山东水文信息化顶层设计构想

王效忠

（山东省水文局，山东济南250002）

1 项目背景

以习近平同志为核心的党中央高度重视、发展和治理互联网，把推动网络安全与信息化发展作为促进社会进步、增进人民福祉的基础性工程。水利部提出水利工程补短板、水利行业强监管的水利改革发展总基调，大力推进智慧水利［1］，全力驱动水利治理体系和治理能力现代化。山东省顺势而为推进数字山东数字政府建设，加快推进政府治理体系和治理能力现代化。水利厅组织编制了数字水利顶层规划等规划方案积极推进数字水利建设。为全面落实各级政府关于信息化工作的总体部署，全面规范数字水文建设，亟须制定山东水文信息化顶层设计。

2 编制意义

按照山东水文改革发展三步走的战略目标，统筹考虑全身水文信息化工作现状、问题和需求，统揽全局，针对信息化工作中亟待解决的全局性、系统性、原则性问题，站在全局的高度，着眼全省，提出推进信息化工作的基本原则、发展目标、总体架构、建设思路、主要任务、建设方法、进度计划和保障措施等，作为当前和今后一个时期指导全省水文信息化建设的纲领性文件，全面推进水文信息化工作。

3 水文职能

贯彻实施国家有关水文的系列政策、法规文件；负责水文站网的规划、建设与管理；开展降水、蒸发等各种水文要素监测评价和资料汇交；开展水文科研和情报预报，为防汛抗旱及国民经济发展提供水文科学支撑等。

4 现状评估

山东高度重视水文信息化工作，通过国家防汛抗旱指挥系统、中小河流、国家地下水、大江大河等项目建设，基本建成覆盖江河湖库、总体布局合理、监测项目齐全、整体功能较强的水文监测站网体系，实现了对基本水文情势的有效控制。水文设施工程建设项目的实施，将进一步完善水文监测站网，健全水文业务网络，改善软硬件设施环境，提升水情预报能力，为山东水文从“传统水文”向“数字水文”和“智慧水文”的转变打下了良好的基础。

5 存在问题

水文信息化建设虽然取得了较大成绩，但仍存在信息系统整合不足、服务效能不高、数据资源开发利用水平低等问题，信息资源碎片化、业务应用条块化、服务分割化等问题依然明显，提升治理体系和治理能力现代化的作用尚未充分发挥，改革意识、管理机制、资源整合、业务协同水平有待提升。

5.1 思想认识不足

一是对水文信息化重要性认识不够，机构、人才和资金投入严重不足。立项缺少依据，审查装备标准低，缺乏建设标准，重建轻管，缺少运维经费，已建系统很难持续发挥效益。二是责任不清、边界不明。常把水文业务和信息化割裂开来，把信息化当辅助工具，对信息化需要整体推进才能充分发挥效益认识不足，注重单一应用，缺乏总体规划，未将水文信息化全面融入水文事业改革与创新发展全进程。

5.2 缺乏顶层设计

水文信息化建设缺乏统一规划和顶层设计，无法系统整体推进水文信息化工作。水文信息化建设是一个整体，全面体现在信息采集、传输、处理、存储、分析、应用、服务等整个生产服务流程，水文与信息化深度融合不可分割。实际工作中，根据资金来源和部门职能分工，立足自身需求，各搞各的系统，注重单一应用，存在低水平重复开发现象，缺乏统一架构标准，系统集成困难，无法整体提升水文工作的信息化水平。

5.3 缺乏全面感知

现有水文站网以监测大流域、大水体为主，监测尺度较大。随着新时代治水主要矛盾的转变，人民对水资源水生态水环境的需求越来越迫切，现有监测站网短板日趋明显。一是监测对象不全。如37座大型水库，3 处无水文站；217 座中型水库已建水文站111处，地方自建23 处，86 处无水文站；小型水库未建水文站。二是水文测站信息化程度偏低。三是监测手段自动化程度偏低。四是监测设备标准不统一。五是以点监测为主，线面监测不足。六是感知信道不健全，保证率低。

5.4 集约化程度低

信息化资源分散，运维困难，无法集约化高效利用；网络通信覆盖不全，未建成一张网；计算存储能力不足；容灾保障能力不足。水文数据资源缺乏整合，内部数据管理分散，外部数据共享不足，网络信息获取不足，全方位数据挖掘和分析应用能力不足。

5.5 决策支撑不足

受项目和资金来源限制，各个部门自行组织开发，能满足各自水文业务工作需要。缺乏统一标准架构，功能单一，集成困难部门间发展不协同，难以互联互通协同联动。跨部门跨专业综合分析与信息服务等综合分析应用方面空白。遥感应用和跨行业协同较少，水文信息化综合支撑能力有待提高。

