A3：科技智慧
（接上期）
针对土石坝的渗流、变形等关键问题，构建了土石坝渗流场-应力应变场-变形场耦合的三维有限元仿真模型，研发耦合坝体渗流场的坝坡抗滑稳定动态分析模型。数字孪生丹江口大坝安全模型耦合结构如下图所示。
▲数字孪生丹江口大坝安全模型耦合结构
（2）应用成效
大坝安全模型采用三维有限元仿真分析技术，克服了传统预演分析耗时长、及时性差的短板，实现大坝结构性态的实时在线推演。1分钟内便能以大坝的即时结构性态为起点，完成预测工况和特征水位下大坝安全性态的演算，实现对重点坝段多场景状态下的安全运行状态预测、预演、预警。平台每日自动推演大坝安全性态，实现了2023年汉江秋汛复演及170m蓄水过程大坝性态的同步跟踪与动态推演。
06 模型平台推广应用机制
随着数字孪生水利建设推进，模型平台推广成为关键。构建面向不同层级的推广应用机制，可提升建设质量，降低成本，增强平台支撑力，提高模型精准度和预见期。
1.模型平台分级部署应用方式
采用分级部署应用方式。水利部层面由水利部信息中心牵头，联合七大流域管理机构，实施“1+7+X”模式。水利部负责通用模型及标准制定，流域管理机构、省（自治区、直辖市）、地级市建设专业模型，形成实例，并为下级提供标准版模型。
▲不同层级水利模型平台之间关联架构
以山东省为例，采用“1+N”模式，通过省级统筹、省市共建模型平台，统一建设标准版，建设省级数字孪生水利项目实体模型，实现模型集成、管理、场景配置和模拟仿真功能，支撑多业务“四预”应用。结合区域特色，集成开发水利专业模型算法库，制定技术要求、模型结构、数据和接口标准，便于集成复用。
2.共建共享应用机制
（1）水利部与流域、省级平台共享
水利部构建通用模型库，流域管理机构和省级平台可共享调用，并根据需求实例化模型，应用于数字孪生项目。同时，反馈使用情况，协助完善模型，迭代升级算法。此外，各级模型应用成果也可共享，提升模型适用性和可靠性。
（2）省级与市级平台共享
省级平台在共享水利部通用模型基础上补充建设本省通用模型库，搭建具备多项功能的模型平台，面向市级构建统一、标准化模型平台；市级在此基础上构建适用于本层级的实例化模型。省、市两级间实现模型通用算法、实例化模型及应用成果共享共用。
（3）省（市）平台与数字孪生水利工程共享应用
数字孪生水利工程项目可依托省（市）级模型平台提供的算法和功能构建实例化模型，并注册到平台统一管理。模型预报结果可作为服务发布到平台，实现项目与平台间的共建、共享、共用，为“四预”应用提供支撑。
（4）模型平台知识产权保护与共享机制
水利专业模型平台的知识产权保护与共享需平衡，主要措施有：①制定详细规章制度，明确保护范围、各级责任和义务。根据知识产权类型采取不同保护措施，如模型设计、算法、数据结构、软件代码等。各级负责本级自建平台知识产权，上级下发的标准版平台由下发单位负责。②建立共享开放激励机制，鼓励科研机构开放模型及算法，采用多种方式向高校、企业、政府部门开放使用，通过反馈结果不断优化模型结构，迭代升级算法。
3.分业务多模型耦合方案
模型平台需结合业务需求，通过算法耦合形成实例化构建方案。此过程专业性强、耦合难度大，部分单位构建的模型效能不佳，难以实现“四预”目标。针对中小河流、市县级水网等，尚未形成有效的多模型耦合标准化方案。应在现有体系基础上，拓展动态化、分业务耦合方案。各级平台可直接调用标准化耦合方法，或在此基础上集成新建模型，满足业务需求。分业务多模型耦合流程见下图。
▲分业务多模型耦合流程
07 总结与展望
在深入研究水利专业模型基础上，构建兼顾通用与专用的数字孪生水利专业模型体系，并建立模型与业务之间的映射关系；针对模型计算精度和效率问题，提出基于模型物理机制优化、模型算法改进、人工智能赋能和监测数据动态反馈的“四位一体”优化策略；提出基于水利部模型技术标准的开放式模型平台构建方法，实现快速建模和多模型耦合，加强了与数字孪生平台的互动；在流域防洪、河口风暴潮防御等典型业务场景中，形成多模型耦合应用范式，可为同类项目提供参考；构建适用于不同层级的推广应用体系，以及共建共享机制和分级部署方式，有助于模型平台的广泛应用。
今后将继续从模型效能、平台优化和推广应用方面深化研究：①深化模型效能。加快模型机理分析方面的自主创新，优化模型架构算法；融合多源异构数据，提升模型在复杂地形和气候条件下的精度和适应性；借助实时数据同化，提高预报精度，延长洪水预见期。②模型平台持续迭代优化。深化细化模型数据标准、接口标准，开展建模流程标准化；快速建模、参数调整、算法优化等方面持续迭代优化，提升模型易用性、可靠性；利用数据底板和监测感知数据提升模型精度和时效性；深化与知识平台的交互能力，利用大模型赋能提升模型应用水平。③平台应用模式转变。构建面向社会开放的水利模型算法研究联盟，采用多种方式向高校、企业、政府部门开放使用；从单一提供模型算法服务向提供算法和模型构建方法融合服务转变，为不同层级、不同类型、不同业务提供全方位、立体化服务。
（来源：中国水利杂志）