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舞川环境科技(上海)有限公司: 以数学模型之笔 绘智慧水务新篇

发布时间:2026年1月22日 来源:中国科技产业杂志

在水灾害防治、水资源管理与水环境保护日益成为公众热点问题的今天,新时代水治理的深刻内涵已从“治水”转到“智水”,模型的精准化与决策的科学化已成为衡量“智水”能力的关键标尺。长期以来,我国在该领域的核心计算引擎较多依赖国外商业软件,这不仅构成潜在的技术风险,也在深度契合中国独特且复杂的水情与治理模式上面临着适应性挑战。当前我国的战略重心是以科技创新为核心的自主创新能力提升。在此背景下,舞川环境科技(上海)有限公司(以下简称舞川)应运而生。作为一家独立的涉水行业数学模型技术提供商与咨询服务机构,公司秉持第三方专业技术视角,不依附于任何特定供应商,致力于为客户提供基于自主核心技术的客观、中立解决方案,涵盖模型软件、计算支持与专业咨询。舞川的创立与成长,始终紧扣“开发自主可控水数学模型、致力于科技治水”使命,集中开发力量,攻克水数学模型领域的“卡脖子”技术难题,实现从理论算法、核心软件代码到具体场景应用的自主可控。公司的根本目标是为国家水治理体系现代化提供坚实的技术基座,进而构建一个根植于中国水土、服务于中国水情的完整技术体系。

近年来,舞川投入大量研发资源,成功构建了一套覆盖水循环全过程、从底层代码完全自主研发的国产化引擎软件。舞川系列引擎软件突破了单一模型的限制,形成了综合性水模型矩阵,覆盖了从水文模型、一维及二维水动力及耦合模型,到城市供排水模型、区域水资源配置与管理模型、水质模型等多个专业领域。通过持续的技术创新与应用实践,舞川致力于将水管理的决策过程,从过去较多依赖经验的模式,系统性提升至由模型和数据驱动的科学治理新阶段。公司的全面性技术布局,使其能够针对“流域-城市-工程”不同尺度的水问题,提供内在统一、数据贯通、相互校验的系统化解决方案,为中国的水安全保障贡献专业力量。

 

坚持机理为体、AI为用技术策略,打造更懂中国水情的智能水力模型

舞川环境科技在技术发展上坚持“引进、消化、吸收、再创新”的务实路径。这一技术发展模式确保了公司既能紧跟国际前沿水数学模型技术理念,又能立足中国本土复杂多变的水文地理条件,形成既符合国际标准又适应中国水情的自主技术体系。

公司的核心技术路线是“机理为体、AI为用,构建全国产化技术体系”。机理模型是指严格遵循水文学、计算水力学、流体力学、环境化学等基础学科物理定律所构建的数学模型。与完全依赖于历史数据统计规律的黑箱模型相比,机理模型具有三大核心优势:物理意义明确,模型中的每个参数都有确切的物理含义;可解释性强,模拟结果可以追溯到具体的物理过程;在极端条件和未来情景下预见性高,能够应对超出历史观测范围的情景预测。这些特性使机理模型在解决复杂的、非稳态的水系统问题时,展现出不可替代的价值。

在舞川看来,可靠的机理模型不仅是科学认知水系统的基础工具,更是实现水资源精细化管理、水灾害精准防控的核心手段。公司始终将机理模型视为理解并模拟真实水世界不可或缺的“骨架”与“灵魂”,在这一技术路线上持续投入,并在关键技术方向上进行了一系列前瞻性布局:

在多模型耦合技术方面,舞川攻克了异构模型间的数据传递与计算同步等技术难点,建立了统一的模型耦合框架。该框架通过定义标准化的数据交换接口和时序控制机制,确保了降雨产流、坡面汇流、河道演进、管网输配等不同物理过程模型间的无缝衔接与协同计算,显著提升了复合型水问题的模拟精度与解决效率。

