2024城市全域数字化转型白皮书智慧水利分册

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。202112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2021年12月，水利部印发《关于实施国家水网重大工程的指导意见和实施方案》，要求充分运用物联网、大数据、人工智能、区块2023年1月，《2023年全国水利工作会议》提出：要大力推进数字孪生水利建设，统筹建设数字孪生流域、数字孪生水网、数字孪生工程，构建具有“四预”功能的数字孪生水利体系。加快构建数字积极推进市县等层级数字孪生水网建设。加快建设数字孪生工程。开展工程安全实时监测、智能快速调度、远程安全集控、多维场景耦合计算与展示等技术攻关。构建水利智能业务应用系统。建成多源空间信息融合洪水预报系统、高精度河流水系分区雨水情预报模型，增强流域水工程防灾联合调度能力。建设生态流量、水量分配监测预警系统，实现重要断面生态流量监测预警。整合水利工程建设管理、水利工程运行管理系统，持续拓展水行政执法、河湖监管、节水管理、水土保持、水文管理等业务应用。2023年10月，《构建现代化水库运行管理矩阵先行先试工作方2024年2强调，要强化“四预”措施。集成耦合雨水情预报信息以及流域防洪抗旱调度目标、水工程调度运用、突发水事件处置和河道断面等边界条件，设定不同情景目标，实时分析风险形势，统筹运用水利专业模型、智能分析模型和仿真可视化模型，构建全过程多情景模拟仿真的预演体系。在数字孪生流域和数字孪生工程基础上，根据预报预警成果，“正向”预演风险形势和影响，发现问题、提出措施；根据调度2025施体系、数字孪生平台和业务应用体系建设，实现对水利工程建设过程动态感知、智能预警、智慧响应，数字孪生工程与实体工程同步验收、同步交付。水利工程建设数字孪生相关技术标准体系基本建立。2028建水利工程全面开展信息化基础设施体系、数字孪生平台和业务应用数字化、网络化、智能化管理能力显著提升。与数字孪生流域建设中对全面快速感知的需求相比，现有监测感监测站网覆盖不够，监测要素不全，精度、密度和实时性尚无法满足业务应用精准化精细化的管理需求。如流域内面积200k㎡以下河流、小面积湖泊以及防洪排涝重点城市的水文监测设施不足，排涝泵站调水土保持监测站点尚未完全覆盖流域内的重点区域，监测设备自动化河湖水域岸线、采砂管理等监控设施不足。二是感知自动化和智能化水平方面，工程安全、流量等要素监测自动化程度不高，多以人工施应急监测手段和能力亟需提高。智能视频、卫星遥感和无人机等新技术应用不足，对流域下垫面信息的及时获取和更新构成严重制约。相对智慧水利“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，以算据、算法、算力建设为支撑，实现预报、预警、预演、预案功能”的高要求，现有信息化基础设施支撑能力还存在明显不足，主要体现在：一是网络覆盖面不够、带宽不足。现有网络结构扩展困难，不能满足动态增长的控制性水库100~200M的带宽难以同时兼顾基础信息、业务数据和视频数据传输。二是云计算存储能力明显不足。在数字孪生流域建设和应用中涉及大量非结构化数据处理和模型运算，数据挖掘分析、大规模场景渲染、水利专业模型视频、图像等非结构化数据爆发增长，数据资源的汇集与交换以及未BIM水资源调度模型应用起步晚、模型实用性和精度有待提升；水力学模型、泥沙模型受限于基础数据资料与边界条件，实用化和业务化应用困难；适用于黄土高原、黑土地等特殊地区的水土流失模型尚需针对性研究；水利工程安全评价机理模型通用性不足；水生态环境模型尚处研究和试点阶段。此外，基于数理统计的各类水利模型在稳定性、可解释性等方面距业务化应用还有较大差距，且与机理模型的融合应用不充分。知识建设、管理、应用与服务等各环节缺少技术规范和工具平台。历史大洪水资料数据库、河湖水量分配方案、生态流量管控规则等水利知识未与相关业务耦合应用。此外，取用水管理河湖监管、水利工程建设与管理、水土保持监测监管、水行政执法、水利行政许可等业务规则以不同形式分散在各单位的相关信息系统。