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1、 前 言 水是生存之本、文明之源,水利不仅事关防洪安全、供水安全、粮食安全,而且关系到经济安全、生态安全、国家安全,水利工作成效至关重要,迫切需要运用新一代信息技术提高水利工作成效。“十四五”时期是乘势而上开启全面建设社会主义现代化国家新征程、向第二个百年奋斗目标进军的第一个五年,是加快生态文明建设和经济高质量发展的攻坚时期,也是深入贯彻“节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力”的治水思路、落实习近平总书记关于网络强国的重要思想的关键时期。站在新的历史起点,我国进入新发展阶段,国家信息化战略和治水方略的部署要求、水安全保障的迫切需求、信息技术的快速发展,都对智慧水利建设提出了新的更高要求。智慧
2、水利建设被提到前所未有的高度,迎来重大机遇。“十四五”必须高举智慧水利这面旗帜,按照“需求牵引、应用至上、数字赋能、提升能力”的总要求,加强数字化转型,加快构建智慧水利体系,提高“四预”能力,为新阶段水利高质量发展提供有力支撑与强力驱动。本书编写组 指导单位 中国移动集团公司政企事业部 编写单位 中移系统集成有限公司 北京智汇云舟科技有限公司 上海威派格智慧水务股份有限公 主 编 卢卫娜 (中移系统集成有限公司)参 编 周文丽、李锋、官情、孙季辉 (中移系统集成有限公司)周 舟 (北京智汇云舟科技有限公司)任国飞 (上海威派格智慧水务股份有限公司)目录 01 行业趋势 02 愿景内涵 03 整
3、体架构 04 应用场景 05 经典实践 06 生态合作 1 01 行业趋势 2 1.1 政策导向 2021 年 10 月,水利部“十四五”智慧水利建设规划指出:坚持“需求牵引、应用至上、数字赋能、提升能力”总要求,以数字化、网络化、智能化为主线,以数字化场景、智慧化模拟、精准化决策为路径,以网络安全为底线,通过建设数字孪生流域、“2+N”水利智能业务应用体系、水利网络安全体系、智慧水利保障体系,推进水利工程智能化改造,建成七大江河数字孪生流域,在重点防洪地区实现“四预”,在跨流域重大引调水工程、跨省重点河湖基本实现水资源管理与调配“四预”,提升 N 项业务应用水平,建成智慧水利体系 1.0 版
4、,水利数字化、网络化和重点领域智能化水平明显提升,为新阶段水利高质量发展提供有力支撑和强力驱动。2021 年 11 月 29 日,关于大力推进智慧水利建设的指导意见明确:要积极推进水利工程建设和运行管理、河湖长制及河湖管理、水土保持、农村水利水电等业务应用建设,逐步形成“2+N”水利智能业务应用体系。到 2025 年,建成智慧水利体系 1.0 版;到 2030 年,具有防洪任务的河湖全面建成数字孪生流域,水利业务应用的数字化、网络化、智能化水平全面提升,建成智慧水利体系 2.0 版;到 2035 年,各项水利治理管理活动全面实现数字化、网络化、智能化。2021 年 12 月,推进数字孪生流域建
5、设工作会议指出:按照需求牵引、应用至上、数字赋能、提升能力的要求,以数字化、网络化、智能化为主线,以数字化场景、智慧化模拟、精准化决策为路径,以算 3 据、算法、算力建设为支撑,加快推进数字孪生流域建设,实现预报、预警、预演、预案功能。1.2 行业发展 发展现状及存在的问题 我国水利信息化行业起步较晚,目前水利信息化行业正处于全面实用及发展阶段。据水利部统计,我国智慧水利数字化方面,初步形成了 43.36 万处点组成的水利综合采集体系,全国水利一张图正式发布并得到积极应用,高分辨率卫星遥感实现了全国年度全覆盖。网络化方面,全部地市级以上水利部门和 80.5%的县级水利部门接入水利信息网,99.
