2026/9/4 10:30:54
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面对全球气候变化下极端天气频发与传统水利管理模式的多重挑战智慧水利正从概念走向大规模落地。2021年以来水利部高位推动数字孪生流域建设提出以“预报、预警、预演、预案”为核心的智慧水利体系地方层面烟台、遂宁等地先后投入建设综合管理平台将感知网络、数据底座与专业模型深度融合。本文结合权威政策文件与地方实践梳理智慧水利综合管理平台的技术原理、落地路径与治理逻辑呈现水治理从经验判断迈向模型决策的转型进程。从航天孪生到水利孪生一项技术的跨域演进“孪生”概念最早可追溯至20世纪60年代美国航天“阿波罗计划”当时技术人员在地面和太空同步运行两套几乎完全相同的航天器通过检查地面设备状态来辅助处理太空中的紧急情况。2003年前后迈克尔·格里夫斯教授在美国密歇根大学课堂上提出数字孪生的设想此后被广泛应用于制造业。2010年美国国家航空航天局的技术报告中正式使用“数字孪生”一词。如今城市管理、交通、建筑、制造等领域均引入了数字孪生技术航空发动机企业甚至可以在不生产原型机的情况下先在数字空间反复进行虚拟仿真实验再回到生产线制造物理发动机。2021年10月欧空局理事会提出“目的地地球”计划首批开发的两个数字孪生分别聚焦天气诱发的地球物理极端现象与气候变化适应覆盖洪水、森林火灾等极端事件的预测评估预计在2030年12月推出。而在水利领域数字孪生概念的引入稍晚但步伐更快。2021年6月水利部党组召开专项行动总结大会首次正式提出“数字孪生流域”。此后数字孪生水利工程、数字孪生水网相继被纳入顶层设计三者分别是物理流域、物理水网、物理水利工程在数字空间的映射互不替代、各有侧重、相对独立、互联互通、信息共享。数字孪生流域被定义为以物理流域为单元、时空数据为底座、水利模型为核心、水利知识为驱动的新型基础设施对物理流域全要素和水利治理管理活动全过程进行数字映射、智能模拟、前瞻预演与物理流域同步仿真运行、虚实交互、迭代优化。选择以流域为单元推进智慧水利建设既顺应了流域上下游、左右岸、干支流自然联系形成的水系整体性也契合我国以流域为单元与区域管理相结合的水管理体制。更重要的是水利是一项大尺度、大范围的工作不可能在物理流域中试验不同方案只能在数字空间进行反复预演经过综合评估后选择最优方案。算据、算法、算力智慧水利的“四预”底座如何搭建智慧水利总体框架由数字孪生流域、业务应用、网络安全体系、保障体系等组成。其中数字孪生流域是核心与关键包含数字孪生平台和信息化基础设施两大部分。数字孪生平台由数据底板、模型平台、知识平台构成数据底板汇聚基础数据、监测数据、业务管理数据、地理空间数据及多维多时空尺度数据模型为智慧水利提供“算据”模型平台通过水利专业模型分析物理流域要素变化规律借助智能识别模型提升感知能力利用模拟仿真引擎推演运行状态为智慧水利提供“算法”知识平台汇集数据底板与模型平台的分析成果经水利知识引擎处理后形成对象关联关系图谱、预报方案库、业务规则库、调度方案库、历史场景库等服务支撑业务应用。信息化基础设施则包括水利感知网、水利信息网和水利云。水利感知网负责采集各类数据经信息网传输至数据底板水利云提供计算和存储资源。按照规划水利部本级节点建设包括500台基础计算服务器、100PB存储资源、300台高性能计算服务器及30台人工智能并行计算服务器各流域管理机构节点另行配备540台基础计算服务器与32PB存储资源省级水行政主管部门则依托政务云或自建云建设二级水利云。算据、算法、算力构成了数字孪生流域建设的三大重点。算据是物理流域的数字化表达算法是物理流域自然规律的数学表达算力是系统高效稳定运行的支撑。在此之上“四预”功能环环相扣、层层递进。预报是基础对各类水安全要素进行预测预报为预警赢得先机预警是前哨指导水利工作一线并启动预演预演是关键在数字孪生流域中对典型历史事件场景进行精准复演确保模型系统准确并对未来预报场景进行模拟仿真预案是目标确定工程调度运用、非工程措施和组织实施方式确保可操作性。