數字孿生何以破解黃河流域數字化治理的“碎片化”困境

司林波 蕭欣茹

［摘要］當前，黃河流域數字化治理面臨數據獲取不全面、信息集成難度大、省級共享水平落后以及新舊技術間應用壁壘等“碎片化”困境。數字孿生黃河是以數字化的虛擬映射來模擬黃河全要素和時空全過程，具有高度還原性、即時同步性、閉環協同性以及優化革新性特征，可以有效破解黃河流域數字化治理的“碎片化”問題。基于整體性治理理論，結合數字孿生黃河整體性建設目標，從協同感知、集成整合、應用融合、反饋優化四個維度構建數字孿生黃河整體性建設運行框架，推動數字孿生黃河建設從加強整體規劃、整合數據資源、完善全域智慧水利平臺、推動技術更新與升級等方面采取因應之策。

［關鍵詞］數字技術；數字孿生黃河；數字化治理；碎片化；整體性治理

［中圖分類號］D63 ［文獻標識碼］A ［文章編號］1003-7608（2024）01-0058-09

一、問題的提出

2022年4月，水利部黃河水利委員會印發《數字孿生黃河建設規劃（2022—2025）》，提出要建立具有“四預”（預報、預警、預演、預案）功能的數字孿生黃河，以數字化、網絡化、智能化支撐帶動黃河保護治理現代化。近年，以信息技術、物聯網、大數據為代表的第四次科技革命極大地推進了數字孿生技術的發展［1］。數字孿生作為新型智慧水利的基礎設施，以物理流域實體為單元、時空數據為底座、數學模型為核心、水利知識為驅動［2］，以數字化的虛擬映射來模擬黃河全要素和時空全過程，推動新基建大潮下智慧黃河建設的數字升級，實現數字孿生、雙河共建。

當前，學界關于流域數字化治理的研究，司林波等指出應該利用現代信息技術建立共商共享的黃河流域生態環境綜合信息大平臺，對整個流域的水質信息、水量信息、污染信息、防治信息等進行整合，實現實時數據共享，進一步深化流域協同合作［3］。師博等在數字長江建設相關問題研究中，指出數字長江建設的戰略重點在于推進數字孿生長江，通過建立“預報—預警—預演—預案”的智能系統，實現數字孿生長江與物理流域同步仿真運行、虛實交互、迭代優化［4］。現階段，學界對數字孿生黃河的研究多是圍繞2001年時任黃河水利委員會主任李國英提出的“三條黃河”建設中的“數字黃河”進行，也是數字孿生黃河的前身，主要集中于“數字黃河”建設中的數據管理［5］、黃河“數字模型”管理方法設想［6］、“數字黃河”發展戰略［7］、“數字黃河”現狀及未來發展方向［8］，以及近年來在黃河流域高質量區域經濟布局下，對“數字黃河”建設目標和實現路徑的研究［9］。直接關于數字孿生黃河研究的成果很少，主要是水利部黃河水利委員會管理和科研人員提出的思考，如時任水利部黃河水利委員會總工程師李文學提出數字孿生黃河建設是深入推動黃河流域生態保護和高質量發展工作的重大需求和重要實踐，認為業務應用、數字孿生平臺和物聯感知采集傳輸是數字孿生黃河建設的主要任務，實施路徑主要包括數字化場景、智慧化模擬、精準化決策等［10］。這些研究思考并沒有對數字孿生黃河的核心特征和功能進行學理闡述，也沒有提出數字孿生黃河整體性建設框架，關于數字孿生黃河的研究還處于初步探索階段。

本文擬從黃河流域數字化治理面臨的現實困境出發，通過對數字孿生黃河的核心特征及其功能作用的分析，基于流域整體性治理的視角，構建數字孿生黃河整體性建設運行框架，并提出數字孿生黃河建設的實踐進路，進而為理論界和實務部門進一步開展數字孿生黃河建設的理論研究和實踐探索提供參考。

