数字孪生流域与数字孪生水网、数字孪生水利工程互联互通、信息共享、各有侧重，共同构成数字孪生水利系统核心，是推动新时代水利高质量发展的重要实施路径之一。

数字孪生流域要通过全面感知、动态模拟、虚拟现实、增强现实等技术融合，建立流域物理空间实体在虚拟数字空间动态映射，未来需重点研究解决“感、存、仿、知、行”五方面技术难题，以获得科学认知、开展快速推演、实施精准操控。

研发“天—空—地—水”“车—船—站—网”全方位立体监测技术体系，突破关键设备技术瓶颈，开发数据采集端边缘计算和智能感知技术，支撑流域透彻感知，实现流域水循环物质—能量全要素、多过程、跨尺度实时动态监测。

研究汇聚多来源涉水数据，突破数据噪声去除、多源数据融合协同等关键技术，构建水利数据模型和网络模型，创新发展流域大数据分析算法与应用体系，打通水利多领域知识关联，提升数据价值和信息、知识服务能力，为流域数字孪生平台建设提供数据处理技术支撑。

通过仿真技术与水利专业模型相结合，研发流域洪水快速演进模型、城市洪涝精细化模拟及风险评估模型、水工结构运行安全监控及风险预警模型、水电站智能运维关键技术模型等，采用GPU、CPU并行计算加速技术及分布式并行调度算法，实现流域自然—社会二元水循环流场实时、动态、精细化模拟，综合构建流域、区域/城市、工程不同尺度的智慧模拟平台，为数字孪生流域和数字孪生水利工程建设提供科技支撑。

面向“2+N”典型业务应用需求，深入研究流域自然规律，创新升级现有水动力学、水资源配置、防洪决策、灌区需耗水预测和用水多过程调控等模型；研究典型水利应用场景“预报、预警、预演、预案”决策智慧推演技术；开发水旱灾害防御、水资源管理调配、城市水系统智慧调度、灌区高效用水调控等业务方面具有四预功能智慧决策系统。

基于芯片级国产硬件设备、国产操作系统、国产数据库系统环境，开展安全可控的水利工程智能测控一体化平台研发，重点突破水工程堤—库—渠—闸—泵—阀等运行智能诊断、智能控制、智能处置等技术，同时强化水利控制网络安全防护能力，支撑水利工程智能体建设和业务智能管理能力升级。

数字孪生流域建设是强化水旱灾害防治、优化水资源配置、改善水生态环境、促进区域协调发展的重要手段，是流域管理治理现代化的必由之路。通过数字孪生流域建设先行先试项目引领推动，提升水利行业在信息化基础设施、数字孪生平台、业务应用系统等方面的水平。数字孪生流域研究的重要方向包括流域透彻感知、数据融合存储、过程数字仿真、业务智能决策、工程安全运行等基础理论与关键技术。通过以上关键技术突破，未来数字孪生流域、数字孪生水利工程和数字孪生水网建设可为水利管理提供透彻感知的数据底板、高保真高效力的模型及算法、强大的数据融合能力和智慧化的决策推演和平台，总体提升国家水安全保障能力。

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