2022年4月29日

劃重點！水利部明確2025年建成七大江河數字孿生流域

水利部推進數字孿生流域建設

此前，水利部印發了《關于大力推進智慧水利建設的指導意見》（以下簡稱《指導意見》）、《“十四五”期間推進智慧水利建設實施方案》，還同步印發了《智慧水利建設頂層設計》、《“十四五”智慧水利建設規劃》，系列文件明確了推進智慧水利建設的時間表、路線圖、任務書、責任單。

《指導意見》指出，推進智慧水利建設是推動新階段水利高質量發展的六條實施路徑之一，需要按照“需求牽引、應用至上、數字賦能、提升能力”要求，以數字化、網絡化、智能化為主線，以數字化場景、智慧化模擬、精準化決策為路徑，以構建數字孿生流域為核心，全面推進算據、算法、算力建設，加快構建具有預報、預警、預演、預案（以下簡稱“四預”）功能的智慧水利體系。

《指導意見》要求，到2025年，通過建設數字孿生流域、“2+N”水利智能業務應用體系、水利網絡安全體系、智慧水利保障體系，推進水利工程智能化改造，建成七大江河數字孿生流域，在重點防洪地區實現“四預”（即預報、預警、預演、預案），在跨流域重大引調水工程、跨省重點河湖基本實現水資源管理與調配“四預”，N項業務應用水平明顯提升，建成智慧水利體系1.0版。

《指導意見》提出了推進智慧水利建設的主要任務：一是建設數字孿生流域，包括建設數字孿生平臺、完善信息基礎設施。二是構建“2+N”水利智能業務應用體系，包括建設流域防洪應用、建設水資源管理與調配應用、建設N項業務應用。三是強化水利網絡安全體系，包括水利網絡安全管理、水利網絡安全防護、水利網絡安全監督。

數字孿生流域

數字孿生流域是以物理流域為單元、時空數據為底座、數學模型為核心、水利知識為驅動，對物理流域全要素和水利治理管理活動全過程的數字化映射、智能化模擬，實現與物理流域同步仿真運行、虛實交互、迭代優化。

建設數字孿生流域是水利部一項重大的決策部署，水利全系統全行業要提高站位，迅速行動，把思想和行動統一到水利部黨組的決策部署上來，以時不我待的使命感、責任感、緊迫感，大力推進數字孿生流域建設，為新階段水利高質量發展提供強有力支撐和驅動。

此前，在水利部召開的推進數字孿生流域建設工作會議上，長江委、黃委等流域管理機構和地方水利部門 7家單位在會上做了典型發言。本文，數字冰雹帶大家一起細讀7家單位對推薦數字孿生流域建設，提出了哪些指導意見指導。

長江水利委員會

積極謀劃數字孿生流域建設

一是開展數字孿生專題調研，舉辦“數字孿生與水科技創新”論壇，交流技術經驗，學習成功案例，加快數字技術與水利業務深度融合。

二是啟動試點工作，選取三峽庫區、漢江流域、澧水流域以及行蓄洪空間作為試點，開啟數字孿生長江試點建設，全面梳理算據、算法、算力等需求，建立數據底板等標準體系，積極探索數字化場景、智慧化模擬、精準化決策的應用。

三是將數字孿生流域建設納入《長江委推動新階段水利高質量發展工作方案》《強化長江流域治理管理工作方案》等重點工作內容，保障工作持續推進。

不斷夯實數字孿生流域數據底板

一是初步形成了綜合監測站網。集水文、水環境、水生態等于一體的綜合監測站網基本形成，截至2020年，流域內已建成各類站點3萬余個。

二是整合形成了中心數據庫。凝練了集江河湖泊、水利工程、水利管理于一體的水利數據模型，整合形成了47類270余萬個對象的基礎信息、技術成果和管理資料數據庫。

三是精心打造了一張圖。將管理過程全要素信息體現在一張圖上，在近年來的流域規劃，水工程聯合調度，河湖保護管理等監督和核查工作中發揮了實效。

四是抓緊補齊短板弱項。積極推進長江流域全覆蓋水監控系統和水工程防災聯合調度系統前期工作，進一步提高水利感知、數字化映射、全要素數字化場景構建能力。

努力突破數字孿生流域重點領域

一是成功解耦模型計算功能。將模型計算功能從調度系統中剝離出來，提升為面向機理模型和智能模型的通用服務平臺。

二是初步實現智能業務融合。融合機器學習技術，初步實現了歷史相似雨洪智能分析、預報結果實時智能校正、調度方案智能推薦等突破。

三是努力打造知識圖譜平臺。引進知識圖譜技術，建立調度對象、調度目標間的圖譜關系，初步形成了調度規則庫。

四是不斷完善“四預”應用體系。以提升水旱災害防御和水資源調配能力為突破口，開展預報、預警、預演和預案等聯合研究，助力實現去年流域性大洪水防御的全面勝利和今年漢江秋汛防御、丹江口水庫首次蓄滿的雙勝利，為全面構建“四預”應用體系奠定了基礎。