6、7%的地市级以上水利部门和 90.7%的县级水利部门接入视频会议系统,初步构建了省级以上水利部门网络安全防护体系。智能化方面,有 11.7%的智能视频监控,8 类河湖“四乱”现象实现遥感影像人工智能识别,大数据应用初见成效,在 11 个单位开展智慧水利先行先试工作。(数据来源:中国水事网)截至 2021 年底,建设了全国水利信息点 43 万个,全国 5186 条有防洪任务的中小河流实现了水文监测全覆盖,11 万座国家报汛站雨量水情监测信息收集传输时间由过去的小时级缩短到分钟级。在全国建立水利一张图汇集了 55 类 1600 万个水利对象,且实现动态管理和在线更新。全国范围内规模化以上的江河湖泊
7、、水利设施、4 水利管理单位都实现了空间化管理,为防汛抗旱、水利突发事件的应急处置提供精准化支撑及水资源管理制度的实施、河湖长制的实施提供精细化服务。(数据来源:水利部官网)虽然我国智慧水利建设取了较大的进展,但与水利高质量发展的需求相比,智慧水利仍存在明显短板和薄弱环节。数字化方面,感知覆盖范围不足、监测要素不全、技术手段不够先进,例如 50%的中小河流没有监测设施、大部分中小水库和堤防未开展安全监测。网络化方面,网络覆盖和带宽还不能满足需要,网络安全防护能力不强,工控网建设差距大,如近 20%的县级水利部门尚未接入水利业务网,大型水利工程仍以现地控制为主。智能化方面,模型能力不足、支撑决策
8、精准化程度不高,例如预报以集中式、经验性模型为主,预警能力不足,预案精细化程度不够,预演能力难以支撑多方案优选。(数据来源:中国水事网)水利市场分析 目前,我国水利事业进入蓬勃发展的新时期,中央对水利建设投资今年迅猛增加,2021年累计安排中央水利建设投资计划1482.0亿元;截至 2022 年 5 月 31 日,已累计安排中央水利建设投资计划 2307.5亿元,远超出 2021 年全年投资。(数据来源:水利部统计公报)从全国范围看,水利建设全年投资近年增幅显著,截至 2022 年 8月底,全国落实水利建设投资 9776 亿元,为历史同期最高,较 2021年同期增加 3296 亿元、同比增长
9、50.9%。新开工重大水利工程从数量 5 上属历史同期最多,主要集中在防洪、水资源配置、灌溉和水生态治理方面。(数据来源:中国产业经济信息网)党的十八大以来,先后实施了 172 项、150 项重大水利工程。十年来,全国完成水利建设投资达到 6.66 万亿元,是之前十年的 5 倍。(数据来源:水利部官网)未来,全国水利投资年均增速将保持较高水平,水利工程行业投资建设力度将继续加大,发展前景可期。其中,重大水利工程建设将成为行业发展重点,预计将重点针对资源性、工程性缺水地区、防洪体系有较大缺陷的地区,加快建设一批重大引调水工程、重点水源工程、江河湖泊治理骨干工程,优先安排前期工作基础较好的重大水利
10、工程。据2022 中国智慧水利市场研究报告预测,“十四五”智慧水利市场有望达到 845 亿元,期间复合增长率 31.61%。从各省已公布的十四五期间水利建设投资规模来看,市场将重点分布在华东和华南地区。智慧水利发展趋势 未来水利基础设施重点领域为:一是完善流域防洪工程体系,进一步优化流域防洪工程的布局。通过加强河道及堤防、调蓄水库和蓄滞洪区建设,提高河道的行洪泄洪能力,增强洪水调蓄能力,确保分蓄洪区分蓄洪功能。二是实施国家水网重大工程,以大江大河大湖自然水系、重大引调水工程和骨干输配水通道为纲,以区域河湖水系连通工程和供水渠道 6 为目,以控制性调蓄工程为结,解决水资源时空分布不均的问题。三是
11、复苏河湖生态环境,加强河湖生态保护治理,加强地下水超采综合治理,科学推进水土流失综合治理,让河流恢复生命、流域重现生机。四是通过数字孪生、大数据、人工智能等新一代信息技术与水利业务的深度融合,建设数字孪生流域、数字孪生水网和数字孪生水利工程,赋能推动新阶段水利高质量发展的先进引领力和强劲驱动力。7 02 愿景内涵 8 2.1 愿景 水是生存之本,生命之源。千百年来人类社会依水而居,生生不息。习总书记站在党和国家事业发展的全局战略高度,多次强调治水对民族发展和国家兴盛的重要意义,提出“节水优先,空间均衡,系统治理,两手发力”新时代治水方针,为我们做好水利工作提供了科学指南和根本遵循。中国移动以习