二、黃河流域數字化治理面臨的“碎片化”困境

黃河流域實現數字化治理的關鍵在于“數字技術為流域治理賦能”。數字技術應用于黃河流域治理最早可以追溯到20世紀80年代，數字技術的應用主要關注某一方面的數據采集和分析，其局限性在于缺乏整體性、綜合性的治理視野和跨流域協同，進而導致黃河流域治理工作存在“碎片化”“割裂化”的問題。2001年7月，黃河水利委員會提出建設“數字黃河”（“三條黃河”計劃之一），旨在通過建立數字化的河流信息系統，實現對黃河流域的綜合監控和管理［11］。但在實施過程中仍存在數據整合和共享方面的障礙，數字技術的應用領域和范圍也有待拓展。總體來看，數字技術在黃河流域治理工作中的應用經歷了從單一應用到多元應用的發展階段。由于受到當時社會條件及技術水平的限制，數字技術在黃河流域治理中的應用仍具有一定局限性，導致黃河流域數字化治理存在不同程度的“碎片化”問題。

（一）各省區應用進程不統一，流域數據獲取不全面

數字技術賦能流域治理實踐需要一定的經濟基礎作為支撐。黃河流域流經我國9省區，東西部地區經濟發展差距大，《中國統計年鑒2023》顯示，在地區生產總值方面，山東、河南、四川三省位于5萬億元以上的第一梯隊，山西、陜西、內蒙古位于第二梯隊，而甘肅、寧夏和青海三省區年地區生產總值均低于2萬億元，屬第三梯隊。其中，山東省以8.74萬億元的地區生產總值遠超青海省（0.36萬億元）24倍，地區間經濟差異十分顯著，數字技術應用能力的差距也較大，中西部經濟發展較為落后的地區存在數據采集設備缺失和監測網絡覆蓋不完全的情況，流域內各省區間數字技術的應用進程不統一。黃河流域是一個動態變化的系統，需要及時、頻繁地進行數據監測和采集才能實時反映流域狀況。由于采集成本和采集技術的高要求，部分地區數據采集的實際頻率無法滿足實時監測的需求，數據的時效性和全面性難以保證。

（二）流域治理要素部門分散，信息集成難度大

黃河流域包括河道、湖泊、濕地、山區等不同生態類型，流域監測涉及水質、水量、土壤質量、生物多樣性等多個數據指標，每個數據指標由不同部門或機構負責，形成“縱向分級，橫向分散”的治理格局，如黃河水利委員會統領黃河流域水資源管理問題，而其水資源水質和水量問題則由沿黃各級生態環境部門和水利部門分別負責。流域內各治理部門采用不同的采集方法和處理標準，各指標間的關聯性難以準確把握。數據指標的不一致使得數據在集成過程中需要進行數據轉換和處理，增加了集成的成本和復雜性，不利于流域尺度的全面數據集成和一體化分析。此外，沿黃各省區政府在流域治理數字化設備布局、數字技術選擇、數據標準制定等方面缺乏統籌協調，不同技術之間的協同效應無法充分發揮，造成數字化建設缺失或重復、省區間生態“數據孤島”、技術應用難以互聯互通等問題。協同合作機制的缺乏使得數字技術的應用無法形成整體效應，難以實現流域內資源共享和優勢互補。

（三）數字保護主義傾向嚴重，省際共享水平低

隨著數字技術應用于黃河流域治理中的深度和廣度逐漸增加，流域內數據共享和開放程度逐漸提高，擁有和使用數據也被視為一種權力的象征［12］。數據權力思維進而催生“數字保護主義”，即將數據共享視為自身權力的喪失和特權的削弱［13］。目前，沿黃各省區之間的數據共享水平遠遠低于省內共享水平。這是由于盡管各省區的數據共享平臺已基本建成，但只有四川、山東和甘肅三省的數據平臺與省內建立起的市級平臺實際連接［14］，而其他六省區的數據平臺仍相對分散。這表明黃河流域普遍存在“數字保護主義”傾向，該傾向涉及對數據的保護和控制態度，各級地方政府對本轄區內的生態信息數據的保護意識增強，更傾向于保護、利用自身的數據資源進行轄區內的黃河流域治理工作。這一行為進而導致省際乃至市際間形成生態“數據壁壘”，限制了數字技術賦能流域治理的整體性和連貫性。碎片化的治理工作導致各級地方政府難以獲取、共享、利用流域間數據及模型，進一步強化了“數字保護主義”傾向，形成了惡性循環。