黃河水利委員會

夯實用好已有工作基礎

黃委信息化建設起步早，2001年“數字黃河”工程建設以來，相繼開展水量統一調度系統、國家防汛指揮系統等項目建設，研發黃土高原土壤侵蝕、黃河下游河道水沙演進等數學模型，初步構建了“黃河一張圖”、視頻監控系統和數據中心等。“三條黃河”聯動應用，初步形成科學決策場，為保障流域防洪安全和供水安全、維護黃河健康生命提供了有力支撐。在今年秋汛防御中，各系統平臺、數學模型及信息化設備為應對復雜汛情、實現多重防御目標發揮了關鍵作用。“數字孿生黃河”是“數字黃河”的升級版，兩者在建設目標、實現路徑上脈絡相通，黃委將結合新形勢新要求，把數字黃河建設成果和經驗運用到數字孿生黃河建設的實踐中去。

統籌推動數字孿生黃河建設

一是成立領導小組。成立以黃委主要負責同志為組長的數字孿生黃河建設領導小組，加強組織領導，下設辦公室承擔日常工作、負責協調落實；從機關部門和委屬單位抽調技術骨干，組建工作專班，集中開展工作。

二是加快開展頂層設計。在水利部統一部署下，提出總體思路和概念性設計，以委內業務部門和技術支撐單位為主，廣泛吸納重點高校、科研院所和信息化企業參與，基本完成規劃編制。

三是研究相關標準規范。在水利部標準規范基礎上，研究制定數字孿生黃河技術規范、標準體系和管理辦法等，增強科學性、系統性和協調性。

四是強化全委信息化項目統籌。數字孿生黃河建設領導小組對全河信息化項目的功能定位、技術路線、成果質量等進行審核把關，確保與數字孿生黃河建設總體目標協調銜接。

抓好重點項目盡快取得實效

一是加快水文水資源站網和監測預報能力建設，加快實施黃河流域全覆蓋水監控系統建設、引黃涵閘取水在線監測能力建設、已建水利工程智能化改造等項目，構建數字化場景。

二是充分發揮黃河實驗室等創新平臺作用，針對重點難點問題組織技術攻關。圍繞防洪防凌、水資源管理與調配等主要業務，研發和改進相關數學模型，通過原型黃河全要素的數字化映射，實現智慧化模擬。

三是改造升級現有防汛指揮決策及水量調度系統，推進相關應用系統建設，加快構建具有“四預”功能的“2+N”智能協同應用體系，為實現精準化決策奠定基礎。

安徽省水利廳

需求牽引，不斷夯實水利信息基礎設施

一是基本建成水利感知網。安徽省共建成水文、水資源、視頻等監測（監視）站點2.18萬余個，基本實現了對重要防洪工程和防汛現場的實時監視，特別是水庫雨水情自動測報實現100%全覆蓋；積極與省委軍民融合辦對接，設立了高分辨率對地觀測系統安徽水利中心，推動“通信—導航—遙感”一體化在全省水利行業中的應用和發展。

二是逐步延伸水利信息網。水利網絡化不斷提升，網絡安全防護體系不斷完善，水利專網覆蓋延伸至縣級，高清視頻會議系統延伸至鄉鎮；推進淮河流域、淠史杭灌區等工控網建設，統一遠程工程監控調度。

三是初步建立水利云平臺。建立了安徽省統一的水利大數據中心和水利云計算平臺，為智慧水利提供“算力”支撐，建立“兩地三中心”的同城和異地災備，實現水旱災害防御、水資源管理、河長制等業務應用系統省級部署、省市縣三級應用。