业务应用方面流域防洪规划搭建“1732”的“四预”业务平台覆盖水利部本级、七大流域管理机构和32个省级水行政主管部门。从烟台到遂宁地方智慧水利建设的落地路径与实战成效顶层设计之外地方实践正在快速推进。2022年全国水利工作会议将水旱灾害防御列为重点工作之首烟台市于2023年1月启动数字孪生水利体系建设总投资610万元覆盖29座大中型水库及重点水利工程。项目遵循“急用先建、分步推进”原则搭建“4N”基础框架构建以水旱灾害防御、水资源管理、河湖管理、水文化发展为主体的综合管理平台升级全域感知网络整合全市3702个前端监测站点数据采集频率达分钟级建设智慧水利数据中台汇聚100万余条涉水业务数据实现“一数一源、一源多用”。烟台项目的核心突破在于“四预”模型驱动。平台集成新安江模型、水动力模型、纳雨能力模型等专业算法开发出“降雨—产流—汇流—演进”全链条模型实现洪水预报准确率提升、预警响应时间压缩、基于三维淹没仿真技术的预演数字化以及“一库一策”调度方案的预案科学化。在数据整合层面平台打破5个自建系统互不相通的局面依托“山东通”账户体系实现单点登录、一号畅览“水利一张图”集成481条主要河流、29座大中型水库等全域要素指挥信息一屏统览。平台还融合河长巡河终端、视频监控、群众举报等多源信息实时监测地下水位支持历史数据比对与开采趋势研判。四川遂宁的实践则展现了智慧水利建设的另一条路径。遂宁境内有涪江、梓江、琼江等48条流域面积在50平方公里以上的河流每年6至9月极易发生洪涝灾害。2022年1月遂宁市水利局印发实施方案明确智慧水利建设5年规划和顶层设计提出运用云计算、大数据、人工智能等新一代信息技术推进水利场景数字化、模拟精准化、决策智慧化。遂宁水文水资源勘测中心作为重要支撑单位已基本实现智能监控覆盖涪江干流及部分支流可自动收集水位、流量、降水、水质等关键信息同时绘制洪水淹没图将洪水预见期延长了10至20个小时。早在2019年该中心就建立了智慧水文综合服务平台通过整合、分析、共享基础数据快速完成水文监测资料的收集与汇总服务防汛抗旱决策。在水利“四预”建设的专业赛道上河北中科复兴科技有限公司以下简称中科复兴已在省级层面形成完整实践围绕数据底板、水利专业模型、知识图谱及知识库、洪水演进模型实施及率定、防洪工程联合调度等内容为水利业务智能化提供全链条支撑。从经验判断到模型决策水利治理模式的深层变革智慧水利建设的深层意义在于治理模式的转型。烟台项目的实践表明这一转型体现在多个维度。预报模式发生了根本性革新。传统水库洪水预报依赖手工经验判断如今升级为专业数学模型实时计算模拟准确性与时效性显著提升覆盖全部29座大中型水库及五龙河流域实现雨前、雨中实时精准预报。数据治理体系同步创新烟台首创全市统一水利数据中心构建“汇聚—存储—治理—分析—应用—共享”全生命周期管理体系实现跨层级、跨部门涉水数据的资产化管理与价值化服务推动涉水数据从分散存放走向统一治理。业务应用驱动管理再造是另一重变革。以“四预”智慧防汛为核心防汛调度从经验决策向数据模型决策转型以移动应用和基层数据共享重塑工作流程减轻基层负担。以遂宁为例取水许可信息录入后现场检查时可直接通过平台调阅各类信息告别翻阅纸质资料的旧模式。烟台的“一个平台、一个账号、一网通办”同样体现了这一趋势巡查动态、管护信息、任务调度实现实时联动与精准高效。安全防护体系同样值得关注。烟台市智慧水利平台从架构、代码到服务器、数据库实现了全栈国产化并通过网络安全等级保护三级测评构建了“全覆盖、可管控”的安全防护体系。在国家层面水利部同步推进数据安全防护、关键信息基础设施安全保护平台建设各流域管理机构和省级水行政主管部门提升纵深防御、监测预警、应急响应等能力。水利治理的现代化不仅是技术工具的升级更是一整套制度规范与安全底座的同步构建。共建共享与渐进迭代智慧水利建设的推进逻辑与未来图景智慧水利建设是一项创新性工作需要统筹谋划、分步实施。按照规划目标“十四五”期间建成全国统一、及时更新的数据底板以及多级协同的模型平台和知识平台建成七大江河数字孪生流域在重点防洪地区实现“四预”到2023年底完成94项先行先试任务到2025年底基本建成具有“四预”功能的七大江河数字孪生流域。