推进智慧水利建设的思考路径

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0引言

“十四五”时期是我国全面开启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，也是抢抓信息革命历史机遇，加快全面数字化发展和政府治理数字化、智能化转型的攻坚期和关键期[1]。党的十九大明确提出要建设网络强国、数字中国、智慧社会，智慧水利是智慧社会的重要组成部分，是推进新时代水利现代化的重要举措[2]，也是水利信息化的发展方向。为贯彻落实《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》提出的“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”要求，水利部党组将智慧水利建设作为推动新阶段水利高质量发展六条实施路径之一的决策部署[3]，印发了《关于大力推进智慧水利建设的指导意见》和《智慧水利建设顶层设计》，制定了《“十四五”智慧水利建设规划》和《“十四五”期间推进智慧水利建设实施方案》[4，5]，明确以数字化、网络化、智能化为主线[6]，以数字化场景、智慧化模拟、精准化决策为路径，以构建数字孪生流域为核心，全面推进算据、算法、算力建设[7，8]，加快构建具有“四预”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和强力驱动[9，10]。2022年5月，江西省高规格召开了全省水利高质量发展大会，明确提出要以改革创新为动力，加快建设智慧水利，高水平提升水利治理能力；6月，中共江西省委、江西省人民政府印发了《关于推进全省水利高质量发展的意见》，按照省委、省政府深入推进发展和改革双“一号工程”的决策部署，在推进智慧建设方面，提出建设数字孪生流域，打造水利智能应用等，目的是要构建智能畅通的智慧水利体系。江西省智慧水利建设仍处于起步阶段，因此，理清江西智慧水利现状，认清所面临的形势，明确发展目标与建设思路对江西省智慧水利建设具有重要意义。

1江西智慧水利建设发展情况

1.1发展现状

2017年全国两会提出开展智慧水利建设以来，江西省高度重视，积极践行“节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力”治水思想，积极筹措资金开展智慧水利建设，已取得初步成效。一是算据基础不断夯实。依托山洪灾害、水库自动测报、水资源监控能力等项目，建设了水文（流量）站、水位站、雨量站、视频监控站等监控站点，基本实现水位、流量、降雨量等要素的自动监测[11，12]。二是算力能力不断提升。建成水利云平台，制定了微服务开发框架及标准规范；建成覆盖省、市、县、乡四级1690个节点的水利骨干网络[13]，实现上连水利部，下连市、县、乡和重点工程管理单位，为数据的网络传输与共享奠定了基础。三是算法不断完善。面向流域防洪与水资源调度初步构建气象洪水预报、防洪调度[14]等模型，开展了视频识别等智能模型建设，并在实际工作中得到初步应用。

1.2面临的困难和挑战

随着智慧水利建设的深入推进，江西省水利信息化工作逐渐面临更多的困难与挑战。智慧水利的实际建设、实际方向和建设需求存在一定差异，全面建设性还有较大欠缺[15]。（1）算据基础薄弱。目前大部分水利设施要实现全面、多方位感知还存在较大差距。部分区域监测手段不足，难以实现与物理流域的精准性、同步性。数据治理和价值挖掘方面，未建立完整的数据模型，难以保证数据质量；未建立健全物理流域及水利工程等基础数据的更新机制，各部门之间数据资产不明晰，未建立数据共享机制，从而导致数据多源问题。（2）算法智慧化水平不高。大多数开发的水利专业模型仅具备常规计算分析功能，与实时更新、全过程、动态反馈的智慧化模拟目标还有一定的差距，核心和关键作用体现不够。水利专业模型研究还不深入，如对降雨、产流、汇流演进全过程洪水形成演变规律，河道泥沙演变趋势及江湖关系变化机理的技术研究都处于起步阶段，面向流域防洪的气象洪水预报模型的预见期不长，面向水资源管理与调配的水资源预报调度模型精度不高；知识平台方面，初步梳理了历史调度方案库、专家经验库等知识库，但是业务领域的知识表达与融合应用仍属空白，难以支撑变化流场下数字孪生流域，多维度多时空尺度的高保真模拟与同步交互调度。（3）算力资源饱和。受多种条件限制，各业务系统基础设施分散，计算资源和存储资源有限，无法满足水利海量数据的挖掘分析，大场景渲染展示等情景的需求。网络通信带宽狭窄，部分环境恶劣的地区仍存在盲区，难以支撑数字孪生流域与物理流域交互的精准性、同步性、及时性。