在AI与机理模型融合方面,舞川采用了“机理为体,AI为用”的技术策略,将AI技术深度嵌入计算流程,从计算精度和计算效率两个方面着手,重点应用于模型参数率定、多源输入数据质量控制及预报结果的实时校正与不确定性分析等方面。这一融合模式在保持机理模型物理一致性的基础上,有效提升了模型在复杂场景下的自适应能力与计算效率,实现了精度与智能的有机统一。

在定制化开发方面, 舞川建立了完整的模型适配体系,不仅能够根据特定地域特征、数据条件等特点进行模型参数优化与结构重构,还为客户提供了标准化的二次开发接口与模块化组件库。通过开放的API接口和可配置的模型框架,用户可根据自身业务需求灵活调整模型算法、扩展功能模块或集成第三方工具,实现从基础应用到深度定制的平滑过渡,确保解决方案既满足个性化需求,又保持技术体系的统一性与可持续迭代能力。

在多元算力加速方面,公司针对水模型计算特点,构建了基于GPU并行与多节点协同的高性能计算架构。该方案通过将大规模计算域(如整个流域或高精度城市网格)智能分解至多个计算单元并行处理,实现了对海量网格的快速求解。在实际业务中,传统需数天完成的全国产一二维水动力耦合计算,现可压缩至分钟级别,为防洪调度、应急响应等实时业务场景提供了关键算力保障。

 

WuCH系列引擎形成完整技术矩阵,实现从数据到决策的全覆盖

舞川的核心技术成果体现为完全自主开发的WuCH-Hydro系列水数学模型计算引擎。该系列产品构建了完整的水系统模拟技术体系,各组件采用统一的架构标准和数据接口,既可作为独立工具解决特定问题,也能通过灵活组合形成综合性解决方案。

WuCH DP(水文数据治理平台)作为系列软件的统一数据基座,专门针对水文水资源领域的数据管理需求而设计。平台提供完整的全生命周期数据管理解决方案,具备强大的多源异构数据集成能力,支持对监测设备、遥感产品、报表文件等各类数据源的标准化接入与自动化处理。其专业化的数据质控模块提供多级审核机制,能够基于水文规律与统计方法自动识别并修正异常数据;源数据管理功能建立了完善的数据溯源体系,确保所有数据的来源清晰、过程可溯;时间序列管理引擎支持大规模水文时序数据的高效存储与快速检索;同时,平台提供灵活的数据服务接口和可视化分析工具,支持多维度数据查询统计与报表自动生成。该平台深度适配国产数据库及信创环境,在保障数据安全的同时,显著提升了水文数据的管理效率与应用价值。通过构建标准化的水文数据资源体系,为上层模型计算、业务应用与决策分析提供了高质量的数据支撑。

WuCH RR(水文模型)提供从流域到城市尺度的完整水文模拟解决方案。模型集成了新安江模型、分布式水文模型和城市水文模型三种主流通用算法体系,构建了完整的水文模型库。新安江模型适用于湿润和半湿润地区的中小流域水文模拟,采用蓄满产流机制和三水源划分理论,能够精确模拟流域的产汇流过程。分布式水文模型基于物理机制,通过划分水文响应单元,充分考虑下垫面空间异质性,适用于下垫面复杂的大中型流域。城市水文模型则专门针对城市化地区的特点,通过引入不透水面积比例、排水管网等参数,准确模拟城市地区的产汇流特性。该模型库支持参数自适应优化和不确定性分析,能够根据不同的地理条件和数据基础,智能推荐最适合的模型结构和参数组合。通过建立完整的模型率定验证体系,确保了在不同应用场景下的模拟精度和可靠性,为水资源评价、洪水预报、工程规划设计等业务提供有力的技术支撑。