5.6 安全保障不足

管理机构不健全，市局无专职机构；缺乏统一标准规范体系；应急监测保障能力不足；水文科研创新应用不足；运维体系不健全；信息网络防护能力不足；部分应用系统未测评备案上线“裸奔”；网站管理维护亟待加强。

6 需求分析

根据新时代水利改革发展总基调，结合数字水利智慧水利总体要求，坚持问题导向和“实用、安全”总要求，按照互联互通、信息共享和业务协同的原则，实现从采集感知、数据资源、应用支撑、业务应用、公共服务、性能和安全、新技术应用等各项水文业务生产服务的全流程贯通整合，建设智能水文感知、智能数据处理、综合业务支撑、创新公共服务、系统安全保障、技术融合应用体系，全面推进水文现代化建设。

7 指导思想

以新时代中国特色社会主义为指导，贯彻新时代水利改革发展总基调，补齐水文信息化短板，实现山东水文发展“三步走”的战略目标，支撑水文行业服务，加快推进“数字水文”建设，以水文信息化驱动水文现代化，为新时代水文改革发展提供技术支撑，为山东水文改革发展提供新动能。

8 总体目标

充分运用物联网、大数据、云平台、人工智能［2］、5G、卫星遥感、无人机、移动互联等新一代信息技术，研究制定统一的水文现代化标准规范体系；构建纵向贯通、横向互联的水文信息采集物联网；初步构建天地一体化水文智慧感知体系；系统整合水文数据资源，加强跨部门数据共享，积极利用互联网资源；强化信息技术与水文业务深度融合。搭建一体化水文业务支撑平台，研发纵向高效、横向协同的一体化服务系统；拓展服务领域，开展跨部门业务协同；建设信息网络安全管控平台；基于“水文一张图”，为防汛抗旱、水资源开发利用、水土流失、生态环境保护、水利强监管、应急管理和社会公众等，提供优质的水文产品和服务，全面推进水文现代化进程。

8.1 阶段目标

近期，构建起较为完善的水文水资源监测网络，建立起较为完善的站网管理运行长效机制，基本实现水文信息采集自动化、传输网络化、处理科学化和服务全面化；到2035年，建成站网完善、功能完备、运行高效、服务优质的现代水文，全面实现水文现代化；到2050年，建成一流的现代化水文强省。

8.2 当前任务

完成水文设施建设工程，进一步完善全省大中型水库及上游入库河流、骨干河流及重要河道的水文监测站网体系，提升各级水情中心综合能力。包括新建改建水文监测站点，完善应急监测设施，改建各级水情中心，初步建设水文应用平台与系统集成等。

8.3 “十四五”规划

初步构建天空地一体化水文感知网、完善全面互联高速可靠水文业务网络、建设智能分析库、构建创新协同的智能应用、建设网络安全威胁感知系统，提升应急处置能力、建设智慧水文保障体系，初步实现水文现代化。主要内容包括完善提升地表水、地下水、水资源、水生态、水土保持、城市水文等水文监测站网；建设水文一体化应用服务系统，包括水文物联网、业务网、专业云、数据资源中心、应用支撑平台、一张图、综合运维平台等；研发洪旱情报预报系统、水资源调查评价系统、水文站网管理系统、水文信息服务系统和大数据分析模型库等。

9 设计原则

9.1 整体规划、全面推进

水文信息化是一项系统工程。涵盖了水文信息监测、数据汇聚存储处理、综合分析应用、设施设备运行维护和水文事务管理的方方面面，是一个有机整体，须由数字水文建设工作组统一组织，立足当前，着眼长远，用可持续发展的理念通盘考虑，强化顶层设计，科学确定目标任务，统一规划建设项目，科学制定实施方案、技术标准和数据规范，建立健全项目审核、备案、监督、验收、评价机制。按照统一技术架构、整合信息资源、促进应用协同、保障良性持续推进的原则，构造标准化的数据资源管理与信息应用服务体系，充分整合行业内部外部信息资源和应用系统，建设数据汇聚、存贮、计算、管控和职能分析平台，实现水文业务和管理事务一体化。

9.2 需求牵引、问题导向

要把水文信息化建设同水利工程补短板、水利行业强监管的水利改革发展总基调结合起来，紧紧围绕数字山东、数字政府和数字水利建设，以问题为导向，深入开展水文业务需求分析，结合重大水利工程补短板项目建设，在顶层设计框架下，规划建设水文信息化项目，有计划地分步推进数字水文建设。

9.3 整合资源、强化支撑

水文数据是水文工作的立足之本，是水文事业发展的宝贵资源，信息化建设要始终以数据为本，把水文数据的汇聚、存储、整合、共享、交换、挖掘、服务作为信息化建设的核心。在水文系统现有监测数据、基础数据和业务数据的基础上，整合各类涉水数据资源，按照统一的数据资源体系，整合水文数据资源，建设数据智能分析应用支撑平台，应用大数据分析技术，实现数据资源的全面互联和充分共享，强化对水文业务应用的数据支撑。