（四）數字技術發展水平分級明顯，新舊技術應用存在壁壘

數字技術應用需要相關人員具備一定的專業知識和技術能力，黃河流域不同地區數字技術應用情況可以通過流域內地方政府數據開放的總體情況來反映。通過《2022年度中國地方政府數據開放評估》可以看出，山東和四川兩省地方政府數據開放程度遠高于其他沿黃七省區，不均衡的應用現狀會進一步拉大各省區數字技術發展水平。新的技術和工具不斷涌現，在黃河流域治理過程中，如果不及時跟進新技術的應用，可能導致該地區技術應用滯后，新舊技術間存在互聯互通壁壘，影響全流域整體治理閉環的形成。

通過分析黃河流域數字化治理面臨的“碎片化”困境，可以看出，長期以來基于行政區劃為界限的屬地治理模式及以結果為導向的政府績效考核辦法是“碎片化”困境的主要根源。一方面，屬地治理模式本意為在特定地域內明確治理主體，明晰主體責任，但當前黃河流域治理工作從中央到地方，每一層級均存在多個部門對黃河流域各類事務具有管轄權的情況［15］，易造成流域治理數字化建設缺失或重復、省區間生態“數據孤島”等“碎片化”問題，各職能部門分工缺乏統籌整合致使治理難度進一步提升［16］。另一方面，以結果為導向的政府績效考核辦法加劇了基層治理部門“唯政績論”現象。受科層制影響，黃河流域行政系統的“碎片化”和“部門裂化”問題嚴重，治理主體普遍存在“數據權力思維”，即誰擁有數據誰享有話語權［17］。“數據權力思維”使得各治理主體對本轄區數據的保護和控制態度增強，數據共享意愿減弱，進而影響數據在流域內省際、市際間的有效傳輸，降低共享效益。

三、數字孿生黃河建設：破解黃河數字化治理的“碎片化”之困

“數字孿生”這一概念是2010年由NASA首次書面提出并給出定義。近年，“數字孿生”技術在流域治理中加速應用。2021年，水利部從國家網絡強國戰略、新一代信息技術群驅動、流域治理管理需求等方面分析了推進數字孿生流域建設的必要性，正式開啟我國數字孿生流域建設進程。

（一）數字孿生黃河的概念及核心特征

“數字孿生流域”是一個基于數字技術和模擬建模的概念，具有高度保真、演化自治、實時同步、閉環互動及共生進化的特點［18］。數字孿生黃河是以數字化的虛擬映射來模擬黃河全要素和時空全過程。《數字孿生黃河建設規劃（2022—2025）》提出數字孿生黃河建設總體目標是實現數字化場景、智慧化模擬、精準化決策以及賦能水資源管理和調配等核心業務，旨在通過創建一個虛擬的數字孿生模型，實時同步整合傳感器、遙感、氣象、水文等多源數據，并借助計算機仿真、建模等數字技術，實現對黃河流域的全面監測、分析和管理。根據數字孿生黃河建設目標和數字孿生流域的特點，本文認為數字孿生黃河具有高度還原性、即時同步性、閉環協同性以及優化革新性等四個方面核心特征。

一是高度還原性。高度還原性是指通過數字技術構建的虛擬黃河模型在模擬黃河流域實體時能夠盡可能地還原真實流域的幾何結構和外形表觀，包括黃河流域的地理、地貌、水文、水資源分布、生態環境等方面的特征。通過高度還原，虛擬黃河可以精確地模擬、預測物理黃河的時空變化過程，推演不同決策作用下物理黃河的變化情況，為決策者和研究人員提供準確的參考和評估依據。

二是即時同步性。即時同步性是指虛擬黃河能夠與物理黃河全要素保持實時同步，通過與流域內各數據源、傳感器和監測設備的連接，獲取物理黃河實時的水文、氣象、水質等數據，尤其是極端事件發生時的流域變化情況，并將這些數據信息反饋到虛擬黃河模型中進行實時模擬和預測。即時同步性可以幫助決策者及時了解流域內的變化，以便做出快速的響應和決策。

三是閉環協同性。閉環協同性是指數字孿生黃河建設能夠實現全流域多方位數據和信息的集成整合。虛擬黃河模型可以整合來自不同部門和機構的數據，形成一個協同合作的閉環系統，從而促進不同領域之間的數據共享、交流和合作，提高整體決策效能。

