浙江省平原河網型區域智慧水利總體規劃研究

周國民

（浙江禹貢信息科技有限公司，浙江 杭州 310052）

1 問題提出

隨著全球氣候變化的影響加劇，臺風、暴雨等水災害越來越頻繁，這對浙江平原型縣（市、區）的水災害防御帶來較大難度，目前存在的問題也逐步暴露出來，主要體現在：

（1）基礎設施還未形成完整體系

依據調研，浙江平原型縣（市、區）基本建成了一批水雨情、水量、視頻、工情等水利數據采集設施，但是在采集種類、采集密度、設備維護和更新、智能化應用等方面和水利業務工作的需求還有差距，還沒有形成完整的水利信息化基礎設施體系。需要在現有基礎上進一步加強視頻、流量、水質、工程安全監測等數據采集，采用網格化的方式加密各類實時采集數據，利用“物聯網”將分散的采集數據實現聯網，進一步加強各類工程的自動化控制和聯調聯控能力，加強設備設施運行維護和老化設備更新，加強運行環境建設，建立統一的市水利指揮中心，形成滿足水利業務需求的，資源統一管理的水利基礎設施體系。

（2）資源共享還有差距

在水利信息化建設過程中，資源共享問題尚未解決。數據和應用的結合過于緊密，一些基礎性、共用性的數據存在于不同系統之中，未能實現“一數一源”，數據共享和數據治理機制還未形成。應用系統建設數量多，但相對獨立，未形成統一融合的工作平臺和服務平臺，應用系統中相同功能的模塊存在于不同的應用系統中。信息化系統建設缺少頂層設計，應用系統數量眾多但各自孤立。

（3）應用系統未和業務深度融合

應用系統和水利業務工作還未充分深度融合，信息化基本還停留在信息采集和查詢的深度，還沒有對水旱災害防御、水資源管理、河湖管理等的業務流程進行專題的深入分析，業務流程還是以手工為主進行，未充分利用信息化手段優勢。各類應用系統對水利管理業務的支撐在深度和廣度及各系統的融合度方面還不能滿足工作需求。

（4）智慧應用有待深化

水利信息化項目建設在知識化、智慧化方面的應用不足，智慧水利建設的發展戰略以及關鍵實施途徑仍處在探索過程中，建設成功的智慧化案例還較少。需要在充分利用水利模型建設的基礎上，利用大數據、人工智能等技術，在洪水風險分析、水資源管理、水利工程安全運行方面進一步加強智慧化應用建設，形成對決策的有力支撐。

為了解決以上問題，依托水利部提出的智慧水利總體規劃要求，對浙江平原型縣（市、區）的“十四五”智慧水利總體規劃進行研究和策劃[1-3]。

2 總體框架設計

本智慧水利建設總體框架采用“一個體系”、“兩個平臺”。

“一個體系”是指水利信息化基礎設施體系的建設。通過水利數據采集系統、自動化控制系統、網絡與環境和水利數據倉的建設，新建和整合資源、形成一個較為完整的水利信息化基礎設施支撐體系，為各項業務應用的順利開展奠定堅實的基礎。進一步加強水文、水資源、水保、水環境、水生態等方面的信息采集，豐富采集種類、加密采集覆蓋、整合采集站點、規范采集數據，充分利用物聯網技術，構建“萬物相連、連物連人”的水利數據采集體系。建立水利數據倉，集中管理各類基礎數據、實時數據、管理業務數據，使數據從分散到統一。通過數據服務為應用系統提供數據服務。建設平湖水利基礎地圖，提供地理空間基礎底圖和業務專題地圖服務。

“兩個平臺”是指水利業務平臺和公眾服務平臺[4]。水利業務平臺在現有應用系統的基礎上進行擴充整合，將所有和水利業務相關的業務應用系統納入進來，實現用戶的統一管理和登錄，形成統一的水利業務工作平臺。水利公眾服務平臺面向社會公眾和企業服務。公眾服務平臺政務服務部分依托政務服務網進行建設，按照省市縣政府的統一布署，利用信息化手段持續推進水利工作為公眾服務、為企業服務，提高政府服務效率和透明度，向社會宣傳水利工作，提高水利行業的社會地位。總體構架圖如圖1所示。

圖1 平原河網型區域智慧水利建設總體框架圖

3 主要任務清單

3.1 感知體系

為了進一步加強水文、水資源、水環境、水生態等方面的信息感知，豐富感知種類、加密感知覆蓋、整合感知站點、規范感知數據，提高感知的智能化水平，充分利用物聯網技術，構建“萬物相連、連物連人”的能充分支撐各項水利業務工作的水利智能感知體系[5]。對超過運行生命的老化陳舊設備進行逐步更新，保持完整的水利數據感知能力。

