以智慧太湖支撑水利补短板强监管的思考

吴浩云，黄志兴

（水利部太湖流域管理局，上海 200434）

0 引言

太湖流域河网密布，地势低平，水流往复不定，自然条件决定流域治理与管理需面对庞杂繁复的江-河-湖关系；另一方面，流域经济社会高度发达，人口密集，城市集中，水资源开发利用活动极为频繁，流域治理与管理必然面对复杂多样的利益诉求和矛盾。自 2007 年 5 月底暴发太湖水危机以来，按照国务院要求，为保障流域人民饮水安全，改善太湖水环境质量，流域地方各级党委政府持续推进《太湖流域水环境综合治理总体方案》[1]建设，加强《太湖流域管理条例》贯彻执行[2]，落实《太湖流域洪水与水量调度方案》，持续开展引江济太，加强流域河湖管理，有力保障流域水安全[3]。与此同时，太湖流域管理局（以下简称太湖局）认真落实水利部党组智慧水利工作思路[4-5]，积极推动云计算、物联网、大数据、人工智能与水利业务的深度融合，先后制定了《智慧太湖总体构想》《智慧太湖顶层设计（2017—2020 年）》及《智慧太湖技术方案》，提出了智慧太湖建设目标和技术架构等[6-7]，依托太湖流域水环境监控与保护预警系统和太湖局综合管理信息资源整合与共享 2 个项目，开展水利信息化补短板和强监管初步实践，努力发挥水利信息化在保障、支撑、引领和服务流域治理与管理中的重要作用。

当前，新老水问题复杂交织的水安全形势对水安全提出了严峻挑战，水利部党组深刻分析当前治水主要矛盾的变化，明确提出“水利工程补短板、水利行业强监管”的总基调，为做好新形势下的流域治理与管理工作指明方向[8]。破解水问题，保障流域水安全，必须学习贯彻“十六字”治水方针，认识治水主要矛盾的深刻变化，加快转变治水思路和方式，将工作重心转到水利工程补短板、水利行业强监管上来，进一步分析流域治理与管理对信息化的需求，客观判断信息化支撑水利行业强监管的主要短板，立足现有信息化基础，进一步完善智慧太湖技术方案，以保障流域防洪、供水和水生态的安全为目标，以提升流域综合治理和管理能力为核心，推进大数据、云计算、物联网、移动互联等现代信息技术和其他先进科技手段在太湖流域水利治理与管理中的运用[9]，实现对各类水利信息的实时感知、安全传输、智能挖掘、高效运用和安全共享，提高基础管理的数字化、精细化和集约化水平，促进流域与区域、水利与涉水行业网络互通，系统对接，信息共享和业务协同，进一步提升面向公众、涉水行业提供的信息服务水平，实现“实时感知水信息，准确把握水问题，精细调度水工程，科学管护水资源，有力保障水安全”的智慧太湖建设目标，以水资源的可持续利用促进经济社会可持续发展，为建设美丽太湖奠定坚实基础。

1 流域治理与管理对信息化的主要需求

当前，太湖流域水利工作正处于追求更高水平、质量发展，加快实现水利现代化的关键阶段。同时，流域人民对水资源、水环境、水生态的需求与水利行业监管能力不足之间的矛盾进一步凸显。为此须查摆流域水利改革发展的突出短板和薄弱环节，梳理出流域治理管理对于信息化方面的主要需求，确定今后水务创新的方向。

1.1 河湖管理

现有以人工巡查为主、在线管理为辅的传统方式无法满足河湖空间管理精细化及科学化的要求，需要建立起覆盖流域重要的、省际边界的、重要生态敏感的河湖等全覆盖的全面实时感知体系，开发基于河湖健康的智慧化管理决策系统，通过历史数据和相关分析，科学划定表征重要河湖健康的指标及阈值，监控违法违规行为，预测未来河湖健康状况走势及应采取的管理保护行为，推动河长制从率先全面建立到率先全面见效。

1.2 水旱灾害防御

现有防汛抗旱系统已具备水雨情预测、预报、预警及工程调度等基本功能，主要问题是智慧化程度不足，与科学化、精细化决策调度支撑的要求不匹配。需要进一步提高流域水量水质数学模型的预报精度及范围，以智慧灾害预警管理为核心，实现灾害事件的提前预警，工程调度智能决策及滚动修正，灾害风险管控分析可视化等。

1.3 水资源开发利用

供水方面，省际边界河道、重要河湖生态水位（流量）、水源地等水量水质变化及蓝藻情况需进一步加强监测能力建设；用水方面，非农用水监控需通过共享接入的方式实现在线监控 90% 以上，农业用水需采取典型灌区在线计量及推算的方式逐步实现在线计算。水资源承载能力评价方法、监测预警、年度水量分配拟定、滚动修正及考核评估等功能亟待补充完善。

