小型水库数字化监管应用设计与实现

田嘉皓，胡琳琳，刘 鑫，翁 敏，屠伏烽，过团挺

（杭州定川信息技术有限公司，浙江 杭州 310026）

0 引言

根据2021年《中国水利统计年鉴》[1]统计，我国现有水库 9.86 万座，其中小型水库 9.37 万座，占比高达 95%，对防汛减灾、供水保障和农业灌溉至关重要，然而大部分小型水库均存在信息化水平低、监管能力薄弱的问题，这是防汛防台的重要隐患点，也是水利工程安全运行管理的突出短板。

2016 年浙江省全面推进全省水利工程标准化管理，共有 10 700 个水利工程纳入标准化管理创建名录，截至 2021 年底，10 592 个水利工程已完成创建，基本实现了标准化管理。2020 年，浙江省制定《数字水库试点建设要点》，大力、全面地推行全省大中小型水库的数字化改造提升，标志着全省数字水库建设的开端。不少专家学者进行了数字水库的相关研究：陈华等[2-3]提出小型水库“水库管家”服务应用模式；曾逸[4]以成都市永安小型水库为试点，建立基于云平台的成都市水库安全监测群智慧管理网络；蔡宏炜等[5]对小型水库基础管理和监测数据的采集进行了分析，利用信息化平台初步实现小型水库日常管理、数据自动采集、风险研判、智能预警和问题处理的闭环。

各地水库管理单位也建设了大量的水库运行管理相关平台，但普遍存在应用功能单一、覆盖面窄等问题，例如：大多数平台仅对水库基础信息、日常运行管理等方面进行业务数字化；少部分平台可以实现对水库防汛、安全监测能力的初步分析研判，但大多只针对单座水库进行管理，难以实现对全市或全县区域所有水库的线上统一管理和业务处理。如孙湛博等[6]提到山东省小型水库信息化管理平台功能简单，且目前绝大多数的县未建设统一的管理平台，各系统独立运行。此外，部分小型水库采用倾斜摄影甚至 BIM技术对水库进行建模，费用极高，实用性不强。

为此，汲取前人在水库安全监测、日常管理信息化应用方面的建设经验，提出在水利工程标准化的基础上，建设小型水库数字化监管应用，聚焦水库防汛管理、督查检查、安全研判、生态转化等关键业务，旨在解决当前小型水库在安全运行方面存在的突出问题。

1 需求分析

浙江省通过推进水利工程标准化建设，有效提升了小型水库管理水平，但距离小型水库管理智能化仍有较大差距。本研究以水库运行数字化监管核心业务需求为导向，开展了安全感知、精准督查、在线研判、生态转化等多维度需求分析，主要包括以下几个方面：

1） 提升水库安全感知水平需求。小型水库存在工情感知能力不足、险情不能预警、风险不能研判等问题，需通过安全监测设备和自动化监测预警系统，以及可纳雨量实时查场景，提升水库安全智能感知水平。

2） 提升水库精准督查水平需求。水库存在重复、盲目督查的情况，以及人工线下督查基层负担过大的问题，可通过构建运行管理评分体系，建设问题水库精准查场景和督查规则，与衢州市基层治理四平台（综治工作、市场监管、综合执法、便民服务等 4 个功能性平台）协同实现水库问题发现至处理闭环流程，提升问题交办反馈效率。

3） 提升水库在线研判水平需求。小型水库存在应急抢险保障手段单一，过分依赖现场指挥、决策等问题，需通过险情会诊线上查场景，满足远程险情诊断和应急抢险需求。

4） 充分发挥水库生态价值需求。当前小型水库的生态价值未能得到体现，周边群众获得感不强，需通过“两山指数”一键查场景建设，转化水库生态资源，发挥水库经济效益。

2 应用设计

将小型水库数字化监管应用纳入浙江省数字政府建设体系，对准“浙里安全”架构下的“自然灾害风险防控在线”跑道，聚焦民生实事，以水库作为小切口，回应群众关注的水库服务能力较弱、监测预警能力不足、汛期风险难以预测等重大问题，集成整合浙江省水平台、市级河长制平台、县级水利工程标准化运行管理平台等 15 个省市县三级平台的现有数据资源，设计小型水库数字化监管应用，做到守牢安全底线，服务经济社会高质量发展。