9.4 全面应用、强化服务

依托省政务云平台、政务网、水利业务网和水文网，建设山东水文专用云平台，在数据资源整合的基础上，基于大数据分析技术进行数据智能分析［3］，将现代信息技术与水文工作深度融合，全面推动信息技术在监测服务、预报服务、水资源服务、水生态环境服务、水文行业管理与公众服务等方面的应用，全面提升水文业务、管理和服务的能力和水平。

9.5 实用先进、安全高效

水文信息化建设要解决水文工作实际问题，让信息技术更好地造福水文，提高工作效率，减轻劳动强度，全面提升水文服务能力和水平，把全面推进水文工作作为出发点和落脚点。充分利用物联网、云计算、移动互联网、大数据和人工智能等先进信息技术，以解决四水问题为重点，在保障信息安全的前提下，全面提升水文业务、事务管理和水文服务水平。

9.6 创新机制、权责分明

理顺水文信息化建设管理体制，建立健全管理机构，制定适用于山东水文信息化建设的立项备案、实施、监督、验收、应用、推广、维护和考核等管理制度，明确各处室和各市局在信息化建设各个阶段的事权划分，明确职责分工，加强制度考核。建立健全水文信息化建设管理和运行维护资金保障长效机制，确保信息化建设稳步推进，持续发挥效益。

10 设计构想

将新一代信息技术广泛应用到水文业务领域，从信息采集、网络传输、数据整合到深度挖掘、智能应用、水文决策与公众服务等，各部分密切衔接、彼此耦合，形成智慧感知［3］、智能分析、辅助决策和信息发布的智慧水文体系。基于水文一体化云平台，重点建设水文智慧感知、水文大数据、水文智慧应用和综合保障四大体系。

10.1 水文云平台

按照大中台、小前台、微服务的架构，基于云架构整合水文信息存储计算资源，充分利用政务云、水利云等资源,构建集约高效、稳定可靠的水文综合应用支撑云平台，将水文业务应用的共性剥离，由平台统一提供基础软件运行支撑、框架结构和基础组件服务支撑，减少重复开发建设，实现水文业务协同与融合，支撑水文业务应用的快速定制开发，包括水文管理平台、应用支撑平台和水文一张图等。

10.2 水文智慧感知

依托山东省政务云平台和山东省政务网，充分利用卫星、无人机、5G、物联网和自动监测与控制技术等先进信息技术，构建常规与应急互补、点线面配套、空中地表地下同步监测的天地一体化山东水文信息采集物联网，形成覆盖全省的各类监测对象、各类要素的全方位信息获取、网络传输、信息汇聚及设备运行状态感知运维管控能力，实现对水文要素动态感知，为数字水文建设提供基础信息支撑。

10.3 水文大数据

水文数据资源是水文大数据发展基础和核心，依托水文云平台、政务网、水利网和水文信息采集物联网，提升数据获取能力，基于水文监测信息，充分汇聚集成来自水利、气象、测绘、国土、环保、交通、能源等行业和社会公众及网络的信息资源，建设数据资源池、水文数据中台和水文应用中台为水文大脑建设提供数据和应用支撑，为水文工作提供智慧应用支撑。

10.4 水文智慧应用

基于水文云平台和大数据支撑，建立既相互独立又彼此协同的水文业务应用模块的水文大脑。在整合现有水文业务应用系统的基础上，优化业务处理流程，进行模块封装复用，利用大数据云平台，开展水文数据深度挖掘和应用，建设模型库、算法库和数据图谱等，实现站网运行管理、水文预警预报、水资源管理、水生态保护、水环境监测、水土保持、超采区治理和海水入侵等综合应用分析评价预测，全面提升新时代水文服务能力，为防汛抗旱、水资源管理、水环境保护提供技术支撑，为社会公众提供优质水文服务。

10.5 综合保障

水文信息化是现代信息技术与水文工作的高度融合，信息技术日新月异，为保障水文信息化工作的持续推进，须建立健全水文信息化的综合保障机制。强化水文信息化建设管理，构建水文信息网络安全保障体系，完善水文信息化建设标准体系，建立工作协调机制、资金投入机制和人才培养机制等。确保项目建设管理规范有序，运行维护专业可靠、平台架构平稳高效运行，保障建设项目持续发挥效益。

水文信息化建设永远在路上，需要一代又一代人付出艰苦的努力。山东水文认真贯彻落实“水利工程补短板、水利行业强监管”水利改革发展总基调，以需求为导向，以“安全、实用”为重点，立足山东水文工作实际，按照数字政府、数字水利建设要求，紧紧围绕新时代水文服务水利和国民经济发展大局，大力推进数字水文建设，更好地服务经济社会发展。