1.4 节约用水管理

按照治水新思路要求，指导及监督省市用水定额方面，需建立定额数据库，加强数据横向和纵向互联，自动分析城乡同行业不同地区的定额要求与国家、行业标准的满足程度及先进性。用水总量及效率监督方面，需实现省市用水总量在线计算及评估，智能计算宏观用水效率指标等。

1.5 水资源保护和水生态管理

水资源保护方面，需进一步加强省际边界河湖和重要引供水河道水质、蓝藻、水葫芦，以及排污口水量水质的在线监测能力建设，共享利用环保、交通、安监、气象等部门的环境风险源和危险化学品及其运输等数据，建立太湖流域污染源和蓝藻图像识别的数据库，构建大数据分析模型，确定污染源风险等级，绘制污染风险图，实现突发水污染事件快速监测及预警，蓝藻预警预报，以及水源地安全评估及预警等，提升水生态环境保护的风险识别、监督管理分析及科学治理决策应急处置能力。

1.6 水利工程建设与管理

实现对太湖流域重点水利工程基本信息的全面实时监控。对流域直管工程安全、运行情况，以及可能影响安全运行的因子，进行规范化、精细化、智慧化监控，发现异常及时预报预警。实现直管工程自动调度运行、智能调控。

1.7 水土保持

通过信息化手段，实现流域片国家级水土流失重点防治区，水利部管生产建设项目，长三角经济区核心圈，以及国家水土保持治理工程的水土保持信息实时感知，准确把握水土保持问题；完善和整合水土保持业务管理系统，实现信息的实时共享，为水土保持监管决策提供支撑。

1.8 水利综合监管

水灾害防御方面，通过监控水情、工程运行情况，对明显不符合整体防御安排的行为进行干预和纠正；河湖管理方面，通过及时掌握水域岸线变化情况发现侵占水域岸线等违法行为，及时开展执法；水资源管理方面，自动分析评判水量分配的执行情况，监控地区用水规模、资源节约利用水平，判断供水安全等保障程度；水土流失管理方面，通过“空天”监测，实时监控重点地区生产活动，及时发现违法行为。

1.9 政务管理

实现文件、会议、合同、资产、日常事务等管理的信息化及智能化，对日常工作中的问题发现、筛选分类、情况核实、整改反馈、跟踪复查、责任追究等环节全流程支撑，使综合政务管理工作准确，规范，高效。

1.10 社会服务

根据预报、监管、调度等不同阶段的需求，给不同层级政府推送重要的水雨情、工情、调度、水资源管理等相关信息，促进协调共赢；同时，根据需要向公众发布水雨情、太湖健康状况、重大事件实时应对等信息。

2 信息化支撑强监管工作存在的主要短板

与补短板、强监管提出的流域治理管理对信息化的需求相比，目前太湖局水利信息化现状支撑强监管工作还存在以下薄弱环节与短板：

1）监测薄弱环节较多，现代化监测手段缺乏。自动监测站点布设疏密不均，数据类型较少，部分省界未设水量水质监测站点。部分区域仍采用人工巡测，信息采集监测频次过低，不能满足精细化管理工作的需要。骨干引排、城市防洪排涝、圩区等工程实时数据缺乏；视频监测数据很少，开发利用不足；现代化的应急监测手段缺乏。

2）数据共享整合不足，不能满足监管应用需要。数据大多来自内部，种类少，数据的生产、管理、共享机制不够成熟，防汛抗旱、水资源、水土保持等已建业务系统间数据没有完全共享。在数据整合方面，仅建立了基础数据库，普遍存在一数多源或数据缺失的状况，数据资源目录库和元数据建设不完善，尚未建立完整高效的应用专题数据库。外部涉水信息共享困难，公众涉水信息服务不足。

3）业务支撑水平不高，新技术应用少。未形成全局性业务支撑平台，各监管应用灵活的模块化快速开发尚未实现，且各业务之间的协同明显不够。太湖流域水利模型预测精度不高，缺乏基于统计分析的数据建模、预测和可视化能力，视频数据未实现结构化处理和智能识别、自处理和自决策，难以支撑智能监管分析的需要。会商展示手段落后，全息投影、虚拟现实等新技术应用较少。

4）监管应用发展失衡，智慧化水平不高。防汛抗旱应用起步较早，发展较为完善，水资源管理与保护、水政监察、水土保持等业务应用也有一定的基础，但在河湖和工程的管理等方面短板突出。已建防汛抗旱指挥和水资源管理等系统功能以数据处理、统计查询、文档管理等为主，大数据、人工智能等新一代信息技术应用处于起步阶段，业务应用智慧水平不高。