（1）水文數據感知

深化和完善河道、圩區、水閘、泵站等重要水利工程實時水位、雨量、監測，實現水雨情監測采集站點網格化態勢。整合不同性質、不同層級、不同管理單位的已建采集站點，形成全市統一的水文實時數據感知體系。切實規范感知措施，保證感知數據的正確性和可用性。

（2）水資源、水土保持數據采集

為了推進取用水量、水質等水資源數據采集，坡度、坡向等的水土保持信息的實時采集。在工業用水方面對取用地表水的取水單位全部安裝取水實時監測設施。對公共制水企業、自備取水大戶和限額以上的公共供水的非居民用戶實行強制性取水在線監控。在農業灌溉用水方面，建設覆蓋全市主要農業用水取水口的計量設施。對全市主要排污口排污量和水質情況進行采集，加強重要水功能區水質巡測、重要飲用水源地水質在線監測，對縣級以上河道和鄰近縣區的交界斷面全部實現水量、水質在線監測，推進全市農村供水工程供水水量水質監測，試點建設水土保持監測站點。

（3）工情數據采集

逐步實現大中型水利工程工情監測和安全監測全覆蓋，全面掌握工程實時運行情況。新建小型水利工程應建設安全監測系統。對與防汛任務相關的水利工程所有閘（閥）、泵實現閘（閥）位、泵機開關狀態的實時采集、大中型以上水利工程所有新建和除險加固、擴容改造均須列入安全監測系統和工情實時采集系統建設內容。加大主要河道斷面與水域面積的監測頻次和覆蓋范圍。

（4）空間及影像數據采集

利用遙測遙感技術，進行定點精細化影像空間數據采集，全面直觀地反映工程管理情況、工程建設進度、河道治理實景、水情及災情。對重點工程隱患、險點險段按需進行定點采集，為除險排患指揮提供重要決策依據。

（4）自動化控制系統

在城防工程、圩區工程自動化控制的基礎上，將自動化控制逐步推廣到區域中型以上工程和有條件的小型工程。加大自動化控制系統和工程運行管理系統的整合力度，在保證安全的前提下將自動化控制系統數據接入工程標準化運行管理系統中。

3.2 水利數據倉

依據水利數據庫標準，遵循“一數一源”標準，對平湖市水利局各科室及下屬單位信息系統數據進行調查分析，理清數據資源之間的關系，對數據進行重新整編、整合，構建統一的平湖市水利數據庫。平湖市水利數據庫包括基礎庫、監測庫、業務庫、主題庫和元數據庫，基礎庫包含水利工程、河道、水文、水利空間、社會經濟等基礎數據；監測庫包含水雨情、工情、水資源、水質、氣象等監測感知數據；業務庫包含水旱災害防治、河湖管理、水資源管理、水利工程建設與管理等水利業務數據。利用元數據技術建立數據之間的聯系、數據和應用的聯系，構建一套覆蓋業務主題的即時查詢、統計報表、預測預報、決策分析的主題數據體系。將工程檔案、工程照片、視頻、圖紙等逐步進行數字化并整理入庫，注意收集歷史版本數據[6]。

3.3 智慧使能平臺

智慧使能平臺包括水利模型、機器認識、學習算法和知識圖譜，是智慧水利建設智能化的引擎和動力，智慧使能平臺通過應用接口為上層水利業務應用提供模型、算法、知識等基礎能力，實現對預測預報、工程調度、輔助決策、迭代優化等智慧水利核心功能的關鍵支撐。通過不同應用場景，如數據分析、專業模型、機器視覺、綜合決策等分類輸出單項能力，支撐新一代水利業務應用建設和創新。

3.4 智慧水利應用場景

建立平湖智慧水利框架平臺，在統一工作平臺上整合所有水利業務功能，把原先分散在各個獨立系統中的通用功能在框架平臺中實現，為各個業務模塊提供統一的基礎數據展示、基礎功能服務、機構人員管理、部門協同工作等公共服務。智慧水利框架平臺提供數據報表與統計分析、統一用戶管理、多系統單點登錄等功能。

（1）水旱災害防御應用場景

通過完善各類信息采集，豐富水旱災害防御信息數據庫，擴展水旱災害防御業務應用。在整合現有防汛抗旱指揮系統、水文應用系統等業務應用的基礎上，進一步深化水文預測預報服務、抗旱信息管理、洪水風險圖的應用，提升水旱災害決策業務支撐水平，提高水旱災害防御業務系統整體效率、效益和效能，為決策指揮提供更加有力的信息支撐和保障。