12、近平新时代中国特色社会主义思想为指导,认真落实党中央、国务院决策部署,深入践行习近平总书记“十六字”治水方针和关于网络强国的重要思想,全力支持构建具有“预报、预警、预演、预案”功能的智慧水利体系,为新阶段水利高质量发展提供有力支撑。按照关于大力推进智慧水利建设的指导意见、智慧水利建设顶层设计、“十四五”智慧水利建设规划、“十四五”期间推进智慧水利建设实施方案、关于切实加强水库除险加固和运行管护工作的通知等工作部署,中国移动本着开放共享、技术领先、安全优先、智能融合的原则,充分发挥新一代信息技术优势以及大数据分析、人工智能、移动云优势。全力支持构建具有“预报、预警、预演、预案”功能的智慧水利体系
13、,强化 5G、物联网、大数据、人工智能等与水利工作深度融合,驱动和支撑水利治理体系和治理能力现代化。2.2 内涵 面向“十四五”智慧水利建设要求,中国移动将全面落实“力量大 9 厦”战略部署,以“创世界一流企业,做网络强国、数字中国、智慧社会主力军”为目标,依托中国移动规模最大的网络资源,为水利业务政府部门提供如下助力,全方位助力水利智慧化进程。加强水利领域信息基础设施:十四五时期经济社会发展主要指标中,“安全保障”成为和经济发展、创新驱动、名声福祉和绿色生态并起的国家五大发展核心指标之一。网络安全是国家安全战略重要组成部分,水利作为关键信息基础设施重点行业之一,中国移动愿依托自身云网优势,巩
14、固深化水利信息网和水利云建设,加强算力建设,不断完善水利信息网和扩展升级水利云平台,提供高性能计算存储和泛在网络连接支持,优化健全水利网信保障体系,夯实数字孪生流域的网络能力基础。建立水资源信息采集与传输与水资源信息化工程标准体系。协助构建数字孪生流域:中国移动愿配合水利部及各大流域委、各省水利厅和水利局,加强算据、算法建设,推动数字孪生流域建设。依托中国移动网络规模和技术优势,协助水利领域完善基于空天地一体化物联感知网,扩展升级水利一张图,构建智慧水利三级数据底板,为智慧水利海量数据支撑提供保障;依托中国移动信息化建设能力基础,集成耦合水资源、水环境、水土保持、水利工程安全等多维多时空尺度数
15、学模型,扩展数字化表达和可视化呈现功能,构建知识图谱、业务规则、历史场景和专家经验等知识库,助力打造数字孪生流域模拟仿真平台。助力建设流域防洪系统:中国移动将依托中国移动网络规模和通信产品优势,在水利领域完善防汛抗旱“四预”业务平台,结合 5G 定位 10 技术、信令大数据等技术积累,配合扩展定制流域防洪数字化场景,以信息化管理手段合理确定流域生态水量和重要控制断面生态流量,升级完善流域防洪预报、预警、预演、预案功能,为水利部防汛抗旱指挥系统提供精准、全面、实时、高价值的数据分析和决策支撑。支撑水库除险加固和运行管护工作:中国移动愿意协助水利部及各大流域委、各省水利厅和水利局,落实党中央、国务
16、院决策部署,借助中国移动强大的大数据分析能力快速分析病态水库的病因和解决方案,加快病险水库的除险加固,消除大坝安全隐患。利用 5G 网络,大数据和人工智能等信息技术加强水库监测预警,切实保障水库安全运行和长效发挥效益。助力建设水资源管理与调配系统:中国移动愿协助水利部及各大流域委、各省水利厅和水利局各业务系统完善水资源管理与调配系统,依托信息化建设能力基础和通信产品能力,协助完善水资源管理与调配数字化场景,扩展升级水资源监管预警、调配管理决策、节约用水管理服务等功能,助力搭建水资源管理与调配综合平台。推动智能业务应用系统建设:中国移动将以智慧城市 Onecity 产品为抓手,构建水利行业合作联
