摘要：随着数字化转型的不断深入，数字孪生技术在水利工程运行管理中的应用日益广泛。文章从实时感知与精准预警监测、虚拟推演与高效仿真优化、远程操控与智能自动管理、状态追踪与科学设备维管等四个方面，深入分析探讨了数字孪生技术在水利工程运行管理中的应用。数字孪生三峡工程案例表明，数字孪生技术能够显著提升水利工程的智能化管理水平，有效降低运行管理成本，具有广阔的应用前景。

关键词：数字孪生；水利工程；运行管理；仿真优化；智能化

引言：水利工程作为国民经济和社会可持续发展的重要基础设施，其运行管理水平关系着工程效益的充分发挥。传统的水利工程运行管理主要依赖人工巡检和定期检测，智能化、精细化管理程度不高。近些年来，以建筑信息模型（BIM）、物联网、大数据等为代表的新一代信息技术蓬勃发展，数字化转型已成为新时代水利工程高质量发展的必由之路。数字孪生作为实现工程全生命周期数字化管理的重要技术手段，能够构建工程实体与虚拟模型的动态映射，为水利工程运行管理带来革命性变革。

1 数字孪生技术在水利工程运行管理中的应用

1.1 实时感知，精准预警监测

在水利工程之中，数字孪生技术通过在水利工程关键节点布设各类传感设备，构建起全方位、多维度的实时感知体系。水位计、雨量计、蒸发仪等监测设备持续采集水位、降雨量、蒸发量等关键工况参数，并将其传输至数字孪生平台[1]。平台接收到的海量实时数据经过清洗、融合后，与虚拟模型进行动态映射，从而实现对水库、渠系等工程实体的实时状态感知。基于强大的数据分析和机器学习算法，数字孪生系统能够深度挖掘实时监测数据与历史运行数据之间的内在关联，精准预测水位变化趋势、洪峰到达时间等关键信息，为防汛抗旱、水资源优化调度提供科学决策支持。当工程运行状态出现异常或潜在风险时，系统可自动识别并通过短信、APP推送等方式向管理人员发出预警，使其及时采取应对措施，从而将风险消灭在萌芽状态，确保工程安全运行。

1.2 虚拟推演，高效仿真优化

就数字孪生平台而言，其汇聚了工程设计、施工、运维等各阶段的海量工程数据，并在此基础上构建高精度、多物理场耦合的虚拟仿真模型[2]。借由数值模拟和可视化分析技术，工程人员可在数字空间中逼真重现水利工程的真实运行状态。利用虚拟推演功能，管理人员能够在数字孪生平台中构建多种工况条件和调度方案，全面模拟并评估不同方案在防洪、供水、发电等方面的效果，从而筛选出最优的运行调度策略。并且数字孪生还可与智能优化算法深度融合，通过海量的仿真推演自动寻优，在满足工程安全运行约束条件的前提下，获取最优的设计参数组合与调度控制序列，最大限度地提升工程综合效益。

1.3 远程操控，智能自动管理

数字孪生依托物联网、移动互联等通信技术，以及现场可编程控制系统，突破了传统水利工程管理模式的时空限制，实现了跨区域的集中监控和远程操控。管理人员通过数字孪生管理平台，可随时调取云端的实时工况数据，直观掌握水利工程的整体运行状态[3]。当需要对闸门启闭、泵站启停等设备进行控制时，值班人员无需奔赴现场，只需通过管理平台远程下达控制指令，即可实现对工程设备的精准操控，极大降低了人力巡检的强度和成本。并且数字孪生还集成了智能优化调度模型，可根据工程的管理需求，自主制定最优控制策略。比如说，在汛期可自动切换至以防洪为核心的控制模式，在枯水期则以节水、发电等目标为主导，持续优化调度控制过程。结合执行机构，数字孪生可自动实施设备控制，最终实现水利工程的全自动运行管理。

1.4 状态追踪，科学设备维管

当前，数字孪生技术还为大型水工建筑物和关键机电设备的健康监测和维护管理提供了新思路。凭借在大坝等建筑物上布设精密的位移、渗流等传感器，并将监测数据实时传输至数字孪生平台，系统可动态分析建筑物的应力应变状态，精准评判其健康水平，一旦发现裂缝、变形等病险征兆，即可向管理人员推送预警信息，实现隐患的早发现、早预防、早处置。对于启闭机、发电机组等复杂的机电设备，数字孪生可通过采集和分析设备的振动、温度、油液等状态参数，利用机器学习算法进行故障诊断和剩余寿命预测，准确把握设备的健康退化趋势。在此基础上，系统可自动生成以可靠性为导向的预测性维护计划，合理制定检修时间和内容，避免设备带病运行。并且数字孪生可将设备内部结构、关键部件等以三维可视化的方式呈现，直观指导检修人员快速定位故障，提高检修效率，最大限度地减少维修时间，实现设备的高效运维。

2 案例分析

于实践应用中，数字孪生三峡工程充分体现了数字孪生技术在水利工程管理中的广阔应用前景，该项目凭借构建高精度三维仿真系统，实现了对三峡水库全方位、多维度的实时监测和智能管理。防洪兴利方面，系统可精准预警库区水位变化，优化行洪空间调度，在2024年的长江流域洪水事件中发挥了关键作用。泥沙治理方面，数字孪生平台能够模拟分析库区泥沙冲淤过程，为水库清淤提供科学指引。水质安全监管方面，系统具备突发污染事件的扩散模拟和应急处置功能，有效保障了库区和下游用水安全。并且数字孪生技术还广泛应用于三峡电站设备的健康监测和预测性维护，大幅提升了设备运行可靠性。可以看出，数字孪生三峡工程通过先进技术的创新融合，极大地提高了三峡水利枢纽工程的管理水平，为实现水利工程的智能化运营管理树立了典范，对于推动整个水利行业的数字化转型具有重要的示范意义。

结语：综上所述，数字孪生技术以其在实时感知、虚拟推演、远程操控、状态追踪等方面的独特优势，正加速向水利工程领域渗透，成为新时代水利工程运行管理的重要工具。未来时期里，5G、人工智能等新技术的不断发展将使数字孪生有望实现更高维度、更深层次的应用创新。不过，就目前而言，数字孪生在工程适用性、平台安全性等方面还存在不足，仍需产学研用多方协同攻关，以此进一步释放数字孪生的潜能，助推水利工程运行管理迈向更高水平。

参考文献：

[1]林运东，张龙，刘勇.数字孪生技术在水利工程运行管理中的分析与探索[J].黑龙江水利科技，2025，53（03）：168-170.

[2]彭金波.浅谈数字孪生技术在水利工程运行管理中的现状分析与前景展望[J].城市建设理论研究（电子版），2022，（33）：166-168.

[3]申振，姜爽，聂麟童.数字孪生技术在水利工程运行管理中的分析与探索[J].东北水利水电，2022，40（08）：62-65.