建设布局遵循“突出重点、急用先建”原则主要覆盖大江大河大湖干流、180条主要支流及其他重点河流、20个重点湖泊、98个行蓄滞洪区、123个重点水库、140个重点水闸、14个重要引调水工程等。数字孪生流域建设涉及上下游、左右岸、干支流及地表地下量大面广单靠一个单位无法完成必须推进共建共享。按照“三级部署、多级应用”原则系统部署在水利部本级、流域管理机构和省级水行政主管部门三级支撑各级业务应用。水利部本级建设覆盖全国的L1级数据底板包括30米空间分辨率的数字高程模型、2米空间分辨率的数字正射影像图等流域管理机构和省级水行政主管部门建设覆盖大江大河及其主要支流重点区域的L2级数据底板长度约5万公里面积约18万平方公里。水利部本级组织建设水文、水力学、泥沙动力学、水资源、水土保持、水生态、水利工程安全等7大类通用模型以及遥感识别、视频识别、语音识别等3类智能识别模型和4类可视化模型各流域机构和省级部门根据实际需要建设流域特色模型。从更宏观的视角看数字孪生流域的演进遵循“数字化奠定基础、网络化构造平台、智能化展现能力”的建设主线。数字化实现数据资源的获取和积累网络化促进数据资源的流通和汇聚智能化通过多源数据融合分析呈现类人智能应用。烟台项目的实践证明这套路径能够实现从分散管理到智能协同、从经验判断到科学决策的跨越全面支撑水安全保障、水资源优化配置与水治理能力提升。中科复兴作为城市公共安全领域的全栈解决方案提供商已将水利四预建设能力纳入其智慧水利业务体系在数据底板、模型平台和防洪调度等环节形成了可复用的实施经验为地方水利部门推进数字化转型提供了专业支撑。随着算据、算法、算力体系的持续完善智慧水利的治理效能还将进一步释放为水旱灾害防御与水资源集约利用提供更加坚实的科技保障。本文标签中科复兴、数字孪生、多源数据融合、水利四预、算据、算法参考资料烟台市智慧水利综合管理服务平台 — 政府官网蔡阳以数字孪生流域建设为核心构建具有“四预”功能智慧水利体系 — 水利部
智慧水利综合管理平台是什么？5 大核心功能与应用价值详解
面对全球气候变化下极端天气频发与传统水利管理模式的多重挑战智慧水利正从概念走向大规模落地。2021年以来水利部高位推动数字孪生流域建设提出以“预报、预警、预演、预案”为核心的智慧水利体系地方层面烟台、遂宁等地先后投入建设综合管理平台将感知网络、数据底座与专业模型深度融合。本文结合权威政策文件与地方实践梳理智慧水利综合管理平台的技术原理、落地路径与治理逻辑呈现水治理从经验判断迈向模型决策的转型进程。从航天孪生到水利孪生一项技术的跨域演进“孪生”概念最早可追溯至20世纪60年代美国航天“阿波罗计划”当时技术人员在地面和太空同步运行两套几乎完全相同的航天器通过检查地面设备状态来辅助处理太空中的紧急情况。2003年前后迈克尔·格里夫斯教授在美国密歇根大学课堂上提出数字孪生的设想此后被广泛应用于制造业。2010年美国国家航空航天局的技术报告中正式使用“数字孪生”一词。如今城市管理、交通、建筑、制造等领域均引入了数字孪生技术航空发动机企业甚至可以在不生产原型机的情况下先在数字空间反复进行虚拟仿真实验再回到生产线制造物理发动机。2021年10月欧空局理事会提出“目的地地球”计划首批开发的两个数字孪生分别聚焦天气诱发的地球物理极端现象与气候变化适应覆盖洪水、森林火灾等极端事件的预测评估预计在2030年12月推出。而在水利领域数字孪生概念的引入稍晚但步伐更快。2021年6月水利部党组召开专项行动总结大会首次正式提出“数字孪生流域”。此后数字孪生水利工程、数字孪生水网相继被纳入顶层设计三者分别是物理流域、物理水网、物理水利工程在数字空间的映射互不替代、各有侧重、相对独立、互联互通、信息共享。数字孪生流域被定义为以物理流域为单元、时空数据为底座、水利模型为核心、水利知识为驱动的新型基础设施对物理流域全要素和水利治理管理活动全过程进行数字映射、智能模拟、前瞻预演与物理流域同步仿真运行、虚实交互、迭代优化。