2发展目标

江西省智慧水利建设应着力于当下的困境与不足，深入分析业务需求，梳理应用数据资源，以新一代信息技术的深度应用，实现水利应用的深度融合。根据全省水利系统的全要素监测感知能力，充分运用云计算、大数据、物联网、5G、人工智能等新一代信息技术[16]，强化水利业务与信息技术深度融合，深化业务流程优化和工作模式创新，夯实水利数据基础，提升算法智慧化水平，完善信息基础设施，构建与水利部、流域管理机构互连共享的、服务各层级水利部门的省级数字孪生平台[17]，建立涵盖流域防洪、水资源管理与调配、水利工程建设和运行管理等领域的“2+N”智能业务应用体系，建立多层级、一体化、主动感知、智能防御的水利网络安全体系[18]，建成以“全面感知、互联互通、深度整合、广泛共享、智慧应用”为特点的智慧水利体系，促进水利信息化提档升级，为新阶段水利高质量发展提供有力支撑与强力驱动[19，20]。江西省智慧水利总体框架如图1所示。

3几点思考与建议

推进江西省智慧水利建设，要按照“数字为体、业务为魂，系统规划，基础先行”的工作思路，充分利用前期已有基础，通过强基础、搭平台、促应用，深入推进水利数据和业务整合，持续夯实水利信息化基础，积极推进数字孪生流域先行先试，推出一批水利智能业务应用，加快实现水利治理体系和治理能力现代化。

3.1夯实水利数据基础，实现数据共享

在江西省水利物联网平台的基础上，逐步加强水文基础设施建设，构建现代化水文站网，强化遥感卫星、无人机航测、无人船、水下机器人、测雨雷达等新型基础设施综合应用，扩大感知范围，实现感知物联化，初步构建空天地一体化感知体系。为提高各类数据的可用性和使用的便捷度、发挥数据底板在支撑业务应用方面的价值，要充分利用江西省水利一张图和江西省水利数据中心前期已有基础，重点围绕流域、河流、水库、监测站点、堤防、农村供水工程等水利对象，加快数据资源与服务建设，升级完善数据模型，构建具备水利数据“源、汇、存、治、管、用”全链路能力的数据引擎。同时，以规范全省数字孪生流域数据底板建设、汇聚与运行管理为目标，加快制定省级数据底板分级标准、数据底板数据服务规范、运行管理规范等标准规范，建立江西水利数据共享机制，减少数据多源情况，实现全省基础数据统一、监测数据汇集、业务数据协同、空间数据一体、共享数据融通。

3.2推进水利知识数字化，提升算法智慧化水平

为满足数字孪生流域数字化场景建设需求，提升水利模拟仿真预演可视化的渲染精细度、交互流畅度、场景还原度，建议在数据底板基础上，对水利一张图空间地理服务引擎进行升级，推进数字模拟仿真引擎建设，依托江西水利厅现有水利云平台，构建高效率、高可用和可弹性伸缩的支撑架构，提升三维空间数据管理、服务的能力，支撑全省数字孪生流域大规模三维数据资产的生产、管理、服务和高保真渲染。同时加快水利专业模型、智能识别模型技术攻关，深入研究流域自然规律，创新升级现有模型，融合流域多元信息升级改造，提升算法精度和智慧化水平。以江西省水利厅水旱灾害防御处大量防汛抗旱资料为基础，开展水利知识提取组织与挖掘处理，充分共享江西省国家防汛抗旱指挥系统已有成果，整合相关水利知识包括专家库、应急预案、应急响应、应急保障、预报调度、灾害现场支持等资料，形成水利知识图谱库，实现水利知识数字化；加快构建水利知识引擎，实现知识抽取、存储、搜索和表达等功能，为数字孪生流域决策分析提供知识依据。

3.3升级扩展信息基础设施，提升算力水平

为保障数字孪生流域水雨情、工情等监测要素高速、稳定、可靠传输，要升级扩展水利信息网，强化新一代5G、微波等新型传输技术应用，在重点区域增设北斗三号通信信道，提升应急通信保障能力。加快构建与水利部、其他省级水利云互联互通的省级水利云中心，同时贯通省市县三级和省内流域、水利工程管理机构。补充建设高性能计算设施，完善AI算力基础设施，为数字孪生流域建设提供统一的计算、存储、网络、安全资源。

