、纳维-斯托克斯方程、地下水运动方程等）
对这些物理定律进行描述和表达
通过准确刻画
降雨—产汇流—水库调度—河道演进过程
准确刻画水资源需求—供给过程
准确刻画不同工程条件下
结构、应力、渗流、形变等过程
再通过接入监测感知数据
动态地设置参数和计算边界
就可以让数字孪生体
按照水利业务真实的机理和规律计算运行
不仅能同步映射现实
而且能复盘反演历史、预测推演未来
比如
2024年汛期，水利部运用
水文预报、水动力学等水利机理模型
超前准确预报大江大河26次编号洪水
提前2天预报北江发生超50年一遇特大洪水
如何深化攻关垂直模型研发？
后续
水利部门还将持续在模型方面
深化攻关、强化应用
在模型研发方面
把握建构“高保真”数学模型要求
对模型机理做到
知其然、知其所以然、知其所以必然
持续推动垂直模型研发与应用
如“云一雨”降雨预报模型、
分布式水文模型、
高含沙洪水演进水动力模型等
加强与“天空地水工”一体化监测感知系统融合
将水利专业模型研究相关项目
纳入水利部重大科技项目计划管理
结合国家重点研发计划项目
持续攻关模型研发
在平台迭代方面
充分利用水利一张图等
打造可集成复用的模型平台
让各家研发的同类垂直模型
在统一平台下实现同场竞技
推动第二批水利专业模型评价工作
进一步促进模型实战实效
在支撑应用方面
强化“正向—逆向—正向”推演功能
完善各类垂直模型构建、验收以及评价标准
基于历史和实时典型数据
加强模型功能验证
评估模型结果准确性
广东清远北江飞来峡水利枢纽
比如
2024年4月北江2号洪水期间
模型平台提前2天
预报北江50年一遇特大洪水后
迅速构建“飞来峡—石角”段调度模型
和潖江蓄滞洪区洪水演进模型
“正向”推算下游石角站
将出现超历史的20300立方米每秒洪峰
“逆向”设定石角站
不超过18800立方米每秒安全泄量、
飞来峡水库水位不超过25.78米等约束条件
推演出水库最大泄流
17500立方米每秒的调度方案
再“正向”计算该方案的水库下游洪水淹没范围
为不启用潖江蓄滞洪区提供了精准决策依据
数字孪生的意义
不仅在于“看见”物理世界
更在于“理解”“预见”世界的变化
随着模型“最强大脑”不断完善
我们终将迎来
治水管水的全新时代
来源：中国水利
