智慧水利框架下河湖管护模式探讨

周志安，王杰伟，赵 萌，李 辉

（1.国信优易数据股份有限公司，100071，北京；2.北京中联环工程股份有限公司，100835，北京）

随着生态文明建设在河湖管护领域不断纵深推进，河长制作为深化生态文明体制改革的重要内容，在变革传统河湖管护方式、提升管理效能方面作用显著，不断促进管护模式从“工程治理”向“长效管理”转变，朝流域化、协同化发展。业务融合与协同也推动了河湖数据不断融合，大数据作为数字经济时代最活跃的生产要素，为实现以业务和数据为核心的智慧化融合管理提供了契机，“河长制+大数据”必将在河湖管护中发挥重要作用。

一、“河长制+大数据”的内涵

“河长制+大数据”河湖管护模式，是在智慧水利框架下以流域为单元、将河长制理念与以大数据为核心的新一代信息技术融合，打破水利、生态环境、住建等涉河湖部门的管理界限，推动河湖全局业务总协同、全量数据总汇聚，充分激活河湖大数据价值，实现用数据说话、用数据管理、用数据决策的现代化河湖管护新模式。

二、“一脑三体系”建设内容

“河长制+大数据”的总体架构如图1，通过建设“一脑三体系”构建智慧河湖“四大能力”。“一脑三体系”即孪生流域数字大脑、“天空地人”一体化全域感知体系、生态流域创新应用体系、标准规范体系；智慧河湖“四大能力”即全域感知能力、全流域河湖数据融合分析能力/全场景模拟预测及预警能力、河湖业务应用融合创新能力、智慧河湖标准规范及安全保障能力。

图1 “河长制+大数据”总体架构

1.孪生流域数字大脑

数字孪生流域是在数字空间实现流域物理空间和社会空间的全要素表达、全过程呈现、全周期可溯，借助历史数据、实时数据、空间数据以及算法模型等，对流域物理实体全生命周期过程进行仿真、预测、交互、控制，实现流域全面感知、虚实交互、智能决策、精准控制，推动流域智能化、智慧化发展。孪生流域数字大脑是数字孪生流域的分析、决策和指挥中心，也是数字孪生流域建设的核心，其建设内容主要包括：

一项流域综合大数据资源体系。构建涵盖物联网大数据、空间大数据、政务/业务大数据、互联网大数据，实现跨部门共享交换的河湖大数据资源体系。

一个智慧河湖全域数据管理中枢。构建核心运行环境及能力，为数据管理、治理、服务全链条，数据与业务融合，统一应用服务管理等提供能力支撑。

六类智慧数字流域模型。主要包括时空模型、河湖（水利）专业模型、智能模型、可视化模型、水利知识图谱和预案库，实现模拟仿真推演、可视化呈现、空间分析。

以GIS 为核心的“流域一张图”。以电子化地图为基础，将河湖运行数据叠加形成各专题运行态势“一张图”，为运行监控、业务管理、应急指挥等提供可视化决策支撑。

2.“天空地人”一体化全域感知体系

“天空地人”一体化全域感知体系是以物联网（涵盖边缘计算技术）为核心，融合5G、大数据、云计算、人工智能和可视化等数字技术，通过无人机、AI 视频、电子围栏、传感器等对流域开展全方位、全要素、全时段、全量程实时在线监控，感知河湖运行态势，传输监测数据，通过多业务数据融合和模拟预测模型，实现对保护水资源、保障水安全、改善水环境、防治水污染、修复水生态、河湖水域岸线管理、执法监管等不同业务专题的全感知，结合可视化技术对河湖运行状态进行监控和展示。

3.生态流域创新应用体系

生态流域创新应用体系是按照河长制理念，依托已建立的全域感知、数据分析、模拟预测预警等能力，构建融合、开放的智慧河湖应用生态，围绕河湖态势监控、业务管理、应急指挥、决策支撑等方面，不断创新河湖管护模式，提升智慧管理能力和水平，促进流域高质量发展。该体系主要包括流域智慧运行中心、应急协同指挥平台、河湖业务智慧应用中心、河长制业务管理平台。

（1）流域智慧运行中心

流域智慧运行中心依托全域感知和孪生流域数字大脑对数据的采集、管理、分析、可视化等能力，实现基于各专题“一张图”的智慧运行监控。具体专题及指标设置可参考表1 并进行补充。

