近日,河口海岸全国重点实验室彭忠研究员团队依托上海市科委长三角科技创新共同体领域项目《长三角一体化示范区河网生态流量调度数字孪生技术与示范》,联合浙江省水利河口研究院、河海大学、嘉善县河湖管理服务中心、嘉善县水文站等浙江、江苏两地科研机构和地方业务单位,协同研发形成河网生态流量调度数字孪生系统。该系统作为河口海岸数字孪生平台的重要子系统和典型应用场景,面向平原河网生态调度需求,在长三角生态绿色一体化发展示范区开展示范应用。项目同时依托华东师范大学生态与环境科学学院和计算机科学与技术学院的深度参与,充分融合生态学与信息技术优势,是沪苏浙三地协同创新与多学科交叉融合的重要成果。
长三角示范区河网密布、跨界水体众多,水动力过程复杂,水体自净能力不足及生态系统退化等问题,对跨区域协同治理和精细化调度提出了更高要求。在此背景下,实验室围绕河口海岸数字孪生平台总体架构,将河网生态流量调度作为重点应用方向之一,构建了面向真实治理场景的数字孪生子系统,由高校开展理论方法研究,科研院所承担技术集成与工程转化,地方业务单位深度参与数据支撑与应用验证,形成贯通“科研—工程—应用”的一体化创新体系。
在技术路径上,该系统充分体现水文学、水动力学、生态学与人工智能等多学科交叉融合优势,形成了三项关键成果:一是建立了面向多水期、多要素耦合的生态流量动态核定方法,实现由固定指标向生境响应型调控转变;二是构建了基于知识图谱与智能学习方法的调度方案生成与推荐技术,显著提升复杂河网调度效率;三是开发了“多源数据—多模型—多场景”融合的河网数字孪生技术体系,实现调度过程的动态推演与闭环优化。
在系统运行过程中,平台整合无人机遥感、在线监测与历史数据,实现河网运行状态实时感知;当监测数据触发生态流量阈值时,系统自动生成调度方案,并通过水文—水动力模型进行预演评估与迭代优化,最终形成满足生态与工程约束的最优调度策略。相关数据、模型与决策结果统一集成于河口海岸数字孪生平台,实现“监测—模拟—决策”的一体化运行。
目前,该应用系统已在长三角生态绿色一体化发展示范区“嘉善绿谷片区”完成示范应用,有效支撑河网生态流量动态调度与水资源优化配置,推动调度模式由经验驱动向数据驱动与智能决策转型。示范结果表明,该子系统不仅在关键技术上取得突破,也验证了河口海岸数字孪生平台在复杂河网治理中的应用能力。
在社会经济效益方面,该系统通过提升调度效率、降低试错成本,增强区域防洪与水资源保障能力;同时改善水环境与生态质量,具备在长三角及类似平原河网地区推广应用的价值。
作为河口海岸数字孪生平台的重要组成部分,河网生态流量调度应用为平台向多场景拓展提供了示范基础。下一步,河口海岸全国重点实验室将持续完善数字孪生平台体系,拓展在河口水动力、岸滩演变、生态修复与风险预警等领域的应用场景,推动数字孪生技术在河口海岸领域的系统化应用与推广。
