【河好如初周報】數位孿生進入流域治理時代：從即時監測到預測決策的水資源革新

河好如初網站關注河川議題，將於每周四推出「河好如初周報」為讀者網羅全球重要的河川治理、生態與文化，涵蓋水資源政策、環境爭議、生物多樣性與復育行動等議題。快速掌握最新動態，串連不同流域的聲音與事件，讓河流不再只是背景，而是公共關注與討論的主體。

數位孿生（Digital Twin）可以簡單理解為：在電腦中打造一個與現實世界「同步運作的分身」。它不只是靜態模型，而是透過感測器與即時數據，讓虛擬系統能隨著真實世界同步變化，甚至進一步預測未來可能發生的情況。因此，管理者可以先在虛擬世界中測試各種情境，找出最佳決策，再回到現實中加以應用。近年來，這項技術逐步導入河川治理，從即時監測延伸至洪水預測與水資源調度，使治理模式由被動應對轉向更精準的提前判斷。

▌美國內政部墾務局推動全流域數位孿生系統，開啟水資源治理新階段

美國內政部墾務局（Bureau of Reclamation）近日宣布，將與科技企業合作，推動建立首個「全流域規模」的河川數位孿生（Digital Twin）系統，標誌著美國水資源治理正式邁入高度數據化與預測導向的新階段。該計畫整合人工智慧（AI）、即時水文監測與大型資料平台，打造可即時模擬河川運作的虛擬模型，以支援水資源調度、洪旱預測及水力發電管理。

根據官方與合作方資訊，該計畫已導入 AI 流量預測系統，並部署於美國西部多個主要流域，包括科羅拉多河與密蘇里河等關鍵水系。這些系統可提供短期與季節性的流量預測，協助操作人員在氣候變遷與水資源壓力下做出更精準的決策。墾務局指出，此類數位化工具的核心價值，在於將分散於不同機構的水文、氣候與基礎設施數據整合為統一的決策平台。

此外，該計畫亦延續墾務局近年推動的「開放水資料（Open Water Data）」與科技創新策略，透過 AI 與大數據分析提升水資源管理的效率與韌性。專家認為，建立全流域尺度的數位孿生，將使管理者能進行「情境模擬」（what-if scenarios），例如評估不同降雨情境、用水政策或極端氣候條件下的影響。

整體而言，此舉不僅是工具層級的升級，更象徵水資源治理模式從「被動應對」走向「預測驅動」，也可能成為全球流域治理數位轉型的重要範例。

資料來源：
• https://www.upstream.tech/posts/usbr-and-hydroforecast-pioneering-ai-in-water-and-hydropower-management
• https://www.usbr.gov/research/ks.html

▌英國泰晤士河數位孿生：跨機構整合的水務治理實踐

英國水務公司 Thames Water 近年推動河川與水系統數位孿生計畫，建立以感測器與即時資料為核心的虛擬模型，並應用於泰晤士河及其流域管理。該系統透過持續蒐集水位、流量與氣象數據，建構動態的數位映射，使管理單位能即時掌握河川狀態並預測未來變化。

此計畫的關鍵，在於建立跨機構共享的資料標準與模型架構，使不同水務公司與政府單位能在同一平台上協作，避免重複開發並提升系統互通性。透過這樣的數位孿生架構，管理者可提前辨識潛在風險，例如水資源短缺或基礎設施異常，並及早採取預防措施。

此外，研究指出，泰晤士河數位孿生亦可應用於河川水位預測與航運安全評估，例如預測橋下淨空或潮汐影響，進一步提升河運與城市安全。這些應用顯示，數位孿生不僅是監測工具，更是整合城市治理、交通與氣候調適的決策支援系統。

整體而言，泰晤士河案例代表歐洲水務數位化的前沿實踐，其核心價值在於「資料標準化＋跨域整合」，為未來跨流域數位孿生提供重要參考範式。

資料來源：
• https://www.thameswater.co.uk/about-us/innovation/unlocking-digital-twins
• https://cp-catapult.s3.amazonaws.com/uploads/2021/02/London.pdf

▌印度恆河流域數位孿生計畫：邁向國家級流域管理新模式

印度理工學院德里分校（IIT Delhi）近年啟動恆河（Ganga）流域數位孿生計畫，目標打造一套高解析度、可即時更新的虛擬流域模型，以支援國家級水資源治理。該系統整合衛星遙測、氣候資料、地面感測器與 AI 模型，形成完整的水循環模擬平台。

此數位孿生可模擬水流、儲水、降雨與人類活動之間的交互影響，並支援多種情境分析，例如降雨減少、河道工程或地下水抽取對整體流域的影響。研究團隊指出，該系統未來可應用於洪水預警、乾旱管理、水質監測以及長期生態規劃。

此外，國際水管理研究所（IWMI）也指出，數位孿生在跨國或跨區流域治理中，特別有助於協調水資源分配與政策制定，因其能整合多來源資料並提供決策模擬。這對於如恆河這類跨區域且人口密集的流域而言，尤為關鍵。

此案例顯示，數位孿生正從單一設施應用，逐步擴展為「流域尺度的治理工具」，並成為新興國家面對氣候變遷與水資源壓力的重要科技解方。

資料來源：
• https://timesofindia.indiatimes.com/.../articleshow/125491845.cms
• https://www.iwmi.org/news/digital-twins/

▌韓國河川實驗中心數位孿生：強化工程驗證與災害模擬能力

韓國土木工程研究機構建置「河川實驗中心數位孿生」，透過高解析地形資料與流體模擬技術，在虛擬環境中重現真實河道的水流行為。該系統運用無人機影像與數位高程模型（DEM），精準建構河道地形，並透過物理模型模擬不同流量條件。

研究顯示，此數位孿生能即時重現水流變化，並經由實測數據驗證，具備高度準確性，可應用於洪水模擬與河道工程評估。其最大價值在於能快速測試不同工程方案，例如堤防設計或河道整治，從而降低實地試驗成本與風險。

此外，學界指出，數位孿生已逐漸成為水資源管理的重要工具，可整合多物理模型與多來源資料，提升治理效率與風險預測能力。韓國案例亦進一步顯示，結合遊戲引擎與視覺化技術，能有效提升決策溝通與應變效率。

整體而言，此案例凸顯數位孿生在「工程驗證＋災害模擬」上的應用潛力，是未來河川治理技術發展的重要方向。

資料來源：
• https://www.mdpi.com/2076-3417/15/23/12507
• https://www.nature.com/articles/s44304-024-00047-2

✳︎此文章為河好如初主編整理，AI 協作