一、背景概述
祥茂河原名羊毛沟，发源于青岛市即墨区蓝村镇，于红岛经济区向南汇入胶州湾，全长17km，流域面积75.9km2，城阳区范围内长13.4km，城阳区范围内流域面积63.3km2。是青岛市城阳区的一条南北向主河道。祥茂河防洪标准为100 年一遇，排涝标准为20 年一遇。其中，锦安路以南约6km 范围为已治理河段，满足100 年一遇防洪标准。历经10 年高速发展，河道沿线以高新区产业组团、高铁产业组团和棘洪滩核心居住组团为代表的北岸新城已初见雏形，昔日郊区河道逐渐演变为典型的城市河流，已难以承载防洪调度、城市发展等多方面功能需要，存在信息化基础设施建设薄弱，透彻感知能力不足、业务应用智能化不足等问题，升级改造势在必行。
为落实水利部关于开展数字孪生流域建设的要求，研博数据按照“需求牵引、应用至上、数字赋能、提升能力”的原则，以“数字化场景、智慧化模拟、精准化决策”为目标，以祥茂河为试点，组织开展了数字孪生祥茂河建设，为提升流域防洪、水资源调配和河湖管理智慧化水平做了探索。
二、建设内容
项目建设内容主要包括构建崂山水库孪生模型、构建水库自动化全面感知体系、构建“预警、预演、预报、预案”的洪水预报体系、构建水库全业务标准化管理平台。
初步建成祥茂河流域水利信息基础设施
通过合理新建雨情、水情、工情监测站点，加强卫星遥感、航空遥感、高清视频、无人机等新型监测手段应用，完善水利感知网，扩大监测范围，完善监测要素与内容，初步形成天空地一体化透彻感知能力。
初步建成祥茂河流域数字孪生平台
整合水利基础数据、水利监测数据、水利业务管理数据，接入跨行业共享数据，建设3级地理空间数据，形成祥茂河流域多源数据资源池。依据黄垒河流域特性，面向水利业务应用需求，依托国内外研究力量与研究成果，建设模型平台和知识平台，支撑祥茂河水利管理活动的科学决策。
初步建成祥茂河水利“1+1”智能应用体系
在城阳区水利工程标准化管理数字平台、山洪灾害监测预警平台、青岛市河湖张志管理系统等信息化系统基础上，构建水利“1+1”智能应用体系，“1”是指祥茂河流域防洪“四预”系统，1是指祥茂河数字河湖管理系统。
三、重点功能
四情监测
为满足流域防洪、水资源管理调配和河湖管理运行等业务应用需要，新布设多套水文站、水位站、地下水监测站、视频监控点、广播等在线监测设备，与已有站点共同形成站点布局合理、“四情”采集要素齐全、传输稳定可靠的水利感知网。
数据底板
在水利部和山东省水利厅共享的相关数据基础上，对黄垒河流域的遥感影像、数字高程等数据进行整合，建成覆盖全流域L1级数据底板;对祥茂河干流及河道两侧堤防及防洪保护区作为重点区域，通过无人机摄影、倾斜摄影等方式，建成了L2级数据底板。通过BIM建模的手段，对蓄水挡潮闸等水利工程及各类水利机电设备和监测设备建模，建成L3级数据底板。
数据引擎
项目采用研博工业物联网统一接入系统，消除数字孪生流域建设存在的监测数据难以统一化、规范化、持续化接入问题，向下实现海量的多源设备、异构系统数据采集、交互、传输、控制及应用，向上为模型平台、知识平台和业务应用提供感知数据服务。
洪水预报模型
基于高分辨率地形及水下地形数据，构建了高性能一二维耦合水动力学洪水模拟计算模型。将祥茂河锦安路以南约6km 范围作为重点区段，划分提取多个横断面、剖分若干个网格单元，采用分布式并行加速算法，大幅提升计算效率，洪水演进全过程计算均可在50s内完成，实现了祥茂河锦安路区域洪水快速精细化模拟。
洪水预警
整合水库、河道、堤防及山洪灾害风险区等对象预警指标体系,结合四情监测和洪水预报结果 ,提前进行分级分类预警。在流域层面自动出发极端天气预警、河道洪水预警、水库洪水预警和生态流量预警等预警信息，明晰流域防洪风险。
洪水演进模型
根据洪水预报成果和洪水调度方案，建成以控制河道水位和工程安全运行为目标的洪水演进模型，基于洪水演进模型计算结果，在三维高精度地图和三维实景下，可视化和实景化展示不同来水条件下河道洪水演进过程，对洪水演进及淹没影响进行计算和定量化评估。
洪水预案
数字化管理各类水利工程运行方案，提取方案重点信息进行结构化解构和标签化处理，供实时预警、预报、调度、模拟计算等各类应用场景和业务处理调用查询，方便对文档信息的快速定位、统一管理与更新，实现各类预案的活取活用。
河湖智能巡查
项目通过“遥感普查+无人机巡查+AI智能识别”有机结合的方式打造“全面感知、主动预警、快速响应、闭环处置”的智能巡检体系，构建“大范围普查+中尺度巡查+重点区域实时监控”的河道智慧监管方案，进一步提升河道管理工作的智能化和精细化。
移动互联APP应用
通过移动端查看流域的降水量、天气预报、台风云图和安防监控视频信息，方便管理人员和防汛人员随时随地掌握汛情信息，构建数字孪生流域运行业务协同的移动互联工作台。
四、案例总结
数字孪生祥茂河建设，将提升流域水利信息化水平，赋能洪水防御、水资源管理与调配、河长制推行实施、水利工程管理运行等业务应用，对于青岛市推动智慧水利跨越式发展，提高水利管理服务水平，支撑新阶段水利高质量发展具有重要作用，对其他类似流域具有重要参考借鉴意义，经济、社会和生态效益显著。