數字賦能，初步搭建數字孿生平臺

一是初步建成數據底板。初步建成安徽省水利普查、水庫建檔立卡、取水戶“一戶一檔”等基礎數據庫；實現安徽省小型水庫、中小河流、非農業取水口、中型以上泵站實時監測全覆蓋；建成了安徽省水利一張圖，建立多尺度、多分辨率水利專題空間數據庫，匯集重要水利工程、河湖劃界等數據，初步建成安徽省水利數據底板。

二是逐步構建業務模型。依托“數字長江”“數字淮河”“山洪災害”等項目建設，構建大別山區四大水庫與淠河聯合調度模型、山洪災害預警模型、水資源取水超限預警模型、長江崩岸預警模型、響洪甸水庫洪水預報模型、智能語音調度模型、引江濟淮工程BIM模型等，支撐水旱災害防御與水資源管理與調配智能應用。

三是不斷完善知識平臺。基于水利大數據中心，初步構建水利對象關系族譜，為知識平臺提供支撐；建成安徽省超標洪水防御預案庫和調度推演庫、防洪調度方案庫、淮水北調水量調度方案庫等，開發山洪災害防治在線教育平臺，實現水旱災害防御知識專家視頻培訓及電子資料查詢等功能。

提升能力，推進“十四五”數字孿生流域建設

一是開展頂層設計，規劃試點先行。開展安徽省智慧水利頂層框架設計，推進淠史杭“數字灌區”、防汛“三大系統”等項目數字化、網絡化、智能化建設，謀劃開展淠河流域、巢湖流域、秋浦河流域等數字孿生流域試點建設。

二是夯實數據底板，構建數字化場景。加強水庫安全監測數據采集，匯聚農村飲水安全、水利工程工情等監測數據，加強與“數字江淮”對接，拓寬跨行業數據共享，為數字化場景提供數據支撐。

三是增強模型能力，開展智慧化模擬。構建專業化、可視化、智能化模型，建設水利數字模擬仿真引擎，支撐“預報、預警、預演、預案”模擬分析，實現物理流域和數字孿生流域在預演中相互印證、融合、完善，為智慧化模擬提供有力保障。

四是豐富知識平臺，支撐精準化決策。完善專家經驗庫、歷史場景模式庫等內容，逐步豐富知識平臺，在防洪調度、水資源管理與調配、水生態過程調控等預演基礎上，生成決策建議方案，為即時和精準決策提供支撐。

福建省水利廳

著眼新要求，夯實“三算”基礎

一是構筑算據基礎。建設數字水安工程、小流域監測預警、水利一張圖、高清視頻會商系統，實現視頻監控直觀可視、海量數據有機融合、會商部署直通縣鄉村。

二是提升算力水平。建設IPV6水利專網，實施網絡安全防護工程，把所有系統整合上“云”，支撐水利業務高效協同。

三是創新算法應用。全面落實智慧水利先行先試，訓練應用遙感視頻智能算法，研發應用水資源預報調度模塊,推廣應用流域洪水演算模型，提升智能化水平。

瞄準新目標，打造智慧平臺

一是線上建設數字孿生智慧系統。全省共建、數據共享，整合優化現有17個業務系統，對外建設宣傳展示、服務公眾的便民窗口，對內建設指揮決策、調度監管的輔助平臺。

二是線下建設水土保持科教園。弘揚“長汀經驗”，展示水利成就，擦亮福建名片，建設科研試驗、合作交流、科普宣傳、普法教育、水情教育、水文化推廣的基地，打造水網規劃、“數字水利”、防洪減災的演示窗口，面向社會開放共享。

落實新舉措，推動項目落地

一是共建：省級做好頂層設計，搭好總體框架，市縣分級分塊定制開發，上下聯動，協同推動。

二是共享：統一全省水利數據標準，把省市縣所有數據、相關部門涉水數據匯聚到水利大數據中心，實現信息互通資源共享。

三是共用:省市縣涉水事務在平臺上處理，工作成效在平臺上展示，群眾關心的問題在平臺上解決，推動實現全系統在平臺上映射。

四是共管：省級建章立制，定期表揚先進、推廣經驗，及時通報問題、推動整改，合力優化平臺，落實網絡安全聯防聯控。

山東省水利廳

小清河是魯中地區重要的排水河道，水系復雜。2019年汛后，山東投資2.5億元開展數字孿生流域建設，探索構建具有預報、預警、預演、預案功能的流域智慧水利體系。

基本建成流域數字場景

以物理流域為單元、數字地形為基石、干支流水系為骨干、水利工程為重要節點，建設覆蓋全流域的三維數據底板，包括流域數字場景、河道精細數字場景、重點水利工程實景模型以及BIM模型四個部分。對流域內11個排澇泵站及干線、分洪道27個控制閘站進行遠程監控調度，整合集成小清河流域重點工程、關鍵斷面現有視頻監控站點和閘門開度監控實時數據信息，形成一套覆蓋全流域的監測感知體系。同時，依托GIS+BIM平臺,融合62處重點水利工程BIM模型，將基礎地理數據、水利基礎數據、監測感知數據、業務管理數據、跨行業共享數據進行了整編上圖，構建了小清河流域“一張圖”和數字孿生流域可視化平臺。

