【方案】智慧水利建设解决方案

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智慧水利建设总体解决方案 | 科学 | 规范 | 诚信 | 卓越 | | 勤奋 | 严谨 | 求实 | 创新 | 目 录 1 2 3 4 新形势与新要求 系统性建设方案 建设思路与架构 相关案例与经验 国家、行业、地方新要求 国家 “十五五”规划和 2035 年远景目标 “ 十五五”智慧水利建设规划 (2025) 水利业务“四预”基本技术要求 ( 试行 ) (2025) 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 水利部提出智慧水利是新阶段水利高质量发展最显著标志和六条实施路径之一 加快构建具有“四预” ( 预报、预警、预演、预案 ) 功能的智慧水利体系 “ 十五五”水利发展规划 建设长江、太湖等重点河湖数字孪生系统、智能业务系统， 实现核心业务智慧应用全覆 盖 国 家 战 略 层 面 节水优先 数字孪生水利工程建设技术导则 ( 试行 ) (2025) 数字孪生流域共建共享管理办法 ( 试行 ) (2025) 智慧水利建设顶层 设 计 (2025) 数字孪生流域建设技术大纲 (2025) 空间均衡 系统治理 两手发力 网络强国 加强 数字中国 长三角数字流 域和智能水网建设 行 业 发 展 层 面 ， ， 业 务 应 用 智 能 化 差 距 较 大 u 信息技术和水利业务融合不够深入 u 水利工程信息化程度不高 u 先进技术应用水平不高 u 以社会公众需求为出发点的服务产品缺乏 保障体系有待完善 u 体制机制不够健全 u 资金投入不足 u 人才队伍不强 u 前 沿 技 术 的 创 新 研 究 与 应 用 不 够 u 运维体系不完善 透彻感知能力存在 不足 u 感知覆盖范围和要素不全 u 信息采集智能化程度较低 u 通信保障能力不足 u 应急保障能力不足 信息 资 源 开 发 利 用 有 待 提 升 u 水利基础数据不统一、准确性不高 u 分散建设相互封闭 u 外部共享不足 03 02 04 01 行业痛点 围绕“ 智慧水利 ”的愿景 ， 以信息化技术为核心驱动力 ， 整合水利领域内的设施功能 、管理手段及建设目标 。 以信息网络 为骨架 ， 串联水利领域的所有设施 、节点和要素 ， 融合不同通道 、信号与数据； 形成全面贯通 、互联互通的信息化管理 与指挥网络 ，集“感知 、预警 、决策 、处置”功能于一体 ，助力构建常态化的水利指挥调度能力； 实现水利领域的“ 实时监管 、 科学预测 、精准控制 、高效处置”的现代化管理目标 ，从而显著提升水利工作在生态文明、生态安全等多方面 的服务保障能力。 01 02 04 03 边缘智能 多维感知 离线自治 业务协同 建设思路 目 录 1 2 3 4 新形势与新要求 系统性建设方案 建设思路与架构 相关案例与经验 业务体系 ◼ 从水利十大业务需求 出发， 紧密结合苏州 水务核心职责 ◼ 围绕 “ 7+1” 业务体 系， 构建应用系统及 调度指挥中心 总体架构 五横两纵： 一基础、 一平台、 一中心、 两保障、 N 应用” 建设理念 智慧驱动， 精准治理 2.1 “ 智水苏州”二期顶设 实施计划 ◼ 近期： 水网感知与数据互联 互通， 智慧大脑建设急用先 行， 部分业务应用 ◼ 中期： 全要素感知体系完善 补充， 支撑平台与业务体系 融合， 业务全覆盖 ◼ 远期： 感知、 基础设施维护， 完善大数据积累与智能分析， 综合应用能力迭代升级 建成 “水网透彻感知、 数据 融合共享、模型智能驱动、 协同调度指挥、服务普惠便 捷、河湖美丽健康 “的智慧 水务平台和智能水网 2.2 东莞智慧水务一期顶 设 建设 目标 江苏 智慧 水利 数字孪生水网建设总体 技术指南 ( 地标 ) 水工程预报调度━体化平 台建设标准 ( 团标 ) 2.3 江苏省数字孪生水网工程试点建设——标准先行 标 准 制 定 2.3 江苏省数字孪生水网工程试点建设——总体框 架 数据底板为数字孪生水网提供 “算据”支撑 基础设施为数字孪生水网提供 “算 力”支撑 模型平台与知识平台提供 “算法”服务 以客观存在的物理水网为基础 支撑智慧水利“ 2+N” 四预业务应用 数字孪生水网 双向映射 同步仿真 赋能 完成江苏省数字孪生水网顶层 设计， 率先开发了江苏省太湖地区水工程预报调度一体化平 台，获得水利厅各级领导一致认可， 5 月底已经部署运行，实现防洪“四预”业务应用 2.3 江苏省数字孪生水网工程——率先完成数字孪生工程实 践 5.6 界面 展 示 五、预报调度一体化系统开 发 大通 下泄 Q 状态 状 态 状 态 水库 下泄 Q 望亭立 交下泄 Q 黄埔江边 界控制 实时雨水工情 + 精细化降雨预报 太湖地区预报调度一体化模型 感知联合模型高频滚动计算 预报 1-3d 河道洪水过程， 4 级预 警 形成“四预”的业务封闭流程 2.3 江苏省数字孪生水网工程试点建设——场景预 演 潮位 H 状态 太浦闸 下泄 Q 湖西 入流 Q 浙西 入流 Q 状态 状态 5.6 界面 展 示 五、预报调度一体化系统开 发 2.4 防汛“四预”演练系统——海委永定河流域 ◼ 融合 “四预”理念，以数据底板建设 +“ 四预”防汛业务为核心的思路 ◼ 利用数字孪生、数值模拟， 支持天气形势预测 - 水文测报 - 预警发布 - 洪水错峰调度 - 蓄滞洪区运用 业务 ◼ 成果也得到肯定，推广至江苏省横山水库“四预”业务功能，今年将在石梁河水库开展演练工作 海 委 总 指 挥 中 心 预 演 现 场 2.4 防汛“四预”演练系统——沂沭泗流域 2.4 防汛“四预”演练系统——江苏省大中型水库 开发省级水库预报调度系统，支撑江苏省水利厅在“烟花”台风登陆前进行横山 水库防洪调度演练、 石梁河水库应对郑州“ 7.20 暴雨”超标准洪水演练 信息技术支撑实况演练获圆满成功， 通过演练检验了“四预”措施落实情况 横山水库 “四预”系统 石梁河水库 “四预”系统 江 苏 省 防 指 演 练 现 场 一体化河网模型、洪涝联合调度、水环境联控调控、智慧水利 / 水务应 用 应用案例 7 应用案例 6 应用案例 5 应用案例 4 应用案例 3 应用案例 2 2.5 其它落地模型与系 统 省级动态洪涝风险图管理与预报预警平台 城市智慧水务顶层 设计与解决方 案 城市河网水环境提升联控联调系统 滨湖城市河网水环境综合调控系统 流域 - 区域 - 城市防洪联合与智能调度系统 平原河网水动力多尺度分级智能模拟系统 流域预报调度一体化“四预”数字平台 江苏、淮委、四川、福建、无锡 … 苏州大包围、 G20 核心区、滨湖城市 … 智水苏州二期、东莞智慧水务一期 … 江苏 18 个、淮委、四川、福建 … 太湖地区、海委、大包围、水库 … 行政区划、水利分区定制模型服务 … 太湖流域、淮河流域、海河流域 … G F E D C B A 智慧水务应用 模型服务平台 预报调度应用 流域尺度模型 联控联调应用 统一管理平台 洪涝风险模型 7 类 2.5 其它落地模型与系统应用——江苏省太湖地区联合调度系统 建设可重构过去、模拟现状、预测未来的洪涝联合调度解决方案 ◼ 实况复演，佐证模型；流域性、区域、城市设计洪水模拟， 指导规划； 工情变化模拟， 评估效益 ◼ 流域 - 区域 - 城市多目标联合调度，优化入江 - 入湖 - 圩区群协同调度， 指导日常防汛调度 ( 如 何预 降、预降能力？预报调度、预报预警 ) 与河网生态补水 ( 确定 引 水水量、引水路径、循 环过程等 ) 入江 圩 区 群 入 湖 智能化一键调度 物联感知体系监控代替人工观测 2.5 其它落地模型与系统应用——苏州市城区活水联控联调系统 实施闸泵自动化改造与集中控制，建成水利工程群的一键精准调度，改善 水环境 ◼ 以实时监测与预报数据为驱动，以模型为核心，以远程控制为手段 ◼ 58 处闸泵调控关键节点均实现远程控制，满足科学精准调度要求 2.5 其它落地模型与系统应用——无锡运东大包围防洪工程智能调 度 建设在线滚动预报、预报调度、智能调度一体化解决方案 ( 在线运行近 2 年 ) ◼ 预报预警： 深度融合水雨工情， 2h 不间断滚动计算，预报未来 24h 区域任意关注点水位过程 ◼ 预报调度： 提供人工调度干预， 按照调度人员想法进行调度模拟， 评估调度方案是否可行 ◼ 智能调度： 依据预报降雨，考虑可能调度情景和调度习惯， 自学习，发布 3 、 6 、 12 、 24h 调 度 预报期 误差厘米级 人工预报调度 同化期 基本无误差 2.5 其它落地模型与系统应用——无锡滨湖城市河网水环境调控系 统 建设在线监测联合模型驱动的水环境综合调控解决方案 ◼ 全面 感知 ： 水文、水动力、水质、视频等物联感知全监测， 工程运行状态监控 ◼ 决策优选： 解决何时调度，如何调度， 调度后的效果 ◼ 更新迭代： 可以查询、管理、 年度更新调度预案信息和模型信息 无锡市马市长部署 超标准洪水研究， 无锡市水利局牵头， 联合 20 多家防指成 员单位，开展风险 评估，并在全市范 围内开展实战 演 练， 已经形成初步成果， 在全国具有一定的 引领性 2.5 其它落地模型与系统应用——无锡应对类似郑州 7.20 极端暴雨研 究 场景一 长历时梅雨型 (2016 年 ) 1.0 倍郑州降雨量 ( 风险图 ) ➢ 最大 1 小时 201.9mm ➢ 最大 24 小时 645.6mm ➢ 最大 3 天 789.1mm 现状标准 2.4-2.9 倍 2.5 其它落地模型与系统应用——无锡应对类似郑州 7.20 极端暴雨研 究 2.5 其它落地模型与系统应用——无锡应对类似郑州 7.20 极端暴雨研 究 完成了城市生命线工程专题风险图绘制，为涉水行业部门提供对策制定的科学依据 政府单位 居民小区 变电站 地铁 学校 医 院 做好顶层 设计，全 局统筹谋划 重视模型研发，强化平台支撑 完善保障机制，有序开展工作 加强需求分析，解决痛点问题 打破“数据孤岛”，实现数据共享 缺统筹 缺智能 缺保障 缺实用 缺联动 问题与 2.6 问题与思 考 思考 系统功能以监测展示为主，水安全保障 相关的调度、管理、决策以经验为主， 新一代信息技术及模型未充分应用，没 有形成 “预报、预警、预演、预案”的” 四 预”业务应用体系 水务对象、物联感知站网、数据治理、 系统建设等标准不统一，基础数据未形 成一级填报，二级审核，多级应 用的填报、审核、更新标准与机制 系统间链路未打通，未建成统一的 数据管理中心，数据分散， 共享 难 ，数据安全性、权威性、准确性、 连续性不足 系统建设以部门为对象，监测体系 不完整，数据覆盖度不够；投资分 散，缺乏统筹；急需从市域层 面 建 设一套智慧水务平台， 协抓共管 缺标 准 缺联动 缺智 慧 缺统筹 2.6 问题与思 考 存在 短板 目 录 1 2 3 4 新形势与新要求 系统性建设方案 建设思路与架构 相关案例与经验 模型智能驱动 水网透彻感知 数据融合共享 结合历史资料与实时监测数据实现多源数 据耦合，形成区域适用的专家系统 通过系统资源服务平台，为区域排水管理、 水污染综合治理等提供决策支持 建设数据汇集系统，实现全要素监测信 息自动采集与已建信息共享交换 建设综合数据库实现监测、工程、管理 与应用信息的统一存储、统一管理、统 一服务 构建一个中心： 智慧水务指挥中心 围绕两个重点： 城市防洪、水资源配置与水环境提升 定 位 三个层次： 基础设施 (IaaS) 、智慧大脑 (PaaS) 、智能应用 (SaaS) 力争四个创新： 全域智能模拟、实时调度指挥、联合自动控制、河湖健康诊断 做到五个统一： 统一门户、统一标准、统一平台、统一服务、统一运营 突出六个特色： 可感可视、可知可控、预报预警、智能诊断、指挥决策、常态管 控 统筹七个对象： 户、厂、网、河、湖、闸、泵 服务普惠便捷、河湖美丽健康 协同调度指挥 实现业务信息的集中展示与处理 构建服务普惠便捷、河湖美丽健康的平台 理念 构建孪生水网 打造健康河湖 需求牵引 应用至上 3.1 建设理念与愿 景 雨量、水位、流量、安全、水质、积水、排水、 视频等信息实时监测、采集、传输、处理 实现闸泵站远程监测控制，卫星、无人机等设施 实现信息实时感知 愿景 实现城市排水管理、水环境治理、水质 水量调度、河湖智能巡检等 实现区域突发事件应急管理 以算据、算法、算力为支撑， 构建数字孪生流域， 实现水利 2+N 业务的预报、预警、预演、预案功能 3.2 总体架构设 计 算力 算据 “ 四预” 数字水网 数字孪生水网 数据底板 