WuCH 1D(一维模型库)提供完整的一维水动力与水质模拟计算。模型的水动力模块基于完整的圣维南方程组构建,采用有限体积法进行数值求解,支持枝状、环状等复杂河网拓扑结构的稳态和非稳态流动计算,能够精确模拟急流、缓流、渐变流等多种流态。结构物模块集成了闸门、泵站、桥梁、涵洞、堰等常见水工建筑物的精确模拟功能,通过预设的控制规则和调度策略,真实反映各类建筑物对水流的调控作用。溃坝模块采用参数化溃口发展模型,支持瞬时全溃、逐渐溃等多种溃坝模式,能够模拟溃坝波的形成、演进及其对下游的影响。水质模块支持保守物质、一级降解物质、吸附性污染物等多种物质的迁移转化模拟,包含多种水质反应动力学模型,可准确模拟溶解氧、生化需氧量、营养盐等关键水质指标的时空变化过程。

WuCH 2D(二维模型库)专注于地表二维流动过程的高精度模拟。模型的二维水动力计算核心采用有限体积法求解二维浅水方程,支持非结构三角形网格和四边形网格的混合使用,能够精确拟合复杂地形和工程建筑物边界。模型具备先进的干湿边界自动处理技术,可精确模拟洪水漫溢、城市内涝、溃坝洪水等复杂流动过程,准确预测淹没范围、水深分布及流速变化等关键参数。结构物模块能够反映堤防、桥梁等建筑物对二维流场的影响,支持建筑物过流能力的精确计算。水质模块提供污染物的扩散、降解、吸附等过程的二维模拟能力,支持保守物质和反应性物质的迁移转化计算,为水环境评估提供科学依据。

 

WuCH WD(供水管网模型)支持完整的供水系统分析与优化。模型的水力分析模块采用压力驱动分析方法,精确模拟管网中的压力分布和流量分配,支持稳态和扩展时段模拟,能够准确反映用水量变化对管网运行状态的影响。水质分析模块跟踪污染物在管网中的传输过程,支持余氯衰减的模拟计算,评估供水系统的水质安全状况。关键分析模块通过压力敏感度分析、流量贡献度评估等方法,识别系统中的薄弱环节和关键管段。管道冲洗模块优化冲洗方案,确定最佳的冲洗流速、持续时间和冲洗顺序,保障管网水质。网络脆弱性分析模块评估系统在事故工况下的应急供水能力,为应急预案制定提供依据。

WuCH WR(水资源模型)服务于水资源综合管理需求。模型的需水预测模块综合考虑经济社会发展、产业结构调整、节水技术进步等因素,结合AI预测进行中长期用水趋势分析。供水预测模块基于水文系列和工程运行规则,评估不同来水条件下的可供水量。水资源配置模块通过多目标优化算法,实现当地水、外调水、再生水等多水源的优化分配,满足生活、生产、生态用水需求。调度计划模块根据供需平衡分析结果,生成水库、闸泵等工程的科学调度指令,支撑年度调度计划和中长期水资源规划的编制与实施。

WuCH AI(人工智能模型)为各大模型提供先进的智能分析能力。引擎集成LSTM、Seq2seq、GRU、Transformer等主流深度学习算法,构建了完整的智能分析框架。LSTM算法适用于水文时间序列的长期依赖性建模,在水位、流量等要素的预测中表现出色;Seq2seq架构支持多步预报任务,实现从输入序列到输出序列的端到端学习;GRU网络在保证精度的同时提升训练效率;Transformer的注意力机制能有效捕捉长序列中的关键信息。这些算法通过与传统机理模型的深度融合,在参数率定、数据同化、预报校正等环节发挥重要作用,显著提升水系统模拟的精度与效率。

WuCH NRM(全河网模型)致力于实现流域级水系统的快速高效仿真。模型的地表汇流模块基于分布式水文模型原理,模拟降水在坡面的产汇流过程,考虑下垫面空间异质性的影响。河道演进模块采用一维水动力方法,计算河网中各断面的水力要素,支持复杂河网拓扑结构的自动处理。水位预报模块集成实时校正技术,提供关键断面的水位预测和不确定性分析。水库调度模块支持多种调度规则的灵活配置,优化水库群的联合运行策略。各模块通过统一的时空框架和数据接口实现无缝耦合,完成从降水产流、汇流演进到工程调度的全过程一体化模拟,为流域水资源统一管理和防洪调度决策提供技术支撑。