四是優化革新性。數字孿生黃河還具有優化革新性，包括對流域內不同地區數字技術的優化革新，還可以通過模擬和仿真技術，進行虛擬黃河多種場景的模擬和分析，評估不同治理策略的效果，為決策者提供更加優化的流域治理方案。

（二）數字孿生黃河何以破解黃河流域數字化治理的“碎片化”之困

基于數字孿生黃河的核心特征，數字孿生黃河建設的關鍵在于建立全流域層面的虛擬黃河模型，以供流域內各治理主體共享流域實時變化，這可以有效解決以“條塊”分割為特征的屬地治理模式和考核辦法造成的“碎片化”治理問題。數字孿生黃河建設是破解黃河流域數字化治理“碎片化”困境的有效路徑。

1.數字孿生黃河可以打破屬地治理邊界約束，增強治理合力

數字孿生黃河建設通過建立虛擬黃河模型，整合各地區的環境數據、資源信息和管理措施，實現全流域數據的共享和交流。基于數字孿生黃河的高度還原性特征，決策者可以觀察黃河全流域的運行狀況，打破省際信息交流壁壘，促進全流域的溝通和協作。全域治理主體可以在同一平臺上獲取流域數據信息，共同分析問題、制定策略，實現信息共享和一體化管理。數字孿生黃河還強調跨區域協同治理，鼓勵各地區之間的協同合作和資源整合，有助于協調各方行動，避免重復工作和資源浪費。針對“碎片化”表現中的“數字保護主義”傾向，數字孿生黃河主張全流域共同參與和承擔責任的理念，激發全流域的積極性和合作精神，將全域資源、利益和需求整合在一起，形成共同目標和合作機制，增強整體治理合力。

2.數字孿生黃河可以破解“唯政績論”現象，精確評估治理成效

基于數字孿生技術，數字孿生黃河可以實現對黃河流域治理成效的精確評估。及時同步的虛擬黃河模型為全流域信息交流提供平臺渠道，實現對黃河全流域的生態監測和數據共享，實時獲取各方治理主體的行動數據和治理成效，充分解決因信息不對稱、信息處理不及時導致的各治理主體間權責劃分不清晰、管理范圍不明確等政府失靈等問題。通過虛擬模型對治理方案進行模擬和預測，了解不同措施可能產生的影響和效果。這使得治理決策更加科學合理，不再僅僅依賴政績考核指標，而是將治理成效與環境變化、資源利用、社會經濟發展等因素聯系起來，形成全面、長遠的治理評估標準，避免“唯政績論”背景下的“面子工程”。通過數據分析和模擬仿真，可以精確監測各方主體的治理效果，評估其在生態保護、水資源管理、災害預防等方面的績效，客觀地反映每個治理主體的貢獻和問題。

3.數字孿生黃河可以整合全流域資源，提升流域數字化治理水平

通過數字孿生黃河的閉環協同性特征，可以實現黃河全流域資源的合理配置，避免資源浪費。數字孿生黃河依托先進的數字技術，如人工智能、大數據分析等，為黃河流域治理提供強有力的科技支持，尤其是數字技術在水資源管理、土地利用、生態保護等方面的應用，可以最大限度地保護黃河的生態環境和自然資源，為環境監測提供更全面、實時的數據支持。通過數據的實時監測和分析，可以及時發現問題和異常情況，預警洪水、干旱等自然災害，提高治理的應急響應能力。同時，數字孿生黃河也為黃河流域數字化治理水平的提升提供了契機，推動流域治理向著更加智能、高效的方向發展。

4.數字孿生黃河可以優化治理策略，推進黃河流域治理制度創新

數字孿生黃河能夠以高度還原性模擬整個黃河流域的特征和過程。治理者可以在虛擬模型中嘗試不同的治理方案，評估其可能帶來的效果，從而優化治理策略，革新治理方法。數字孿生黃河強調全流域層面的虛擬模型，要求各治理主體共享實時數據，通過模擬分析預測不同決策的影響，找到最優方案，降低治理風險，提高治理的針對性和有效性。在數字孿生黃河建設工作的推動下，各治理主體不斷加強協作，推動制度創新和建立合作機制。

四、數字孿生黃河整體性建設運行框架：基于整體性治理的視角

當前，數字孿生黃河建設尚處于起步階段，流域內各省區數字孿生黃河建設工作還未形成有效連接與協同。基于此，本文依據整體性治理理論，結合數字孿生黃河核心特征，構建數字孿生黃河整體性建設運行框架。