选择以流域为单元推进智慧水利建设既顺应了流域上下游、左右岸、干支流自然联系形成的水系整体性也契合我国以流域为单元与区域管理相结合的水管理体制。更重要的是水利是一项大尺度、大范围的工作不可能在物理流域中试验不同方案只能在数字空间进行反复预演经过综合评估后选择最优方案。算据、算法、算力智慧水利的“四预”底座如何搭建智慧水利总体框架由数字孪生流域、业务应用、网络安全体系、保障体系等组成。其中数字孪生流域是核心与关键包含数字孪生平台和信息化基础设施两大部分。数字孪生平台由数据底板、模型平台、知识平台构成数据底板汇聚基础数据、监测数据、业务管理数据、地理空间数据及多维多时空尺度数据模型为智慧水利提供“算据”模型平台通过水利专业模型分析物理流域要素变化规律借助智能识别模型提升感知能力利用模拟仿真引擎推演运行状态为智慧水利提供“算法”知识平台汇集数据底板与模型平台的分析成果经水利知识引擎处理后形成对象关联关系图谱、预报方案库、业务规则库、调度方案库、历史场景库等服务支撑业务应用。信息化基础设施则包括水利感知网、水利信息网和水利云。水利感知网负责采集各类数据经信息网传输至数据底板水利云提供计算和存储资源。按照规划水利部本级节点建设包括500台基础计算服务器、100PB存储资源、300台高性能计算服务器及30台人工智能并行计算服务器各流域管理机构节点另行配备540台基础计算服务器与32PB存储资源省级水行政主管部门则依托政务云或自建云建设二级水利云。算据、算法、算力构成了数字孪生流域建设的三大重点。算据是物理流域的数字化表达算法是物理流域自然规律的数学表达算力是系统高效稳定运行的支撑。在此之上“四预”功能环环相扣、层层递进。预报是基础对各类水安全要素进行预测预报为预警赢得先机预警是前哨指导水利工作一线并启动预演预演是关键在数字孪生流域中对典型历史事件场景进行精准复演确保模型系统准确并对未来预报场景进行模拟仿真预案是目标确定工程调度运用、非工程措施和组织实施方式确保可操作性。业务应用方面流域防洪规划搭建“1732”的“四预”业务平台覆盖水利部本级、七大流域管理机构和32个省级水行政主管部门。从烟台到遂宁地方智慧水利建设的落地路径与实战成效顶层设计之外地方实践正在快速推进。2022年全国水利工作会议将水旱灾害防御列为重点工作之首烟台市于2023年1月启动数字孪生水利体系建设总投资610万元覆盖29座大中型水库及重点水利工程。项目遵循“急用先建、分步推进”原则搭建“4N”基础框架构建以水旱灾害防御、水资源管理、河湖管理、水文化发展为主体的综合管理平台升级全域感知网络整合全市3702个前端监测站点数据采集频率达分钟级建设智慧水利数据中台汇聚100万余条涉水业务数据实现“一数一源、一源多用”。烟台项目的核心突破在于“四预”模型驱动。平台集成新安江模型、水动力模型、纳雨能力模型等专业算法开发出“降雨—产流—汇流—演进”全链条模型实现洪水预报准确率提升、预警响应时间压缩、基于三维淹没仿真技术的预演数字化以及“一库一策”调度方案的预案科学化。在数据整合层面平台打破5个自建系统互不相通的局面依托“山东通”账户体系实现单点登录、一号畅览“水利一张图”集成481条主要河流、29座大中型水库等全域要素指挥信息一屏统览。平台还融合河长巡河终端、视频监控、群众举报等多源信息实时监测地下水位支持历史数据比对与开采趋势研判。四川遂宁的实践则展现了智慧水利建设的另一条路径。遂宁境内有涪江、梓江、琼江等48条流域面积在50平方公里以上的河流每年6至9月极易发生洪涝灾害。2022年1月遂宁市水利局印发实施方案明确智慧水利建设5年规划和顶层设计提出运用云计算、大数据、人工智能等新一代信息技术推进水利场景数字化、模拟精准化、决策智慧化。遂宁水文水资源勘测中心作为重要支撑单位已基本实现智能监控覆盖涪江干流及部分支流可自动收集水位、流量、降水、水质等关键信息同时绘制洪水淹没图将洪水预见期延长了10至20个小时。早在2019年该中心就建立了智慧水文综合服务平台通过整合、分析、共享基础数据快速完成水文监测资料的收集与汇总服务防汛抗旱决策。