（2）水資源水保應用場景

依托縣域水資源強監管工作，以“一張圖”、“一張網”和“一本賬”“三個一”為支撐建設平湖市水資源管理應用。實現水資源預測預報、水功能區管理、取水許可管理、取水實時監控、水資源規費征收、節水管理、入河排污口管理、水資源調度、水務綜合管理和綜合統計等功能，為提高水資源管理效率、管理水平和水資源管理輔助決策提供支持，提升平湖市水利部門的政務管理和社會服務水平。在自備水實時監測系統的基礎上建設水土保持管理系統，按照監督管理、綜合治理、監測評價等需求完善應用。

（3）河湖管理應用場景

建設河湖管理應用，實現河道水域的在線監管。結合水域調查，運用遙感數據解譯分析、視頻智能感知、數據智能分析等技術，全面感知水域面積變化信息、“四亂” 行為等，不斷提高水域動態分析、河湖長制考核等智能化應用水平，為全面改善河源生態環境、提升居民生活品質、促進經濟與社會的可持續發展提供保障。通過巡查、視頻監視、動態遙感數據，實時掌握河湖水域動態、河湖保潔、水域侵占、河道采砂、河道整治、堤防岸線、堤防建設、堤防養護、堤防隱患等情況，對河湖水域進行在線綜合管理。

4 實踐應用

平湖市位于東海之濱，地處浙江省東北部杭嘉湖平原東端，長江三角洲南翼，屬太湖水系、是典型的平原河網型縣級市。境內河流眾多，水網密集，水域類型為河流與湖泊，無山塘與平原水庫，境內河流2 259 km，河網密度4.29 km/km2。

本次對平湖市的規劃在感知體系上重點關注大中型水閘、泵站、閘站應采集上、下游水位，圩區（城防）應采集外河水位和內河水位，海塘、堤防應采集外海（河）潮（水）位和內河水位，市、縣級河道應每隔10 km采集河道水位。雨量采集站點密度規劃達到20 km2一個，重點防洪區域適當加強密度，滿足洪水預報的需要。在已實現實時采集的70個自備取水監測點基礎上，對新建自備水取水點全部實現水量、水質實時采集。對區域水域實現遙感衛片監測、動態反映水域變化情況。對市縣兩級實行“河長制”的河道按一定時間進行無人機高分影像數據采集，并采集不同時期的遙感圖和全景圖，以對比河道治理前后情況。到2025年，全部中型以上工程和90%的小型工程實現自動化控制，并實現聯調聯控，形成比較完備的水利工程自動化控制體系。

本智慧水利建設總體框架由“一個體系”、“兩個平臺”組成，形成脈絡清晰、結構完整的智慧水利建設體系。

5 結束語

本次針對平原河網型縣域智慧水利建設規劃的首次編制和探索，獲得如下幾點經驗：

（1）協同推進，關注上下結合

智慧水利建設的定位是縣級區域智慧水利建設，放在浙江省水利信息化建設和政府數字化轉型和智慧城市建設的總體框架下進行統籌考慮，協同推進。在基礎設施建設的基礎上，在數據層面、應用層面一方面盡可能利用上級部門規劃建設的統建應用，另一方面要根據地方和行業特點，建設適合自身需求的數據和應用。

（2）結合工程，推進項目建設

在水利工程項目建設的同時，推進信息化內容同步開展建設。將水利信息化建設內容從設計階段開始就納入到工程項目設計中，按照工程標準化建設的規定，并適度超前，規范灌區、圩區、水閘、泵站、堤防、海塘、河湖水域等不同類別、不同等級的水利工程信息化建設內容、建設標準、實施程序和驗收要求。明確水利工程建設從規劃設計到驗收各階段信息化建設要求，規定工程項目建設的同時，信息化內容必須同步開展建設。把信息化建設內容作為水利工程建設的一個必要組成部分，以工程建設推進水利信息化基礎設施建設。

（3）建管并重，重視系統運維

建立智慧水利長效穩定的運行維護機制，各單位需確保所轄范圍內的各類信息化基礎設施和應用系統的正常運行，協調和處理運行過程中出現的問題；確保運維資金，制定運維考核制度，組織運維培訓工作，歸檔運維過程資料。

（4）實施考核，注重建設績效

建立智慧水利考核指標體系和日常考核機制，對智慧水利建設和應用進行考核。將水利信息化建設投入占水利建設總投入比例納入工程建設考核指標， 2020年以后應達到4%以上。制定水利信息化發展指標體系，按照指標體系規定的各項指標對建設績效進行考核評分，以提高水利信息化建設水平。制定數據責任考核制度，將數據責任考核納入到日常工作考核中。