物理水网 智慧水网 算法 目 录 1 2 3 4 新形势与新要求 系统性建设方案 建设思路与架构 相关案例与经验 调研对象 重点调研内容 水务局 办公室 信息化现状、总体建设要求 水资源管理科 防洪调度、水库调度、水资源业务管理、取水 信息中心 信息化现状、防洪排涝、水文数据的获取、水库监控 河湖科 河湖长制系统现状、管理制度和考核办法、业务流程 水旱灾害防御和排 水科 排水防涝系统现状、视频监控、接入气象预报数据 水利工程管理科 信息化系统现状、工程基础数据和空间数据、工程巡查 水务工程建设科 信息化系统现状、日常业务、施工安全、工程监管验收 水土保持科 涉水系统和监测数据、建设目标、监测分布图 水务监测中心 政策法规和标准、监测点位情况、监测指标、数据来源 水务集团 现状和问题、建设目标、排水图纸资料、排水监管数据 气象局 信息化系统现状、业务运行情况、气象数据 生态环境局 涉水系统、监测数据、监测指标和分布图、污染源 大数据局 信息化系统现状、数据管理情况、水务数据 4.1 业务需求牵 引 需求牵引、应用至上：各部门和业务处室的职责和需求出 发 现场踏勘 局委办 横向数 据共享 ➢ 遥 感 解 译 ➢ 无人机航测 ➢ 地 面 测 绘 ➢ 调 查 收 集 流域纵 向部门 数据互 联互通 建设 “三网合一”的物理流域， 不同维度获取、集成水物理网静态信息， 考虑精度与更新 汇 聚 形 成 流 域 孪 生 底 板 信 息 源 4.2 算据——静态信息 重点水利工程信息 洪水影响重点对象 … … 社会经济信息资源 流域骨干名录河湖 流 域 遥 感 下 垫 面 地面 DEM 用地 类型 河湖库 地形 水利 工程 社会 经济 重点 对象 气候 环境 构筑 物 更新 机制 精度 保障 物理流域 数 据 汇 聚 方 式 现实世界——物理流域 水 调 度 网 水 信 息 网 水 物 理 网 ① 根据关注点水位进行判定 ； ②根据水利工程内 外水位差进行判定 ； ③根据多组条件综合判定 ( 如工程水位 - 开度关系曲线 ) ； ④根据 工程运行 状态综合判定 ； ⑤根据工程出流量判定 水 调 度 网 水 信 息 网 水 物 理 网 获取制定流域 - 区域 - 城市防洪排涝、水资源配置、水生态环境调控等调度信息 调 度 方 案 ➢ 《太湖流域洪水调度方案》国讯 ﹝ 2011 ﹞17 号 ➢ 《苏南运河区域洪涝联合调度方案》 ( 试行 ) 4.2 算据——调度信息 物理流域 现实世界——物理流域 ◆ 以流域为对象，构建预报调度一体化模型， 覆盖流域骨干河道名录、水利工程及调度 ◆ 构建统一模型构建标准，形成一套综合流域模型 ( 水文 - 水动力 - 水质 ) ，模型精细，功能强大 全面 4.3 算法——水利专业模 型 模型 框架 ◼ 适用不同下垫面特性水文过程模 拟 ➢ 降雨 - 产流 - 汇流水过程 ◼ 水文 - 水动力 - 水质一体化模拟 ➢ 风暴潮洪水过程 ➢ 河道一维、湖泊二维水动力过程 ➢ 河网 - 管网耦合内涝积水退水过程 ◼ 闸泵涵工程群运行调度模拟 ➢ 支持各类复杂调度逻辑 ◼ 洪水影响与损失评估模拟 ➢ 洪水要素与下垫面叠加分析 一二维耦合模拟机制 河网 - 管网耦合模 拟 模型 功能 4.3 算法——水利专业模 型 城市内涝积水退水模拟 洪水演进过程模拟 4.3 算法——水利专业模型 “ 十三五”期间自主研发了多尺度分级智能模型 ( 新一代在线模型 V1.0) ◼ 利用气象，雨、水、工情感知数据驱动传统水文 - 水动力模型在线滚动计算， 支持调度预演模 拟 ◼ 在云端部署可定制化服务“模型平台”，已作为数字孪生流域建设 “不可或缺”核心组成部分 ◆ 符合新一代模型发展趋势 ◆ 专业模型与信息技术深度融合 模型特点 ➢ 规范数据 ➢ 改进算法 ➢ 开发软件 ➢ 平台集成 ➢ 共享服务 “ 模型是纽带” 串联 算据 + 算法 + 算 力 防 洪 水安全管理与智能分析 “ 四预” 业务应用体系 水资源 2+N ◼ 智能模型是指通过训练学习算法， 建立一套能够利用计算机智能分析和理解音频、 图像、视频以及自 然语言的模型库， 代替人工进行大范围遥感影像解译、大规模视频监视、大批量语音通话以及大量