17、盟生态,针对智慧水利建设中的业务需求,协同开发 N 项业务应用,打造智慧水利应用体系。依托网络技术、物联网、GIS 空间、通信产品、数据平台等能力积累,助力水利工程建设和运行管理;以自有产品“河长通平台”为基础,构建河湖管理数字化场景;结合中国移动自然资源时空大数据平台能力,建设水土保持数字化场景,构建水土保持智能模型;通过“智慧水务”解决方案,构建农 11 村水利水电应用系统,开展水源供水量动态预测以及农村供水工程运维管理安全预警;同时搭建区域及行业节水服务平台,构建用水效率评价模型,为国家节水行动提供支撑;利用中国移动网络与大数据能力,支撑南水北调工程运行与监管,推进数字孪生南水北调建设。
18、推进水利领域国产化替代工程实施:中国移动将充分发挥中国移动及移动专业公司相关资质以及丰富的上下游产业生态优势,协助水利客户完成内网档案系统、专网综合业务门户、电子政务综合平台、公文管理系统、人员基础数据库、远程公文传输系统的国产化改造、迁移和适配工作。加强区块链、人工智能、大数据等技术在水利领域的联合研究:中国移动愿与水利部及全国各水利单位共同深耕探索新兴技术与水利行业的融合应用,优化水利信息化保障环境,保障水利信息安全,创新实行信息化工作架构和政策标准,加快构建产业新业态、新动能,加强智慧水利数字化场景、智慧化模拟、精准化决策的能力建设,助力提高水资源智慧管理水平。12 03 整体架构 13
19、 3.1 业务架构 整体架构 中国移动智慧水利解决方案的服务客户以全国各流域委、水利厅、水务局、水利局为主,方案旨在借助信息化手段,按照“需求牵引、应用至上,数字赋能、提升能力”要求,围绕水利中心工作,整合水利信息化资源、优化水利信息化配置、融合先进信息化技术,推进水治理能力现代化建设,最终加强水利综合决策、提升水利业务水平。图 1 智慧水利整体架构图 详细介绍 物联感知层:响应水利部十四五规划中天空地一体化感知网络体系建设,利用北斗监测、卫星遥感、无人机、无人船、视频监控、智能 14 终端、物联网等先进技术手段和仪器设备,按照“应建尽建、应接尽接”的原则,构建流域全覆盖的天空地一体化监测感知
20、网。网络传输层:发挥中国移动网络优势,构建和加强水利领域传输能力,当前全国水利业务网能力不足,水利业务应用“三级部署、多级应用”有待提升;骨干网带宽仍不能满足数据传输、服务调用等需要。发挥移动 4G、5G 网络优势,通过物联网络、无线网络、互联网、视频专网以及水利专网打造一体化水利业务传输网;在加强网络传输能力基础之上同时开展网络安全威胁监测预警体系建设,强化水利网络安全监测和检查,完善网络安全防御设施,构建覆盖智慧水利综合感知、分析处理和智能应用全过程的国网安全保护体系,提高水利水务领域网络安全防护能力。平台支撑层:平台支撑层主要以移动云和移动智慧城市 OneCity自有产品为依托,包括移动
21、云平台、数据中台和能力中台三部分:云平台:现有水利业务涉及集中式大量影像信息提取、大数据挖掘分析计算、全域联机滚动洪水预报等需要增强足够的云计算能力,同时高频监测数据、遥感数据及水利业务输入输出的大量图片、图像、视频等数据快速增长,需要海量的存储空间和处理能力。建设水利云数据中心,利用云计算技术,提供统一的云计算、云存储、云管控、云安全等云服务。通过动态资源调度机制对资源进行实时的合理分配,提高水利云计算数据中心的资源利用率,满足新时期水利业务对云计算能力和存储的要求。数据中台:目前水利行业建设面临的信息资源开发问题,一方面数据标准规范不统一,存在大量重复采集建设问题,一方面各系统又 15 孤
22、立封闭大量数据不能够互相共享,造成信息化开发利用不充分,信息化建设难以发挥最大效应,通过数据中台建设既可以对数据进行统一标准建设,又能够实现数据融通共享,将水利水务数据、气象数据、地理底板数据、水文数据等打通,更好的实现信息化对业务全流程的支撑。能力中台:基于中国移动 OneCity 底座中 AI 能力、GIS/BIM建模能力以及孪生能力,重点支撑水利领域流域孪生实现,通过建模、叠加数据实现物理空间和数字空间映射,再叠加模型算法进行仿真推演以及可视化呈现,最终达到科学决策,最终实现能够全流程,全要素、全过程支撑,以及过程中的动态可视化。智慧应用层:基于智慧水利底层框架,支撑上层面向水利水务各细