初步實現智慧化模擬

整合融合小清河流域地理信息、206個實時水情監測信息、實時氣象信息，形成對流域內預見期降雨、河道水位、流量等情況的有效預報。針對不同演算模型，設置相應洪水預報方案，以自動或交互模式實現洪水預報計算及分析。依托三維數字場景對流域內8座水庫入庫流量、庫水位以及河道進行洪水演進，構建57處斷面的預報方案，基本形成對流域內預見期降雨、河道水位、流量等情況的有效預報。對49處位移監測斷面、23處滲壓監測斷面進行實時智能安全監測和堤防安全預警，同時對洪水到達、淹沒情況進行預警，展示洪水預報成果和防洪調度成果。

探索智慧流域建設方向

在小清河數字孿生流域建設中，前瞻性地探索了虛擬現實、增強現實等信息技術在水利工程綜合管理業務中的應用。利用AR、VR技術，結合水利專業模型、可視化模型和數學模擬仿真引擎對部分重點工程開展了數字孿生的先行試驗建設，探索在數字空間對水利工程管理活動的全息智能化模擬，實現數字孿生流域與物理流域實時同步仿真運行，建設基于監測信息感知、信息高效傳輸、險情診斷、防洪形勢研判、防汛決策與行動支持的全鏈條小清河流域防洪減災智能化指揮系統，為未來智慧流域建設提供前期準備。

廣東省水利廳

筑牢“算據”基礎，有力支撐數字孿生流域建設

廣東省建成由2萬多個站點組成的水利感知監測體系，依托省數字政府政務云“算力”中心，匯總各類監測要素至廣東水利大數據中心，夯實數字孿生流域“算據”基礎。率先應用全流域精細化分布式數值預報技術，流域水文要素自動測報率達80%。200平方公里以上的270條中小河流洪水預報時效達2小時，測報能力居全國前列。積極推行北斗衛星、物聯網等新型感知監測技術及5G通信技術應用，國內首創通過“無人機+水文船”完成約2000公里流域水陸地形、地貌和水流態測量和建模。

深化“四預”算法，科學調度防御流域水旱災害

預報預警方面，聚焦江河洪水和暴雨山洪兩大風險，構建流域洪水演進分析數字化場景，實現洪水時空演進過程直觀化展示。運用氣象無間隙精細化預報，將山洪災害風險場景從“監測預警”提升至“預報預警”。2020年6月“龍舟水”惠州市永漢河中下游超標洪水和清遠市源潭鎮赤獅坑村山洪地質災害，均提前發出風險預警，實現人員“零傷亡”。

預演預案方面，去年以來廣東省東江流域遭遇歷史罕見旱情，通過建立一地一策旱情指標體系，依托水資源管理系統開展流域區域水量供需平衡推演分析，精細控制東江流量，對流域內三大水庫實施“日調度”，對東江水利樞紐實施“時調度”，有效保障粵港兩地供水安全。

強化“數智”融合，一網統管提高流域統籌治理

流域數據實現“一屏全覽”，風險預警“一點即現”，協同指揮“一鍵通達”。流域江河洪水、暴雨山洪、水資源三條紅線、病險水庫等各類風險細化到區縣，逐時更新，提示推送到人。河湖監管從“現場管理”到“線上管理”。運用數字孿生、大數據分析、視覺AI、知識圖譜等先進技術打造河湖天空地一體化監管體系，大面積、高精度、高時效地對八類河湖典型問題進行監管，輔助全省8萬多名河長、400多名湖長實現在線履職，河湖“四亂”問題基本實現遙感自動分析、多級協同監視、在線復核處理。

浙江省嘉興市水利局

搭建數字孿生場景，夯實智慧水利支撐底座

一是將跨部門、跨區域的降雨、水位、潮位、流量、工情、視頻六大類數據全面匯集到政務云水利數據倉，實現全域數據歸集，現已匯集4803個對象的靜態數據和2.8億條動態數據。