5）基础设施尚有欠缺，难以支撑智慧监管。安全方面以被动防御为主，尚未实现全天候和全方位的网络安全态势感知、分析、运维。计算存储环境尚不足以支撑未来全方位的智慧监管应用，需要大规模升级网络带宽以适应大数据流量的需求。基础设施的监控和智能预警需进一步加强。

6）水利监督监管服务明显薄弱。水利信息公开和多元化服务不足，水利行业业务应用多，公共服务产品偏少，公共服务意识不强。事中事后监管及水利工程建设全过程管理薄弱，手段匮乏，地下水超采监督，河湖动态管控等缺乏数据支撑，公众参与度低。

3 智慧太湖补短板支撑强监管实践成果

以流域水利补短板、强监管需求为导向，针对水利信息化支撑强监管工作仍存在的短板，太湖局正在开展智慧太湖建设。当前以太湖局综合管理信息资源整合与共享，太湖流域水资源监控与保护预警系统项目建设为重点，计划至 2020 年建成智慧太湖 1.0[3]，至 2025 年，在 2020 年形成的框架基础上对智慧太湖进行完善与优化，建成智慧太湖 2.0。目前，在综合监视预警、调度决策和综合监管等方面已取得部分成果，实现了部分功能的智慧化。

3.1 数据整合共享

在现有统一信息采集平台基础上，建设完善信息采集点、视频监视点和工程监控点，进一步增加覆盖率和采集要素，增强水文、水资源、水环境、水生态、水土保持、重要水利工程等信息的采集能力，提供及时便捷的水信息监测、报送、查询、分析、共享、展示服务，不断提高信息感知、数据共享能力。

3.1.1 拓展流域信息感知

综合运用监测、遥测、遥感和物联网等技术，建设覆盖太湖流域片的水信息感知站网，逐步用自动监测替代常规人工监测，加强对流域雨情、水情、工情、水资源、水环境、水生态等相关指标的实时感知，进一步扩展监测指标范围，实现流域所有水信息“一张网”。

3.1.2 实现流域信息共享

建设统一的太湖流域监测信息共享平台，建立完善水信息共采、共享机制，初步实现流域相关省市地区的气象、水文、环保、国土等部门的信息共享。

3.1.3 构建流域数据资源维护平台

按照统一的水利数据模型、数据目录、基础数据、应用共享，整合建设标准的数据目录库、基础数据库、应用共享库和各业务应用专用库，建设完善数据资源管理与维护平台，形成“一数一源、一源多用、共建共享”的数据管理体系，保障数据的一致性。

3.2 信息监视预警

感知全流域水情、雨情、风情、工情、水质、蓝藻等涉水相关信息状态，在常规预警基础上，充分利用太湖流域水量水质模型及关联分析等技术手段，预判可能发生的事件和风险源，提前预警。

3.2.1 洪涝灾害预警

根据降水、台风预报等信息，通过洪水预报模型滚动计算，对重要湖库、江河控制断面预报结果进行分析评价，按照预案等级提前发布预警。

3.2.2 蓝藻预警

根据太湖蓝藻调查、卫片解译的数据，结合气象、温度、风场、水文的预报数据，调用蓝藻预测预报模型，预测水华发生的程度、面积及可能发生的区域，并按蓝藻暴发程度发布预警。

3.2.3 水资源用水预警

根据用水情况和需水预测，结合未来降水趋势预测情况，通过预警模型分析计算，按照设定的用水计划，对用水总量超出、供需失衡、取水超限等发布预警。

3.2.4 水源地水质预警

当饮用水水源地上游或相邻水域发生水质恶化等突发事件时，通过调入水量水质模型等，对水源地水质、锑浓度等进行预测和评价，并按影响程度发布预警。在水资源调度情况下，可实现望虞河引水沿程水质变化预测，模拟可视化；在入太湖不同流量情况下，实现望亭闸下水质变化对比分析。在望虞河、太浦河等骨干河道周边降雨情况下，通过模型计算或历史相似分析，提前预警可能出现的水污染信息，实现太浦河等河的水污染、水质变化预测，模拟可视化。

3.2.5 工程运行预警

根据实时信息和调度指令，通过模型计算或历史相似分析等，提出当前工程引排水能力，判断工程运行是否与调度方案相符合，提示工程将出现倒流等情况预警。

3.3 调度会商决策

3.3.1 事件驱动实现智能决策支持

在建的太湖流域会商决策支持系统，以热点追踪、事件驱动为切入点，自动收集相关信息，展示当前流域总体情势，进行调度规则的提取，历史相似调度方案集的查询分析，以及实时条件下的调度方案模拟，对未来一段时间的情势进行预判，提出推荐的调度方案或处置措施，主动将相关结果信息推送到交互界面，为调度会商与决策提供全面的支撑信息。热点包括预报河湖水位超警/超保，台风生成，太湖蓝藻暴发，工程未按调度方案运行，调度指标站水位/水质超限，突发水污染事件等。热点事件根据综合预警监视结果按严重程度进行自动跟踪，并在系统界面进行展示。事件驱动流程如图 1 所示。