（一）數字孿生黃河整體性建設運行框架構建

1.理論基礎：整體性治理理論

整體性治理理論的核心思想是有效解決實際問題，在治理機制上以協調、整合機制為基礎，形成基于對共同目標的相互認同而維系協作關系的網狀結構［19］。整體性治理強調以“整合化”的治理形式，建立起相互聯結的整體性治理結構，為公眾提供無縫隙而不是碎片化的政務服務，保障整體治理成效［20］。在整體性治理理論中，協調和整合機制是相互依存、相互影響的，有協調而無整合、有整合而無協調，均會影響整體治理成效［21］。融合機制是對協調和整合機制的補充和強化，起到綜合協同的作用。協調、整合、融合在數字孿生黃河整體性建設過程中缺一不可。首先，數字孿生黃河建設的重要目標就是構建跨界協同機制，實現全域治理主體的協調合作，使得各方能夠在同一平臺上共享信息、交流意見，共同制定整體性建設策略和方案。其次，數字孿生黃河建設需要構建全流域層面的虛擬黃河模型，模擬黃河全域實時動態變化，以便整合流域內各類資源和管理措施，形成統一的治理方案，進而提高治理成效。再次，整體性治理理論著重融合治理的各項功能，要求決策者制定更為全面和長遠的治理規劃，有助于實現黃河流域治理的整體優化和持續發展，提升整體治理效果。因此，整體性治理理論與數字孿生黃河建設具有高度的內在契合性，可以為構建數字孿生黃河整體性建設框架提供理論支撐。

2.基于整體性治理的數字孿生黃河整體性建設運行框架構建

圖1? 數字孿生黃河整體性建設運行框架

為更好地理解數字孿生黃河建設工作，本文基于整體性治理理論，結合數字孿生黃河建設總體目標，構建數字孿生黃河整體性建設運行框架（見圖1）。目前，正在建設的數字孿生黃河體系可以概括為原型黃河層—信息基礎層—孿生平臺層—業務應用層［22］，《數字孿生黃河建設規劃（2022—2025）》提出，數字孿生黃河建設總體目標是實現數字化場景、智慧化模擬、精準化決策以及賦能水資源管理和調配等核心業務，依據現有數字孿生黃河體系，歸納其整體建設步驟分為數據感知、信息集成、平臺應用、結果反饋四步。基于整體性治理理論的協調、整合、融合機制，密切結合數字孿生黃河建設目標，本文認為數字孿生黃河整體性建設運行框架應該包括協同感知（協調+數據感知）、集成整合（整合+信息集成）、應用融合（融合+平臺應用）、反饋優化（結果反饋）四個方面主體內容，這四方面主體內容通過協調—整合—融合機制實現物理黃河與虛擬黃河的連接，進而進一步實現虛擬黃河對物理黃河的智能模擬、數字映射。

（二）數字孿生黃河整體性建設運行機理

數字孿生黃河整體性建設運行框架通過協同感知層、集成整合層、應用融合層和反饋優化層，將物理黃河流域全要素信息和時空全過程以虛擬黃河模型的形式表現出來。通過虛擬模型對物理黃河實時變化數據進行同步、分析、模擬和預測，及時發現流域中的問題，為后續決策提供支持。通過對數字孿生黃河整體性建設運行框架的結構—功能分析，可以厘清構成框架的各維度結構組成要素及其作用關系，進而解構數字孿生黃河的整體性運行機理。

1.協同感知層：數字孿生黃河建設的底層“輸入—輸出”接口

協同感知層是數字孿生黃河建設的底層“輸入—輸出”接口，是與物理黃河有直接聯系的層級，包含規劃、感知、識別、計算四類功能。規劃是數字孿生黃河建設的第一步，是整體建設的開端。依據整體性治理理論的協調機制，整體規劃建設流程，確立數字孿生黃河整體性建設目標，完善流域內各主體協同合作機制。感知是利用各種傳感器和數據采集設備，獲取物理黃河流域的地理數據。識別是將采集到的數據與物理黃河的特征進行對應，建立數據與物理黃河之間的關聯，明確數據含義。計算是利用數學模型和算法對感知和測繪得到的數據進行處理和分析，以獲得黃河相關信息和指標。通過協同感知層的工作，能夠實時獲取物理黃河的相關數據，并對這些數據進行分析和處理，從而實現對物理黃河的全面感知和準確識別，為后續的規劃和決策提供支持。