表1 流域智慧运行中心“一张图”业务内容

（2）应急协同指挥平台

应急协同指挥平台作为智慧河湖的“综合会商调度中心”，对接涉河湖部门业务、应用、数据，通过不断完善的以河长及河长办为中枢的工作机制，实现河湖资源统一整合与调度。平台按照“平时”和“战时”进行管理，“平时”主要用于实时掌控河湖运行状态，协同解决日常河湖管护业务；“战时”主要用于分析数据以辅助决策，包括突发事件的模拟预测、预警，次生风险预警，以及应急策略、应急指挥、协同联动、处置评估，为河长及河长办应急决策指挥提供科学依据。

（3）河湖业务智慧应用中心

河湖业务智慧应用中心是涉河湖各业务部门的业务管理中心，整合所有涉河湖部门应用，提供统一的开发、管理、认证、运维等通用能力，横向打通河湖全量应用、数据，利用多源融合、纵横联动、共享服务的水利大数据及孪生流域数字大脑能力，构建涉河湖各业务部门的指挥管理决策中心。采用统一入口，按不同用户身份进行应用和权限配置管理。各应用子系统包括流域防洪子系统、水资源管理与调配子系统、水生态水环境子系统、综合决策子系统、水利工程安全管理子系统、水土保持信息管理子系统、农村水利水电管理子系统等。

（4）河长制业务管理平台

河长制业务管理平台是河长制业务中心，按照河长制工作任务、组织体系、配套制度和工作机制，梳理各级河长、河长办及其成员单位、社会公众参与河湖管理保护涉及的业务内容及流程，面向各级河长、河长办及其成员单位以及社会公众提供差异化、精准化的智慧管理服务。

4.标准规范体系

构建涵盖总体标准、应用标准、信息安全标准和管理标准的标准规范体系，保障智慧河湖建设逻辑统一、安全可靠。其中，总体标准是工作开展的全局性、指导性、共性依据，应用标准为系统开发、接入、数据共享与交换提供标准指南，信息安全标准为系统的安全运行及其保密性、完整性及可用性提供基础保障，管理标准为项目管理、数据资源管理、风险管理、运维管理等提供参照。

三、典型应用场景

以突发重大水污染事件为例，探讨“河长制+大数据”河湖管护模式的实际应用。具体流程如下（见图2）：

图2 “河长制+大数据”河湖管护模式在突发重大水污染事件中的应用

监测预警。全域监测体系通过自动水质监测设备发现水质数据异常，经孪生流域数字大脑分析研判，确认发生重大水污染事件，即时向河长制办公室发出预警，同时启动应急监测、应急预案、预演预案。

初期处置。应急监测一般采用无人机、无人船等移动端监测设备，监测数据作为进一步模拟预测的重要依据；应急预案作为事件初期处置方案，有效指导河长办协同指挥涉河湖各部门开展应急处置工作。

预演预案。将涉污染事件全量数据，包括水质监测数据、GIS 数据、周边企业产排污数据、河湖基本数据、各业务系统共享数据、事件舆情数据等，导入水污染模拟预测、可视化、舆情分析等模型，分析污染主体、污染原因、污染程度、影响，经过模拟预演，输出针对性应急处置方案，为事件科学处置提供决策依据。

联动处置。河长办牵头，依托应急协同指挥平台，协调联动各部门分工开展事件处置工作，同时查漏补缺、严格问责，并对全过程资料进行统一归档。

四、结论及建议

河湖管理保护是一项复杂的系统工程，需要统筹协调涉河湖不同部门职能。随着河长制工作的不断深入，加之大数据应用价值日益凸显，智慧水利将从水行政主管部门一家之责转向以河长办为核心、以业务和数据融合为导向、多部门协同构建的智慧河湖模式，实现以业务和数据为核心的智慧化融合管理。“河长制+大数据”智慧河湖管护模式可为未来智慧河湖发展提供思路借鉴。提出如下几点建议。

1.探索数字孪生流域应用场景

数字孪生流域作为智慧河湖建设核心，是一项系统工程，应按照“因地制宜、急用先行”原则，加快数字孪生流域应用场景探索，建议优先针对防洪排涝、水污染防治、水资源调度、水利工程管理等场景进行开发。

2.进一步推动流程再造

以河长制为抓手，进一步推动河湖管理保护方式和模式升级，以业务融合推动数据融合，以数据融合倒逼业务流程再造，围绕河长统筹协调、河长办牵头、各成员单位协调联动工作基调，探索出符合新时代河湖管理保护要求的工作流程和工作机制。

3.构建智慧河湖标准及评价指标体系

围绕智慧河湖“一脑三体系”“四大能力”构建一套科学的智慧河湖标准评价指标体系，用于指导智慧河湖规划、设计、实施、运营与持续改善，同时作为智慧河湖工作成效评价的依据。