3.4推进“2+N”业务应用

（1）流域防洪“四预”应用。通过获取河道水情、水库水情、气象预报以及险工情等信息，基于水文水动力模型、洪水预报模型等对不同调度预案的运行情况进行可视化展示及推演模拟，实现山洪预警、水库河道水位预警、应急值守、应急调度、会商管理等综合指挥。可通过乐安河流域、峡江水利枢纽工程数字孪生流域先行先试建设，探索中小流域防洪和水工程防洪调度“四预”应用；推进赣江流域智慧防洪“四预”系统建设，实现流域重要防洪工程调度模拟、防洪重点区域的洪水过程模拟、防洪形势分析、调度预演评估、方案优选推荐等防洪智能应用，通过预报调度结果与数字孪生流域的实时交互，实现赣江流域水利工程运行实时同步监控和精准调度。（2）水资源管理与调配。在省级L2级数据底板基础上，构建江西省五河流域水资源管理目标、取用水管理数字化场景，基于来水预测模型、地下水数值模拟模型、水量调度模型等水文水资源模型，依托已有水文水资源业务系统和江西省水资源管理平台，接入江西省重点流域水资源总量、取用水量监测站点的监测信息，实现用水限额、生态流量等红线指标预报、预警，通过分析不同来水条件下水资源供需平衡的趋势，实现水资源管理与调配智慧化模拟预演，支撑水量调度计划编制、决策及备案，提升水资源动态监管与精细化配置调度能力。（3）水利工程建设与运行管理。基于水库工程管理平台、江西省水利建设市场信用信息平台，收集整合水利工程规划、设计和建设等相关数据，扩展工程项目立项、设计、建设实施、竣工验收等功能，加强BIM、视频AI等技术应用，强化水利工程项目建设管理。建议在江西省水利工程运行管理系统、江西省国家防汛抗旱指挥系统基础上，整合工程运行的人员、物资、安全运行、维养修护等数据，构建工程运行安全评估预警、工况视频智能识别等模型，实现水利工程安全管理运行预演应用，提升水利工程安全运行管理水平。（4）水土保持治理管理。建议依托全国水土保持信息管理系统，完善水土保持数据库，形成江西省水土保持一张图。推进水土保持智能模型研究，加快构建水土保持规划管理、水土保持监测管理、水土流失监管风险预警、水土保持治理管理等功能的智慧水土保持应用体系，实现水土保持智慧化模拟和精准化决策。（5）探索VR智能应用建设。建议充分发挥江西省VR数字产业优势，结合先行先试工作，在峡江水利枢纽工程开展VR巡查检查、VR险情处置等应用建设。立足于虚拟现实3D技术，依托电排站、堤防、导托渠的高精度建模，实现对电排站、堤防等区域的巡检；将安全事故以及洪涝灾害类险情处置还原到虚拟世界中，搭配多人联机系统实现多人实时交互训练，提升险情处置能力。3.4构牢网络安全防线网络安全体系是智慧水利的重要组成部分，要以持续健全全省水利网络安全体系为宗旨，加强顶层设计，出台江西省水利关键信息基础设施安全保护工作方案[19，20]，建立健全数据安全管理制度；基于已有网络安全防护基础，不断强化网络安全能力建设；强化网络安全监督检查，建立网络安全“查、改、罚”监管机制，提高信息通报、应急处置能力。定期开展安全检测评估，掌握风险漏洞情况。同时加强网络安全宣传，提升水利行业网络安全意识[21]。

4结语

“十四五”时期智慧水利建设将推进水利信息化从数字化、网络化向智能化转变，对江西省来说是一项涉及面广，技术和资金密集的系统工程。本文基于江西省智慧水利建设现状，全面梳理了江西省智慧水利建设资源与应用，初步提出“十四五”时期江西省智慧水利的发展目标。从算据、算法、算力、“2+N”智能业务应用、网络安全体系等五个方面，给出江西省智慧水利建设的几点思路与建议。通过夯实水利数据基础、提升算法智慧化水平、完善信息基础设施、筑牢网络安全体系，为智慧水利建设提供基础支撑能力；同时推进流域防洪、水资源管理与调配等业务应用建设，发挥江西省VR数字产业优势，探索VR技术等高新技术在数字孪生工程的试点应用，实现江西“数字水利”向“智慧水利”的跨越。

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作者:谢敏 韦俊峰 曾斌 单位:江西省防汛信息中心