网络安全管理制度、安全防护策略标准还需进一步规范，网络安全专网络安全基础防护达不到相应的网络安全等级保护要求和关键信息基提取时空演变过程中与业务主题相关的对象属性，构建数据地图，网络化展现水利对象属性之间透过业务主题的连结路径关系。确认主题关键影响要素。构建水利业务、对象、数据、模型、决策相关联的水利动态知识图谱。习近平总书记站在实现中华民族永续发展的战略高度，提出“节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力”治水思路，依照习近平总坚持问题导向，坚持底线思维，坚持预防为主，坚持系统观念，坚持创新发展，加快推动水利基础设施建设，强化工程质量管理，守牢水利工程建设安全底线，规范水利建设市场秩序，完善水利工程建设体制机制法治，着力构建现代化水利基础设施体系，推动新阶段水利高质量发展。网络强国、数字中国主力军”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。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，促进生态文明建设，为实现人与自然和谐共生的美好愿景贡献力量。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。中国移动将依托中国移动网络规模和通信产品优势，强化数字赋能，在水利领域完善防汛抗旱“四预”业务平台，结合5G定位技术、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中国移动将以智慧城市Onecity产品为抓手，构建水利行业合作N的核心能力，响应“需求牵引、应用至上，数字赋能、提升能力”的三设施、N应用”的整体架构，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。在传统水利监测体系的基础上，建立布局合理、覆盖全面的地面水利工控网重点推进传统水利工程向新型水利基础设施转型，通过对已建水利工程进行智能化改造，加强物理网与数字网全要素动态实时信息交互和深度融合。实现智慧水利工程建设，同步交付实体工程和数字孪生工程。完成大中小型水库、险工险段堤防、重点水闸、骨干淤地坝等水利工程安全及运行监测设施建设。水利工控网主要包括工控设备、工控软件以及工控网络。通过升级改造网络核心设备，全面支持v6DN基于IPv6的新一代智能云网、5G（F5G，The5thGenerationFixednetworks）等技术，水利信息网当前全国水利业务网能力不足，水利业务应用“三级部署、多级发挥移动4G5G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。IT自适应组装”的理念对模型封装与组装进行统一约束与管理，从空间尺度实现模型嵌套，通过抓取场景气候和下垫面特性自动匹配适用的模型和模型参数，对水循环全过程进行模拟和计算。以水旱灾害防御、水资源管理与调配两大业务为核心，基于信息融合共享、工作模式创新、流程协同优化、应用敏捷智能等新时代水利业务应用思路，充分运用遥感解译、水利模型、大数据分析、机器“2+N建设完善水旱灾害防御指挥系统、水资源与节约用水监控管理系统、河湖与河湖长制管理信息系统、农村水利与水土保持管理系统、水利工程建设管理系统、水利工程运行管理系统、水政执法及河湖采砂管理信息系统、水文业务系统、水利电子政务系统。通过大力推进业务系统建设，加强应用和业务的深度融合，实现业务流程再造，监管格全面提升水利业务的精细管理、预测预报、分析评价、决策支持与监督稽查能力。3.43.4根据国家和水利部网络安全相关政策标准要求，结合网络安全形势与网络安全建设现状，完善涵盖安全技术、安全管理、安全运营的智慧水利网络安全体系，全面提升水利网络安全水平，确保水利网络安全。其中，网络安全管理体系主要是建立制度、规范、流程和规程构成的网络安全管理制度标准体系，覆盖网络安全组织管理、人员管理、建设管理、运维管理、应急响应和监督检查等各项工作。