前言：在数字孪生灌区项目建设中，常常会对接集成商、数字孪生可视化厂商，这些厂商往往缺乏水利业务知识，对业主在日常管理中面临的场景不熟悉，对业主日常操作与解决的问题不熟悉，导致在设计数字孪生场景时无从下手或是没有立足点，本文主要从数字孪生底板建设、平台应用建设以及底板与业务应用联动形成的数字孪生灌区操作场景进行描述，供大家参考。

1.数字孪生灌区场景打造所需的核心内容

其实，数字孪生灌区“虚体”的建设，最核心内容包括了外观表征“可视化模型”和表达内在行为与运动规律的“数学模型”，可视化模型包括使用GIS、BIM等手段建立的L3级、L2级、L1级的数字可视化（使用不同精度的DEM和DOM等数据实现），数学模型主要指基于自然科学形成的机理模型，包括产流模型、水动力模型、水质模型、泥沙输运模型等。当这两个核心内容建立好后，数字孪生灌区的“里子”和“面子”就形成了，后续的就只用在数字孪生“虚体”中添加各种数据展示以及交互操作，最终形成了业主的操作应用场景。

2.业主角度看待“数字孪生灌区”

业主大多非软件或计算机出生，看待平台系统，不会过多去关于内部组成与结构，而是更加关注与他日常管理的息息相关的功能，而且这些功能能实实在在解决他的问题。简明扼要来说，业主最关心的就是“感知”与“管控”。

感知主要指通过可视化模型（包括整个灌区的L2级以及灌区水源地、引水枢纽、渠首工程、主干渠、支渠、斗渠、水电站、闸坝、堰、农作物等L3级）为载体，承载降雨量、土壤墒情、地下水位、水位、蒸发、流量、水质、视频、水工工情等监测数据，降雨、水位、流量、来水量、水质、需水量等预报数据，洪水水位、洪峰流量、水质污染、水工设备故障等预警数据，以及灌溉保证率、渠道水利用系数、渠系水利用系数、田间水利用系数、灌溉水利用系数、供需水平衡系数等业务数据。

“管控”主要指通过灌区机理模型（水利专业模型）为驱动力，实现灌区过去的场景重现、现在的实时同步运行，未来的预演。业主可以通过人机交互的方式，设置灌区各种初始状态（水源地水位、土壤墒情、渠系水位流量等）和边界条件（降雨、下泄流量、入流量、闸控状态等），进行仿真模拟，实现对数字孪生“虚体”在各种应用场景的“人为”应用，场景包括水库水源地上游降雨产汇流及水库来水过程与水位预报模拟、灌区蒸发模拟、灌区输配水调度模拟、水库水源地水质模拟等。借助灌区水利专业模型的计算结果，通过可视化模型进行仿真渲染，为业主呈现丰富的决策数据与全时空演变数据。

下面我将具体讲解水利专业模型在灌区感知和管控中常用的几个场景，由于篇幅原因，今天先讲灌区水源地的洪水（来水）预测。

3.场景1--灌区水源地的洪水（来水）预测

针对灌区水源地上游有较大汇水区域的项目，业主常常关心未来几天或者未来一场暴雨，蓄水水源地的水位上涨多少以及来水量多少？

对于此场景设计，我们可以利用“L2底板”+“降雨产汇流模型”来营造具有仿真模拟性质的数字化场景。L2底板采用优于10-15m高程DEM以及优于0.5m的正射影像构建高保真流域下垫面，降雨采用雨量站点实测数据、气象局或者商业公司购买的预报面降雨数据或者点降雨数据（若采用点降雨数据需要通过“算法”将其转化为面降雨数据），产流充分考虑当地的气候和土壤性质以及下渗的机理性选择合适的产流模型，汇流根据汇水面积大小选择简化的运动波方程或完整的动力波方程。

在实际操作中，水源地洪水预测的降雨量有三种来源，一是通过气象局或商业公司提供的降雨数值预报或雷达降雨数据，通常能提供未来3小时、6小时、12小时、3天、甚至15天的降雨数据（越临近越准），该数据的优势在于预测周期较长；第二种是通过自建降雨站点所获得的实测降雨数据，该数据的优势在于确定性强，缺点在于无法较准确推算整个流域面降雨量，只能同步运行计算，若要预测未来，只能假设未来的时间里都以此降雨强度来输入计算；第三种是业主自我假设输入降雨过程数据。前两种的模拟均为后台在线自动获取数据，以最新的监测数据作为初始场，以预报降雨或监测降雨为边界条件进行模拟计算；第三种为人机交互设定（操作员通过平台界面输入初始场与降雨边界条件），属于离线模拟。

经过几分钟的后台模拟计算后，模型端计算结果（一段时长的时空连续数据）通过L2级底板进行水位、流速的演进渲染，以及界面生成水源地水位、流量的预报过程线。汇水区域产流、汇流过程是数字孪生的重点，也是可视化渲染的难点。一般的，模型平台方计算的结果是以网格的形式或节点的形式来承载水位、流量、流速、水深等物理量，那么对接给平台方也是提供具有坐标的节点和网格（通常节点和网格属于静态数据，短时间不会改变，除非重新率定后可能会改变编号和位置），平台方在每次模拟结束的时候，可直接取节点或网格上面的物理量进行渲染即可。

　                                                                                                　（转载自知乎隔壁张叔叔）