这一完整的软件体系具有显著的国产化优势。所有产品均基于自主核心技术研发,形成了完全自主的知识产权体系,并通过了主流信创环境的适配认证。同时,公司建立了完善的技术支持与服务保障机制,为用户提供持续可靠的技术支撑。目前,舞川通过将软件能力与实际治理需求深度融合,已经形成了多个成熟的业务应用范式,充分展现了舞川的水数学模型技术体系在解决复杂水问题方面的优势。

在水利行业“四预”业务体系建设中,舞川基于自主模型研发了“预报-预警-预演-预案”软件产品。该产品通过多模型耦合,实现了从气象预报到水情预测、从风险识别到预警发布、从情景模拟到方案优化的业务闭环。系统建立了分级分类的预警指标体系,支持多源监测数据的实时接入与智能分析,能够自动识别风险并生成预警信息。依托数字孪生技术,构建了涵盖多种典型情景的预案库,支持调度方案的实时模拟与优化比选,显著提升了水灾害防御的精准性和时效性。

在水务行业,城市内涝预警与调度系统通过多模型耦合实现了内涝防控全过程数字化管理。系统集成了城市水文模型与地表漫流模型,构建了高精度的城市水文水动力模型体系。基于智能算法,实现了积水深度与范围的精准预测,建立了内涝风险实时评估体系。系统能够自动生成包含积涝点位置、内涝点水深、排水泵站调度、应急资源调配、交通疏导等要素的综合调度方案,显著提升了城市防灾减灾的应急响应能力。

在河湖水体水环境保护领域,水环境精准管控平台通过模型与监测数据融合,可以实现河湖水体水环境精准预测和精细化管理。平台耦合水质模型与智能引擎,构建了涵盖污染源、河湖水系的数字孪生系统。通过污染溯源分析,高效识别各类污染源的贡献率;基于情景模拟,优化制定污染物削减方案。平台支持水质指标的预测预警,为流域水环境综合治理提供全方位的技术支撑。

在涉水工程安全管理领域,工程安全与智慧运维体系凭借数字孪生技术,可以实现涉水工程全生命周期管理。系统集成多类专业模型,支撑涵盖水动力条件、工程响应等多维度的数字孪生平台。通过实时数据同化,可以实现工程运行状态的精准模拟;基于智能算法,建立工程安全诊断与预警模型,支持工程健康状态的实时评估与预测性维护。系统可以显著提升工程运行的安全性和效益,为各类重大水利工程智慧化管理提供完整解决方案。

 

以持续创新迎接水治理新时代,做中国智慧水利建设的坚定践行者

过往岁月,舞川坚守水数学模型之本,深耕机理研究,夯实理论根基;面向未来,舞川拥抱人工智能浪潮,推动智水融合,打造技术新范式。

在智慧水利建设新征程上,舞川将坚持双轮驱动:一方面,持续深化水动力、水环境等机理模型研究,巩固核心技术自主可控优势;另一方面,加速推进机理模型与大数据、人工智能的深度融合,构建具备自学习、自适应、自优化能力的下一代智能水模型体系。舞川致力于让模型不仅是模拟工具,更成为水治理决策的“智慧大脑”。

立足水利,超越水利。舞川将主动突破传统边界,将水数学模型技术向水环境综合治理、水生态系统修复等多元领域拓展,强化其作为跨专业、全链条技术枢纽的集成作用,为系统解决复杂水问题提供“覆盖全流程”的强大支撑。

站在“数字中国”与“美丽中国”建设的历史交汇点,舞川秉持开放共赢理念,愿与各界伙伴携手共建产业创新生态,通过技术共享、标准共建、人才共育、市场共拓,推动水数学模型行业整体跃升,形成优势互补、协同共进的创新共同体,以自主模型技术为笔,以持续创新精神为墨,在保障国家水安全、实现人水和谐共生的时代画卷上书写属于舞川的奋斗篇章!