网络安全运营体系主要是开展日常威胁预测、威胁防护、持续检测、响应处网络安全态势感知预警及应急处置能力、水利关键信息基础设施安全数据底板是建立在水利云上的海量数据存储和管理体系，主要通过汇集和治理基础数据、监测数据、业务数据、跨行业共享数据和地地理空间数据主要包括数字正射影像图（DOM，DigitalMap（DEMDigital/数字表面模型（DSM，DigitalSurfaceModel）、倾斜摄影影像/激（BIMBuilding按照数据精度和建设范围分为L1、L2、L3三级。L1级是进行数字孪生流域中低精度面上建模，主要包括全国范围的DOM和要包括重点区域的高分辨率DOM、高精度DEM/DSM、倾斜摄影影景建模，主要包括重要水利工程相关范围的高分辨率DOMDEM、倾斜摄影影像/激光点云、水下地形、BIM容，并进行有效的数据组织。对水利业务管理对象进行抽象和空间化支撑数据的“随需所取”。采用监督学习、半监督学习和无监督学习等数据挖掘算法模型，对数支撑流域2+N业务的水利专业模型包括水文模型、水力学模型、水资源模型，泥沙动力学模型、水土保持模型、水生态环境模型、大2+N识别模型、视频识别模型、语音识别模型等，突出发挥遥感等新型感知技术在重要业务场景的关键作用，提高工作效能。水利语义大模型通过对通用的国产化语义大模型进行训练和微调，使其能够满足水利领域的应用要求，实现对水利数据的深度分析和挖掘，为水利行业的决策和规划提供有力支持。为了提高流域场景数字孪生仿真的效果，还需建设具有自然背景、流场动态等可视化模型。模型平台应该具备专业性、通用性、智慧性、仿真性、以及高效性，在功能的设计上，具备数据管理、模型管理、场景配置、模拟仿真等功能，所有功能构数字化场景构建和模拟仿真服务。业务规则库将相关法律法规、规章制度、技术标准、管理办法、规范规程等文档内容进行结构化处理，通过对业务规则的抽取、表示实现陈述性和过程性知识表示；知识抽取采用统计模型和监督学习等并抽取各类水利对象实体的属性，对水利领域实体类别及相互关系、领域活动和规律进行全方位描述：知识融合针对多源知识的同一性与异构性，构建实体连接、属性映射、关系映射等融合能力；知识推理通过监督学习、半监督学习、无监督学习和强化学习等算法，构建水利推理性知识；知识存储采用图计算引擎管理和驱动水利知识实现超大规模数据存储。N业务平台，实现“预报精准化、预警超前化、预演数字化、预案科学化”的防洪智能应用。预报方面，以扩展预报内容、提高预报精度延长预见期为目标，综合运用气象水文、水文水力学耦合预报以及预报预警方面，以预警信息及时精准、预警对象全面覆盖、预警渠道直达一线为目标，构建多种类多渠道的水灾害预警体系；预演方面，以贴近实战、发现问题为目标，设定不同情景目标并实时分析水旱灾害防御形势，构建全过程多情景模拟仿真的防灾预演体系，迭代优化运行调度方案；预案方面，以提高科学性和可操作性为目标，结合水工程运行状况、经济社会发展现状等，在预演结果基础上进行分析评估，滚动调整水工程运行、应急调度、人员防灾避险等应对措施。建设洪水防御的短、中、长期降雨预报，主要包括预报模型、产品加工后处理和可视化交互展示等。其中，预报模型主要包括临近、短临、短中期等3个中尺度数值降水预报模型以及延伸期、长期等2个集合降水预报模型。产品加工后处理包括模式检验分析模块、产品可视化交互展示基于EB防洪预警以预警信息及时精准、预警对象全面覆盖、预警渠道直达一线为目标，构建多种类多渠道的水灾害预警体系，拓展预警发布渠道。在数字流场内，聚焦未来可能发生的江河洪水、山洪灾害、渍水位、流量、水量等预警要素。根据预警不同量级、发展态势以及可能造成的危害程度，明确预警等级，依托预警发布平台，及时发布预警信息结合地区实际，利用各种有效手段，实现预警信息直达防御一应急调度、人员防灾避险等应对措施，迭代优化运行调度方案，有效提高预案的科学性和可操作性。建设工程措施预案制定平台，综合考实现防洪“四预”全过程场景化模拟仿真，支撑流域治理管理精准决用水统计直报等取用水管理相关业务，获取取用水管理业务数据、取用水量计量数据以及取用水计税、耗电量等信息以及流域、区域取用水许可总量、地下水双控（水量、水位）等管理指标信息，实现取用水相关全量数据统一归集和业务信息共享，实现取用水业务应用“一网统管”。