二是通過遙感圖、地形圖、矢量圖三圖融合技術，搭建了嘉興全域1004公里的行洪骨干河網數據底板。對杭嘉湖南排工程進行精細化建模，對長山河樞紐等5個南排口門工程通過在線感知監測系統實時反饋每一臺水泵、每一扇閘門的運行狀態，初步實現了嘉興市水災害防御物理世界與孿生場景的互相映射、實時聯動。

三是針對嘉興水網特點，在太湖流域模型基礎上建立“杭嘉湖—嘉興—五縣兩區”逐級細化的水利模型，包括產匯流模型、河網水動力模型和大數據分析模型，結合數據底板構建嘉興智慧水利大腦，開展數據分析，支撐水位預報、工程調度、風險預警等需求。

強化智慧研判，構建“四預”決策調度平臺

在預報方面，將5km×5km網格化氣象預報成果與水情、工情相結合，通過模型分析，預測嘉興西部、北部來水和東排、南排等邊界水量交換情況，實現骨干行洪河道逐小時每2公里的精準化預報，延長預報期。

在預警方面，系統自動分析并生成風險圩區、堤防的基礎信息、重點保護對象、預估經濟損失，結合基層防汛防臺體系和易澇風險區人員分布情況，利用多元化信息發布機制，實現點對點風險預警。

在預演方面，利用智慧水利大腦，模擬城防工程、南排工程在多種組合運用下骨干河道的洪峰到達時間、水位變化過程及圩區淹沒情況，對多種調度方案的效果進行對比分析。

在預案方面，依據調度方案對比分析成果，結合專家經驗研判，形成不同等級響應狀態下的水災害防御預案，指導工程調度運行。

推動機制重塑，實現水災害防御共享協同

一是按照“共建共享、互聯互通”原則，建成覆蓋市、縣、鄉鎮三級政府部門共用的水災害防御決策調度一體化應用，滿足各級水災害防御需求。建立市縣水利工程一體化聯合調度運行機制，實現防汛調度“業務重塑、流程再造”，達到防洪排澇效益最大化。

二是面向治理端，構建嘉興市水災害防御決策支持移動應用，為應急、建設、交通航運等相關部門提供業務支撐；面向服務端，構建“嘉水在線”APP，為公眾提供實時汛情信息，接收災情險情上報。

三是通過數字化、智慧化、精準化應用平臺建設，全面提高了嘉興市水災害防御調度水平、全面發揮了水利工程防洪減災效益、全面增強了洪澇災害風險應對管理能力，實現了看水一張圖、管水一平臺、調水一盤棋。

數字冰雹智慧水利，助力數字孿生流域建設

推進數字孿生流域建設，是貫徹落實習近平總書記重要講話指示批示精神和黨中央、國務院重大決策部署的明確要求，是適應現代信息技術發展形勢的必然要求，是強化流域治理管理的迫切要求。

數字冰雹作為數字孿生領域的代表企業，十余年深耕核心技術自主研發，在智慧水利建設領域，已有成熟解決方案。

數字冰雹智慧水利數字孿生IOC系統，面向水利監督管理部門，支持整合水利各部門現有信息系統的數據資源，深度融合5G、大數據、云計算、AI、融合通信等前沿技術應用，將信息、技術、設備與水利管理需求有機結合，覆蓋水利綜合態勢監測、水資源監測、流域氣象水文監測、水庫調度監測、梯級電站運行監測、防汛安全監測等多個業務領域，全面賦能用戶業務應用，實現“智能感知、智能處置、智能考評、智能改進”，有效提升跨部門決策和資源協調效率。

案例：三峽“流域梯級全景監控平臺”

數字冰雹為 三峽水利樞紐梯級調度通信中心 提供的“流域梯級全景監控平臺”，是對用戶防洪、航運、發電和生態等調度業務進行綜合監管的核心平臺。系統深度融合大數據、云計算、AI、融合通信等前沿技術應用，將信息、技術、設備與水利管理需求有機結合，規劃設計了“流域氣象水文監測、長江流域概覽與防洪監測、梯級電站外送及運行監測、階梯水庫調度監測、系統信息流及安全態勢監測”等多個主題，支撐用戶對各個業務功能運轉進行全面的運維與監控，推動水利綜合業務精細化管理，提升科學化決策調度管理水平。