23、分领域的场景应用,包括流域防洪应用、水资源管理与调配应用、水利工程建设运行与管理应用、水利一张图、水土保持应用、农村供水业务应用、智慧灌区应用、水利行政应用、节水管理与服务应用、水利公共服务应用、水行政执法应用、水利监督应用、水文管理应用、以及南水北调工程运行与监管应用等等。决策服务层:在能力中台、智慧应用基础上,打造水利决策 IOC 层,基于人工智能分析、业务场景建模和数据分析研判及数据治理构建智慧水利大脑,通过指挥控制中心,从而实现水利项目运行实时监控、综合决策分析、科学预警优化和应急联动处理。实现水利业务“一网协同”,“一屏统揽”,实现水利业务决策科学化、应用智能化、治理精准化。两体系:
24、健全和完善标准化的安全保障体系和运行维护体系,遵照水利信息系统运行维护规范 等行业标准,通过梳理运维管理需求、规 16 范运维流程,建设一套融合组织、制度、技术的科学有效信息技术运维管理体系,为提高智慧水利应用效益提供可靠保障;建立健全网络安全态势感知、安全预警、协同响应、风险评估、溯源反制和应急处置,真正做到跨域协同指挥,打造安全的网络保障体系。17 04 应用场景 18 4.1 水利数字孪生 应用需求 国家“十四五”规划纲要明确提出“构建智慧水利体系,以流域为单元提升水情测报和智能调度能力”,数字孪生流域作为智慧水利建设的核心和关键,要求在水利一张图基础上构建全国统一的数据底板,升级扩展三
25、维展示、数据融合、分析计算、动态场景等功能,建设完善数字孪生平台、提升信息基础设施能力,建成大江大河大湖及主要支流、重点流域和重点区域的数字孪生流域,为“四预”功能实现和“2+N”智能应用运行提供算据、算法、算力等资源支撑,加快构建智慧水利体系,提升水利决策与管理的科学化、精准化、高效化能力和水平,为新阶段水利高质量发展提供有力支撑和强力驱动。应用方案 基于水利信息基础设施,以国产自主可控的三维地理信息引擎为核心,利用云计算、物联网、大数据、人工智能、遥感、数字仿真、三维视频融合、时空位置智能等技术,对物理流域全要素进行数字映射,构建出实时实景动态可视的流域孪生场景。并通过建设模型平台和知识平
26、台完成水利治理管理活动全过程的智能模拟和前瞻预演,支撑水利业务“四预”功能实现。数据底板建设 通过数据汇聚、信息共享,构建涵盖基础数据、监测数据、业务管 19 理数据、地理空间数据和跨行业共享数据的数据底板,为水利数字孪生流域数字化场景建设提供数据支撑。模型平台建设 建设包括水利专业模型、智能识别模型及可视化模型的统一模型平台,为数字孪生流域的智慧化模拟提供算法支撑。主要包括气象-水利模型、产流模型、汇流模型、产污模型、一二维水动力模型、一二维水质模型等水利专业模型,遥感识别、视频识别、语音识别等智能识别模型以及自然背景、流场动态、水利工程、机电设备、“四预”过程等可视化模型。知识平台建设 建
27、设水利知识库和水利知识引擎,实现水利监测预警与信息化管理,提供包括灾情预警、抢险任务调度匹配、汛灾产生因果及干预分析、重大灾害产生因果分析和模型结果接口调用等功能,实现从多源异构数据导入到模型结果可调用的全生命周期管理,为数字孪生流域提供智能内核,支撑正向智能推理和反向溯因分析。数字孪生引擎建设 以国产自主可控的三维地理信息(3D GIS)引擎为核心,集成对监控视频等大规模实时动态数据三维可视的综合承载和融合渲染能力,打造专用的水利视频孪生引擎,建设模型管理、场景配置、模拟仿真等功能,驱动各类模型协同高效运算,在各级数据底板的基础上实现数字孪生流域与物理流域实时同步仿真运行,实时模拟和分析物理
28、流域的运行状态和发展趋势,并将以上环节通过可视化模型动态呈现,实现实 20 时视频、回放视频与地理信息时空统一,构建出实时实景数字孪生流域一张图,支撑水利业务智慧化管理与精准指挥决策。应用效果 流域数字孪生通过“3D GIS+BIM+Video+AI+IOT+网格码+知识图谱+位置智能”,在视频孪生时空统一承载的基础上,综合数据底板全量数据,对物理流域全要素进行数字映射,实现实时视频、回放视频与地理信息时空统一,现场态势实时实景动态掌控,全面赋能水利实景态势的精准直观掌控与管理。集合模型平台和知识平台,完成水利治理管理活动全过程的智能模拟和前瞻预演,通过数字化场景、智慧化模拟、精准化决策,全面