运用已构建的短期水文预报模型、中长期径流预报模型、需水预测模型、水库调度和河道径流演进等模型，对重点河流（选取典型）季尺度的降雨、径流进行预测预报。基于调度区域的实时及预报雨情、水情、工情等信息，以及中长期径流预测模型实现各调度方案涉及的相关江河和水库来水预报功能。实现对江河流域水量调度方案信息、水量调度执行情况信息、水量调度监督检查信息、水量调度总结评估的查询和展示；结合实时监省界断面等的专题预警可视化展示。断面流量、取水、工情等数据，进行水资源调度动态演示。针对不同的预演目标及预演对象，模拟调度措施，开展调度预演，动态展示水量调度过程，实现调水过程中重要控制断面和水工程调度状态的可视化展示，流域水资源调度监管通过集成实时数据和预测模型，实现对水资源的精准预报和动态监控。能够及时预警潜在的水资源风险，并通过预演功能模拟不同调度方案，优化水资源的分配和利用。支持制定和通过评估水资源调度的社会、经济和生态效益，提升水资源管理的效率和可持续性，保障流域水资源的安全和合理利用。构建针对地下水水位（埋深基于地下水数据底板，获取能反映预报对象和预报要素历史演变客观规律的系列资料和重要特征资料；根据预报任务，以水文地质单元或行政区划为单元，构建预报拓扑关系；从地下水模型库中选择物理机制、数理统计和数据挖掘技术等数学模型方法；依据自然规律或数学算法直接确定参数，也可依据典型历史资料进行率定计算确定，对参数进行敏感性、合理性、可靠性及系统稳定性分析；对不同的地下水预报要素应选择合适的指标进行方案精度评定。实现全时间尺度、全空间尺度地下水水位、开采量的动态分析和评价，对蓄变量进行动态估算。水污染管理通过集成基础数据、监测数据和应急监测数据，实现对水污染事件的全面信息管理。利用水动力学模型和专家经验，能够模拟污染物的输移扩散，有效进行污染溯源和影响范围分析。通过水及时发出预警。支持制定和评估污染事件的应急处置方案，增强了对重大水污染事件的应急响应和处置能力，保障了水资源的安全和公共健康。L2L3水域岸线管理、河道采砂等功能，构建河湖管理智能化应用。完善水利普查名录以及河湖管理范围划定成果数据、重要江河湖泊岸线规划数据、涉河湖建设项目和活动审批数据上图，推进水利普查名录以外河湖管理范围划定成果数据上图，搭建河湖管理数字化场景。完善系构建巡查、详查、核查、复查的河湖监管“四查”机制，应用新型监测手段和智能识别模型，构建河湖四乱、岸线占用妨碍行洪问题智能预警体系，强化涉河建设项目管理，支撑涉河项目审批。完善采砂规划等基础信息以及许可信息，应用智能终端、视频识别、现场监督检查等为抓手，提升采砂监管的信息化水平。河湖管理通过集成遥感、无人机和人工智能等先进技术，实现河湖长制管理、水域岸线管理、河道采砂等关键功能的智能化。这种管加强了河湖管理范围的划定和监管。通过“四查”机制和智能预警体系，有效提升了河湖监管的实时性和预警能力，确保河湖的生态健康和行洪安全。同时，信息化手段的应用在采砂监管中也发挥了重要作用，提高了监管的透明度和响应速度。通过统一数据平台的建立，促进了数据共享和流域间的协调管理，为河湖的可持续管理和保护提供了坚实的数据支撑。过方案的模型预演优化水土保持推荐方案；二是在生产建设项目水土结合业务规则自动对重大风险扰动做出预警，结合分布式土壤侵蚀监测评价模型预演不同违法违规行为的影响，将参建名方都纳入全过程监管的业务流程，保证生产建设项目水土保持方案的有效实施；三是在水土保持综合治理监管方面。实现治理区域的智能化评价预警，强化水土保持治理项目动态整管，实现水土流失治理成效的模拟和定量评价。五是在淤地坝安全度汛管理方面，以大型淤地坝和下游有人的中型淤地坝等为重点，构建地坝安全度汛“四预”模型。开发搭载淤地坝安全度汛“四预”模型的地坝信息管理系统，实现快速查询、统计分析等功能，基本实现重要淤地坝安全度汛“四预”功能。造“农水一张图”，实现农村水利水电各类工程全部上图、进一步提针对节水载体管理、节水型城市管理、节水型社会建设、节水三流程化管理，提升节水专项业务在线办理效率。案件申报、立案审核、年审发证、规费征收、各类统计报表生成、督察督办相应的操作。建立数字化的水行政执法档案资料库，便于历史档案的查阅、检索，实现档案的集中存储、统一管理。