2.集成整合層：數字孿生黃河建設的高質量數據資源整合庫

集成整合層基于協同感知層獲得的數據信息，通過構建數據庫和信息平臺將原來分散、雜亂的多源數據整合成統一、有序的新數據源，為后續分析優化工作提供高質量數據資源。在集成整合層，首先，將協同感知層計算得到的關鍵信息和指標進行整合并存儲在數據庫中。其次，信息平臺將數據庫中的數據與其他關鍵信息進行集成，為決策者和利益相關方提供綜合視圖，全面了解物理黃河的實際情況。再次，在數據庫和信息平臺的基礎上構建數字孿生黃河基本模型，對黃河全域進行描述和仿真，為決策者提供全面直觀的視圖數據支持。

3.應用融合層：數字孿生黃河建設的核心功能層

應用融合層聚焦決策分析與價值轉化，主要包括信息同步、診斷、預測及指導功能。首先，應用融合層通過與數字孿生黃河的基本模型同步包括水位變化、河流流量、水質指標等數據信息，實時獲取流域信息變化，確保決策者和利益相關方能夠準確了解黃河的當前狀態。通過比對和分析，及時發現并診斷流域突發問題，快速識別并定位問題成因，為后續決策提供支持。預測功能是基于基本模型和實時數據對流域未來狀態，如水位、河流流量、洪水風險等方面的預測，有助于決策者提前采取措施以應對可能出現的情況。此外，應用融合層利用數字孿生黃河基本模型和實時數據，通過融合機制，實現跨域數據信息與技術的聯合應用，構建數字孿生智慧平臺為全流域提供數據支持和決策指導，幫助決策者在面對突發問題時制定科學決策，保障黃河流域的可持續發展。

4.反饋優化層：數字孿生黃河建設的優化改進助推器

反饋優化是將虛擬黃河模型中決策分析后所形成的指令信息向下反饋到集成整合與協同感知環節，用于改進集成整合標準、調整感知層工作的具體執行。通過評估優化機制，依據對治理成效的客觀評估，總結現實治理需求，加強流域數字化治理技術支持，縮小流域內數字技術應用差距，消除新舊技術壁壘，完善數據質量管理機制。在整體性治理理論的指導下，自下而上的建設流程與自上而下的反饋優化形成了數字孿生黃河建設的優化閉環，連接物理黃河與虛擬黃河，使得數字技術在黃河流域治理實踐中具備更好的適應性和優化能力。

綜上所述，在數字孿生黃河整體性建設運行框架中，各維度結構組成要素間通過信息的流動和相互作用緊密聯系在一起。協同感知層提供實時數據，集成整合層構建虛擬模型，應用融合層實現智能決策，反饋優化層進行持續改進，共同構成了數字孿生黃河整體性建設運行框架。協同感知層獲取的實時數據和信息作為數字孿生黃河建設的高質量數據資源庫的基礎，為集成整合層提供了數據源。黃河流域多源實時數據和信息在集成整合層被整合成統一、有序的新數據源，為應用融合層的功能提供了堅實基礎，并由此構建了數字孿生虛擬黃河模型。應用融合層利用虛擬黃河模型進行智能模擬和全面觀測，實現了數字孿生黃河的精準化決策和智慧化應用。反饋優化層的任務是將虛擬黃河模型中決策分析形成的指令信息向下反饋，形成閉環協同的運行機制，用于改進和提升整體性治理效果。通過這一整體性建設運行框架，實現虛擬黃河與物理黃河的有效連接，在數字化的虛擬黃河模型中智能模擬、預測物理黃河的狀態和變化，為決策者提供信息同步、問題診斷、模擬預測和決策指導等功能服務，確保了數字孿生黃河的高效運行。

五、數字孿生黃河建設的實踐進路

數字孿生黃河是黃河流域數字化治理發展的必然選擇。目前，數字孿生黃河建設進程仍處于起步階段，想要實現流域數字化治理的最大效益，可以依據數字孿生黃河整體性建設運行框架，從以下幾個方面加以完善。