3.3.2 自动推送和人工干预相结合的会商模式

太湖局调度会商涵盖防汛防台会商、引江济太、突发水污染应急会商等多个方面。太湖流域会商决策支持系统在太湖局防汛抗旱指挥系统二期综合信息服务系统调度会商模块已有功能的基础上，根据系统判别的当前会商类型自动推荐会商材料，组织会商资源，支持自动语音播放会商专题材料，并支持中途停顿和基于“一张图”的数据查询功能，实现调度会商的智能化和一键化。

3.3.3 调度全流程信息化管理

以调度方案、指令等的数字化管理为基础，实现调令起草、流转、收发、执行监控、效果评估等全流程信息化管理。

3.4 综合业务监管

3.4.1 江河湖泊监管

通过太湖流域河湖管理（河湖长制）信息系统建设，强化河湖管理，实现对流域水域岸线、岸线功能区划分、开发利用情况、涉河建设项目情况等的管理；强化河湖长制工作管理，实现河湖长制信息管理，河湖动态台账信息管理，各级河湖长制工作与主要任务完成情况的汇总分析、管理；强化河湖长制明察暗访管理，实现对河湖管理工作的暗访抽查、督导与评估，以及检查结果的管理。

3.4.2 水资源监管

图 1 事件驱动流程图

通过水资源管理综合业务分析系统建设，强化水资源分配和监督，基于实测资料、模型计算的分析结果，并根据省市上报的河道外和河道内取水计划，按规则确定河道外、河道内、沿长江的水量分配。在水量分配方案执行过程中，基于前期、下个月预测降雨，以及前期水量分配执行情况，进行余留期的月滚动修正。1 个调度年结束后，对水量分配的执行情况进行考核评估。

3.4.3 水工程监管

通过工程运行管理信息化系统建设，强化工程基本信息管理，实现对水库、堤防、闸、泵等工程基本信息的管理；强化直管工程运行监视，实现对工程所有部位的实时视频监视；强化直管工程运行管理，实现对度汛方案和计划，工程维修养护方案和计划，日常监督检查，直管工程标准化管理等信息的管理；强化非直管工程运行管理，实现工程复核信息的管理。

通过工程建设管理信息化系统建设，实现对工程概况、质量、安全、验收、多媒体资料等建设信息的统一管理。

3.4.4 水土流失监管

通过太湖流域水土保持监测信息管理系统建设，基于“太湖流域水利一张图”，实现水利部管生产建设项目监管，国家水土保持重点治理工程“图斑精细化”监管，重点防治区水土流失动态监测，典型监测站点水土流失动态监测等。

3.4.5 水政执法监管

通过遥感、遥测信息管理系统建设，采集太湖流域重点区域 0.5 m 遥感影像，实现流域重点区域围湖造地、围网养殖、水利工程、建设项目、违法取退水等水事活动信息的管理，查询，浏览，对比分析等，以及卫星遥感河道水事活动动态监测，为水政监察执法提供信息和依据。

3.4.6 现场监管

通过巡查监控 App 建设，强化水库安全执法督查，实现 8 000 余个水库站点的定位、导航和基本信息的查询，以及巡查轨迹的记录及督查信息的上报等功能；强化涉河工程建设项目执法督查，实现120 余个涉河建设项目的定位、导航，以及基本信息的查询及督查信息的上报等功能；强化河湖长制暗访执法督查，实现巡查轨迹的记录及督查信息的上报等功能。建设基于基础信息、15 类水利专题的“太湖流域水利一张图”，为监管业务系统提供地图支撑。综合业务监管框图如图 2 所示。

4 结语

太湖局通过智慧太湖等多年建设，流域治理与管理水利信息化短板得到一定补强，有力支撑了相关监管监督业务的开展。当前，急需紧紧围绕“水利工程补短板、水利行业强监管”水利工作总基调的要求，聚焦管好“盛水的盆”和“盆里的水”，持续深入开展需求分析，细致梳理综合监管业务流程。深化智慧太湖技术设计方案，持续谋划智慧太湖项目建设，不断推进现代化、智能化的信息采集手段，深化信息技术与传统水利工作融合强度，完善网络安全保障程度。到 2020 年，基本实现对流域水信息的实时感知、全面互联和充分共享，以及对流域水问题和水规律的定位把握、系统分析及科学研判，实现流域防洪、供水、水生态综合调度和动态监管，增强对流域江河湖泊、水工程、水土保持和水利规划等监管监督力度，提升流域水资源、水生态、水环境、水灾害等的治理与管理水平，促进流域生态系统各要素和谐共生。

图 2 综合业务监管框架图