29、支撑实时实景的数字孪生流域和数字孪生水利工程建设。4.2 流域防洪应用 应用需求 水利部“十四五”智慧水利建设规划指出,在国家防汛抗旱指挥系统工程相关防灾调度系统建设成果的基础上,以流域为单元,提升水情测报和智能调度能力,以现有的河湖水系、水利工程、水文站网等物理流域感知网为基础,充分利用科技创新和数字赋能,完善洪水(水量)“四预”功能,完善精准预报能力,升级精准预警能力,扩展仿真预演能力,提升预案优化能力,实现大江大河及重点防洪调度区域(应急水量调度保障区域)的水工程防灾联合调度全覆盖,基本建成水利部 21 本级和七大流域水工程防灾联合调度系统平台,达到全流域洪水(水量)预报、旱情趋势预演、
30、水工程调度成果自动计算、生成、输出、比选,实现各类水工程防灾联合调度和预报调度一体化、灾情评估实时化以及会商、方案模拟实景化,显著提升水旱灾害防御调度数字化、网络化、智能化水平。应用方案 水灾害防御场景应用,主要包括水雨情监测、堤防安全监测、洪水预报、预警发布、联合调度、抢险资源管控、抢险支持、险情演练等功能模块。水雨情监测 基于流域一张图,为政府部门、企事业单位和社会公众提供水雨情查询、监视和分析等。逐小时动态更新水雨情信息。实现流域内站点逐小时动态更新实时监测水位信息。堤防安全监测 对安全监测数据进行实时查询与分析,根据安全监测数据预估变化趋势,为堤防安全监测提供决策分析。洪水预报 洪水预
31、报模块包含预报方案发布、洪水实时跟踪、三维洪水演进、洪水空间分析等。预警发布 构建体系化专业预警模型,实现流域重要站点的洪水预警,并从当 22 前状态预警向预报预警拓展。根据洪水预警发布管理办法的有关技术要求,对流域内干流的重要站点开展洪水作业预报预警。预报预警的发布牵涉到的预报时限、范围等环节,当预警站水位达到设定预警标准水位时,及时启动或调整相应的洪水预警信号。平台实现历史预警发布信息查询,按河流、预警等级、时间范围、站点、预警状态及发布范围等要素,检索历史上发布的预警信息。联合调度(1)水库控制运行计划数字化 搜集流域内大中型重要水库现有的控制运行计划方案,解析各水库防洪调度规则并进行数
32、字化升级。(2)联合调度模型 为最大限度挖掘各主要水库防洪调度潜力,基于最优化理论,引入先进的优化调度技术,开发建立水库防洪优化调度模型库,并构建优化模型求解算法库。(3)联合调度模块功能开发 针对防洪调度过程中复杂的水情、雨情、工情以及诸多不确定性风险因素,平台紧密结合防洪调度会商需求,提供友好便捷的会商界面和快速响应的后台支持模块,为高效开展调度方案会商和决策提供强力支撑。抢险资源管控 抢险基础资料录入,创建动态抢险资料库,专家库建立及分类,各 23 类信息查询功能,生成报表与统计分析;整合流域内所有物资储备数量、位置、出入库等数据;分析提出抢险队伍的专业构成、现场指导队伍和突击抢险队伍人
33、数等;抢险支持 根据上报险情,输入出险的工程类别、规模、工程运行状况、险情描述及地点,判别出险的险情类别,分析可能造成的后果。根据险情上报和抢险工作量,分析提出抢险所需物资、装备、人员调度方案。根据水利工程险情处置方案库、判别的险情,匹配相应的险情处置方案。应用效果 在数字化场景中实现流域管理机构防洪重点区域的洪水(区域径流量)过程模拟、防汛抗旱形势分析、旱情监测趋势研判、调度预演评估、方案优选推荐等防洪智能应用,实现基于数字孪生流域的浏览查询、水流演进、影响区域分析等功能,通过预报调度结果与数字孪生流域的实时交互,实现物理流域水利工程运行实时同步监测和精准调度。4.3 水资源管理调配应用 应
34、用需求 水利部 2022年推进智慧水利建设水资源管理工作要点 中提到,要按照“需求牵引、应用至上、数字赋能、提升能力”的总体要求,根 24 据水资源管理工作实际,着重加强用水量统计与分析、水资源监管、地下水超采治理等重点业务应用,强化算据、算法、算力,统筹推进水资源管理信息系统建设,不断提升水资源管理数字化、网络化、智能化水平,从严从细管好水资源,为推进水利高质量发展提供有力支撑。应用方案 充分利用国家水资源监控能力建设成果,结合大数据分析技术,开展智能、综合、高效的水资源大数据信息服务,实现三条红线综合监管、水资源高效管理分析等大数据应用,做到“现状能监、管理有措、决策有助、应急有策”,全面