（一）加強整體規劃，推動多方協調與合作

數字孿生黃河建設旨在實現黃河全要素和時空全過程的數字映射和智能模擬，從數字孿生黃河整體性建設運行框架協同感知層的組成要素和功能出發，通過整體規劃確立了數字孿生黃河建設目標，基于感知和識別功能實現了物理多方數據的采集與整理，計算功能則為后續建模工作完成了數據預處理。由此，通過制定整體性建設目標和調控策略，推動多方協調與合作，確保數字孿生黃河的全面推進，實現數字技術對流域治理的有效賦能。

一是明確數字孿生黃河的整體性建設目標。首先，數字孿生黃河的建設目標應包括全面還原物理黃河全流域要素和活動，實現高度準確的數字映射和智能模擬，為決策者提供準確、可靠的流域信息。其次，整體性建設目標還應注重發揮數字賦能的功能，通過整合數據和平臺模擬，為決策者提供決策支持、風險評估和資源優化等作用。再次，整體性建設目標應強調實現虛擬黃河與物理黃河的有機結合，形成數字孿生黃河的綜合應用，提升生態治理成效。

二是制定整體性調適策略，推動多方協調與合作。數字孿生平臺的建設需要制定整體性調適策略，涵蓋技術、政策、法規、經濟等多個方面，包括建立技術標準和規范、完善相關法律法規、推動政策支持、加強人才培養和科研創新等［23］。同時，加強與各治理主體的溝通和協商，各方可以共享數據、共同參與模型建立和模擬仿真工作，平臺應為各治理主體在線協作、信息共享、任務分配等提供交流渠道，促進各方之間的有效溝通，形成建設共識，推動數字孿生黃河建設的順利實施。

（二）整合數據資源，建立統一的數字孿生黃河“數據底板”

基于數字孿生黃河整體性建設運行框架集成整合層的功能，將流域多源數據信息整合成統一有序的新數據源，構建流域數據庫。統一的“數據底板”是提升數字孿生黃河整體性建設成效的基礎保障，通過設立數據資源清單并統一數據標準，建立數據采集機制和信息共享平臺，整合全流域數據資源，消除流域間“數據壁壘”。

一是設立數據資源清單，統一數據標準與規范。設立數字孿生黃河建設相關數據資源清單并對其進行分類整理，包括地理空間、氣象氣候、水文水資源、生態環境、社會經濟數據等，明確數據種類和來源，為后續的整合工作打好基礎。制定統一的“數據底板”，即數據標準與規范，包括數據格式、數據結構、數據質量要求等方面。通過統一的標準和規范，減少數據整合過程中的差異，提高數據資源的有效性。

二是建立數據采集與共享機制，規范數據獲取、傳輸、存儲等環節。利用遙感技術、傳感器網絡和物聯網等手段，實時獲取和監測黃河流域的相關數據。建立開放的數據共享平臺，吸引各方共享自己的數據資源，促進各方主體合作，消除“碎片化”困境，形成全流域數據共享的良好氛圍。在共享開放的同時需要注意數據安全和隱私保護，在數據整合過程中加強安全措施和管理，采用加密、脫敏、權限控制等技術手段，確保敏感數據的安全性和隱私性。

三是建立信息共享平臺，加強黃河全流域各治理主體間的溝通與合作。通過開放和共享數據資源、技術手段和研究成果，促進黃河上中下游各流段之間的合作與共同發展。建立開放的數據接口和標準，提供數據集成和共享的便利，調動各方參與的積極性和主動性。

（三）完善全域智慧水利平臺，推動數字孿生黃河建設落地

應用融合層是數字孿生黃河整體性建設運行框架的核心功能層，數字孿生黃河建設的核心目標是實現數字孿生黃河的精準化決策和智慧化應用。依據應用融合層同步、診斷、預測及指導功能，現階段完善全域智慧水利平臺，包括數字孿生黃河虛擬模型、天空地一體化黃河水利感知網和數字孿生黃河智能決策支持系統，是加快數字孿生黃河建設落地的重要推手。

一是建立流域全要素及時空全過程的數字孿生黃河模型。基于全流域數據資源，建立數字孿生黃河模型，模擬黃河的水文、水資源、水環境等關鍵指標的變化，對不同尺度、不同時段的黃河水情進行精細預測和模擬，實現對物理黃河流域的實時連接、虛實映射，為精準調控提供科學依據。