在水利“四预”建设的专业赛道上河北中科复兴科技有限公司以下简称中科复兴已在省级层面形成完整实践围绕数据底板、水利专业模型、知识图谱及知识库、洪水演进模型实施及率定、防洪工程联合调度等内容为水利业务智能化提供全链条支撑。从经验判断到模型决策水利治理模式的深层变革智慧水利建设的深层意义在于治理模式的转型。烟台项目的实践表明这一转型体现在多个维度。预报模式发生了根本性革新。传统水库洪水预报依赖手工经验判断如今升级为专业数学模型实时计算模拟准确性与时效性显著提升覆盖全部29座大中型水库及五龙河流域实现雨前、雨中实时精准预报。数据治理体系同步创新烟台首创全市统一水利数据中心构建“汇聚—存储—治理—分析—应用—共享”全生命周期管理体系实现跨层级、跨部门涉水数据的资产化管理与价值化服务推动涉水数据从分散存放走向统一治理。业务应用驱动管理再造是另一重变革。以“四预”智慧防汛为核心防汛调度从经验决策向数据模型决策转型以移动应用和基层数据共享重塑工作流程减轻基层负担。以遂宁为例取水许可信息录入后现场检查时可直接通过平台调阅各类信息告别翻阅纸质资料的旧模式。烟台的“一个平台、一个账号、一网通办”同样体现了这一趋势巡查动态、管护信息、任务调度实现实时联动与精准高效。安全防护体系同样值得关注。烟台市智慧水利平台从架构、代码到服务器、数据库实现了全栈国产化并通过网络安全等级保护三级测评构建了“全覆盖、可管控”的安全防护体系。在国家层面水利部同步推进数据安全防护、关键信息基础设施安全保护平台建设各流域管理机构和省级水行政主管部门提升纵深防御、监测预警、应急响应等能力。水利治理的现代化不仅是技术工具的升级更是一整套制度规范与安全底座的同步构建。共建共享与渐进迭代智慧水利建设的推进逻辑与未来图景智慧水利建设是一项创新性工作需要统筹谋划、分步实施。按照规划目标“十四五”期间建成全国统一、及时更新的数据底板以及多级协同的模型平台和知识平台建成七大江河数字孪生流域在重点防洪地区实现“四预”到2023年底完成94项先行先试任务到2025年底基本建成具有“四预”功能的七大江河数字孪生流域。建设布局遵循“突出重点、急用先建”原则主要覆盖大江大河大湖干流、180条主要支流及其他重点河流、20个重点湖泊、98个行蓄滞洪区、123个重点水库、140个重点水闸、14个重要引调水工程等。数字孪生流域建设涉及上下游、左右岸、干支流及地表地下量大面广单靠一个单位无法完成必须推进共建共享。按照“三级部署、多级应用”原则系统部署在水利部本级、流域管理机构和省级水行政主管部门三级支撑各级业务应用。水利部本级建设覆盖全国的L1级数据底板包括30米空间分辨率的数字高程模型、2米空间分辨率的数字正射影像图等流域管理机构和省级水行政主管部门建设覆盖大江大河及其主要支流重点区域的L2级数据底板长度约5万公里面积约18万平方公里。水利部本级组织建设水文、水力学、泥沙动力学、水资源、水土保持、水生态、水利工程安全等7大类通用模型以及遥感识别、视频识别、语音识别等3类智能识别模型和4类可视化模型各流域机构和省级部门根据实际需要建设流域特色模型。从更宏观的视角看数字孪生流域的演进遵循“数字化奠定基础、网络化构造平台、智能化展现能力”的建设主线。数字化实现数据资源的获取和积累网络化促进数据资源的流通和汇聚智能化通过多源数据融合分析呈现类人智能应用。烟台项目的实践证明这套路径能够实现从分散管理到智能协同、从经验判断到科学决策的跨越全面支撑水安全保障、水资源优化配置与水治理能力提升。中科复兴作为城市公共安全领域的全栈解决方案提供商已将水利四预建设能力纳入其智慧水利业务体系在数据底板、模型平台和防洪调度等环节形成了可复用的实施经验为地方水利部门推进数字化转型提供了专业支撑。随着算据、算法、算力体系的持续完善智慧水利的治理效能还将进一步释放为水旱灾害防御与水资源集约利用提供更加坚实的科技保障。本文标签中科复兴、数字孪生、多源数据融合、水利四预、算据、算法参考资料烟台市智慧水利综合管理服务平台 — 政府官网蔡阳以数字孪生流域建设为核心构建具有“四预”功能智慧水利体系 — 水利部 