35、实现水资源科学、合理、高效利用。水资源精细管理与评估 以三条红线管理为重点,利用水文水资源、社会与经济、基础地理、网络舆情等数据,研制水资源开发、利用、保护等预警预报大数据模型,初步开展智能、综合、高效的水资源大数据信息服务。基于跨业务、跨行业、跨层级的数据综合,实现水资源精细管理、红线复核、风险预警和效益评估等大数据应用。(1)动态分析 对重点水资源区取水水量进行在线监测,并按月、季、年等进行汇总,生成省(市)、县实际取水总量的汇总表;汇集省、市、县上报的取水总量,并与监测总量进行对比分析。分析结果以图表的方式显示、打印和输出。对取用水户取水量进行实时监测,并按照日用水量、月累积量进行汇总,
36、生成汇总表。将实时监测的取用水户取水量与计划用水 25 量及许可用水量进行统计对比,分析得出超许可用水量和超计划用水量的取用水户,并对这些取用水户实现信息预警。(2)需水量变化分析 基于对各区域社会经济数据、用水指标、历史需水量的大数据关联分析,对各个区域生活需水量、生产需水量、生态需水量的变化过程进行分析。(3)供用水大数据分析 对各个管理处的取水、供水工程年度取用水量分析进行历史大数据分析,对供水量、用水量、用水对象进行历史分析、现状识别、未来预判。水资源精细调配与调度 水资源调度决策系统将实现全省水网工程基本信息、工程调度参数、运行数据等关键参数录入,结合水资源监测数据形成调度决策系统的
37、数据支撑和基础,并开发适应调度模型库,以应对不同水资源调度需求情况下的方案编制需求。(1)调配监视 包括水文数据、地下水数据、水源地或水功能区水质数据以及重要取用水户的水量监测数据等内容。(2)调配业务管理 包括各类水资源调配方案的编辑与管理,提供各类可视报表服务。(3)调配综合信息服务 提供基础数据或调配决策专业数据的统计与分析功能。26 水资源评价 水资源实时评价主要包括降水量评价、地表水资源量及水质评价、地下水资源量及水质评价、水资源总量评价、水资源可利用量评价、水资源开发利用评价等方面内容。评价方法主要包括绝对数量的评价、时间序列上的对比分析、空间分布上的对比分析。应用效果 充分运用数
38、字映射、数字孪生、仿真模拟等信息技术,建立覆盖全省的水资源管理与调配系统,推进水资源管理数字化、智能化、精细化。加强监测体系建设,优化行政区界断面、取退水口、地下水等监测站网布局,实现对水量、水位、流量、水质等全要素的实时在线监测,提升信息捕捉和感知能力。动态掌握并及时更新流域区域水资源总量、实际用水量等信息,通过智慧化模拟进行水资源管理与调配预演,并对用水限额、生态流量等红线指标进行预报、预警,提前规避风险、制定预案,为推进水资源集约安全利用提供智慧化决策支持。4.4 水利工程建设运行与管理应 应用需求 以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导,深入贯彻落实“节水优先、空间均衡、系统治理、两
39、手发力”治水思路,坚持人民至上、生命至上,统筹发展和安全,立足新发展阶段、贯彻新发展理念、构建新发展格局,推动高质量发展,强化水利体制机制法治管理,推进工程 27 管理信息化智慧化,构建推动水利高质量发展的工程运行标准化管理体系,因地制宜,循序渐进,推进水利工程标准化管理,保障水利工程运行安全,保证工程效益充分发挥。应用方案 水工程智能应用,需借助 GIS 的空间分析能力和 BIM 的信息整合能力,围绕生产业务和管理两个层面,打造基于 BIM+GIS“一张图”场景的工程建设管理模块。通过收集各模块的数据信息,采用先进的技术手段进行分析管理,并通过指挥大屏进行综合集成可视化展示,实现重点在建水利
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