二是發展天空地一體化黃河水利感知網，實時監測預警黃河水情。黃河河道素有“九曲十八彎”的特征，“三年兩決口，百年一改道”長期威脅著沿黃各省區人民的生命財產安全。通過數字孿生平臺的可視化技術，將黃河復雜的流域數據和水情模擬結果以直觀、易懂的數字模型呈現給決策者和相關人員，幫助決策者直觀地了解流域的狀態、趨勢和變化，輔助制定科學、合理的調控決策。

三是完善智能決策支持系統。基于數字孿生黃河模型，完善智能決策支持系統，利用人工智能、大數據分析等技術，根據不同情景和目標，對復雜的數據進行處理和分析，給出相應的調控方案和建議，為決策者提供智能化的決策支持。通過對數據的實時監測和模擬，基于實時數據和模擬結果，及時發現洪水、干旱、水質污染等災害和環境問題，發現潛在的風險因素，評估其對流域的影響，并制定相應的應急響應措施，減輕災害風險和損失。

（四）推動技術更新與升級，形成數字孿生黃河建設優化閉環

對于數字孿生黃河的反饋優化環節，需要基于數字孿生黃河模型的運行情況和智慧決策的反饋結果，通過數字孿生黃河整體性運行框架反饋到集成整合層與協同感知層，用于改進集成整合標準、調整感知層工作的具體執行，持續優化數字孿生黃河模型的性能，形成數字孿生黃河建設優化閉環。

一是加強數據質量管理和模型校準。在數字孿生黃河模型運行過程中，持續監測數據的質量和準確性，及時發現并糾正數據采集或傳輸中的問題。建立數據質量評估體系，對共享的數據進行質量檢查和評估，對于數據質量不符合要求的，應與數據提供方進行溝通，要求其進行修正和更新。通過建立數據質量監控和反饋機制，實時跟蹤數據質量，并及時糾正數據質量問題，同時對建立的數字孿生黃河模型進行校準和優化，將實測數據和模擬結果進行對比驗證，不斷提高虛擬黃河模型的精確度和可靠性。

二是跟進技術更新與升級，確保決策支持系統的持續優化。隨著數字技術和水利技術的不斷發展，數字孿生黃河建設需要不斷跟進新的技術方法，探索更高效、更精確的建模方法，并將新技術逐步應用于數字孿生黃河建設中。基于新技術持續評估智能決策支持系統的性能，對系統的決策結果進行驗證和優化。同時，根據實際應用情況改進決策支持算法，提高決策系統的準確性和響應速度，確保數字孿生黃河在實際決策中發揮更大作用。

三是建立用戶反饋與參與機制。數字孿生黃河建設的參與方包括各級政府部門、水利管理機構、科研院所、企業等，需要建立健全用戶反饋與參與機制，定期聽取建設參與方的需求，了解各方實際建設應用情況，收集各方改進意見。同時，鼓勵各方主體積極參與數字孿生黃河建設，在數據共享、模型驗證、決策制定等方面進行合作，形成數字孿生黃河建設共同體，推動數字孿生黃河的持續改進和升級。

六、結語

黃河流域實現數字化治理的關鍵在于“數字技術為流域治理賦能”，通過對當前學界關于流域數字化治理研究成果的梳理和分析，可以看到，數字技術已成為流域高效治理發展的重要推手，數字孿生技術開始逐步應用到流域治理工作中。然而，值得注意的是，雖然目前數字技術已經在流域治理中取得一定進展，但如何將全流域數字技術的應用形成一體化、互聯互通的數字孿生流域網絡，實現全流域范圍內的數字化治理升級，仍然需要更深入的研究。

數字孿生黃河作為黃河流域數字化治理新態勢，有效推動了智慧黃河建設的數字升級。未來數字孿生黃河應更加注重整體性聯結，與數字孿生城市、智能交通等數字系統相結合，通過數字孿生平臺與各方形成協同合作機制，實現信息共享、數據交互和全流域聯通。隨著國家對生態環境保護的進一步重視，數字孿生黃河作為一種工具和手段應與國家的相關政策和戰略相連接，為生態保護治理提供科學依據，幫助決策者制定更加有效的措施和政策，實現全流域生態保護治理成效的提升。

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［責任編輯：趙瞳］