2.1 总体设计

小型水库数字化监管应用按照浙江省数字化改革“四横四纵”总体架构进行设计，“四横”自上而下分别是业务应用、应用支撑、数据资源和基础设施等 4 个体系，“四纵”分别是政策制度、标准规范、组织保障和网络安全等 4 个体系。应用技术架构如图1 所示，具体介绍如下：

图1 小型水库数字化监管应用技术架构图

1） 基础设施层。基础设施层包括服务器及网络、感知设施等，依托政务云提供的计算、存储和网络资源进行应用部署，并通过感知设施实现对水库运行状态的动态监测。

小型水库数字化监管应用的建设需依托水库感知监测体系，将感知设备作为数据源，获取雨水情监测（包括库水位、降雨量等监测）、大坝安全监测（包括表面变形、渗流压力、渗流量等监测）、视频监控（包括上游坝面及附近水域、下游坝面、输（泄）水建筑物启闭机房和进出口一定范围等重要区域的监控）等各类感知数据，支撑业务应用体系的建立和防汛研判、安全监测、AI 智能识别等功能的实现。

小型水库数字化监管应用充分利用水库已有的感知设备，并通过物联网、4G 等手段汇聚各类感知监测数据。在必要情况下，水库须根据 DB 33/T 2214—2019《小型水库管理规程》[7]要求新增布设各类监测设备，以增强感知的全面性，更好地发挥应用功能。

衢州全市 449 座小型水库雨水情遥测覆盖率为100%，大坝安全监测覆盖率为 14%，视频监控覆盖率为 31%。借助本次监管应用建设，针对杨家源、工农兵 2 座试点水库，对每座大坝进行 GNSS（北斗卫星导航系统）变形监测设施增设，布置 1 条测线、2 个变形测点及 1 个基点；进行渗流监测布设，布置 2 个断面，每个断面布设 3 支测压管。

2） 数据资源层。数据资源层通过库表建立、数据汇聚、清洗转换、加载入库等步骤，实现监管应用中各类数据的汇聚和存储，包括水库基础、监测、运行台账、运行管理、空间及综合等数据。

3） 应用支撑层。包括核心通用组件、业务组件、模型引擎等通用服务，为业务应用提供服务支撑。

4） 业务应用层。主要包括以下 2 个应用体系：

a.监管端。监管端包括综合驾驶舱与业务后台，为水行政主管部门的管理人员提供全域水库信息的总览大屏，并为业务人员提供可以对所有水库进行管理操作的业务后台。

综合驾驶舱通过可交互驾驶舱的形式，建设综合看板，并打造可纳雨量实时查、问题水库精准查、险情会诊线上查、“两山指数”一键查 4 个小切口场景，建成全景感知、全时调控、全域协同的水库管理场景化驾驶舱，对区域水库的分布情况，以及雨水情、运行管理等基本信息进行统计展示，并实现风险提前研判预警、水库督查等级分析、视频联动远程应急抢险、水库绿水指数评价等功能。

通过应用业务后台，管理人员可查询水库位置分布、工程信息、感知监测数据，进行水位、雨情、溢洪、安全监测等分析，完成标准化运行管理、度汛检查与AI智能巡查、水库设备管理与运维等水库日常管理业务，实现小型水库防汛形势、安全性态与运行状态的实时智能研判分析。

b.服务端。基于 H5 技术打造移动端 App 及公众号等服务端，面向企业、公众，通过移动看板的形式实现水库信息查询、消息推送、决策咨询等功能，提高公众、企业对水库管理的参与感；面向水库管理人员，根据小型水库业务管理特色，满足各类应用场景、移动办公需求，实现水库基础信息随时查、监测信息随时看、业务事项随身办等功能，同时集成展示雨水情、大坝监测等运行信息，实时推送水库重要预警信息等。

2.2 分项设计

1） 可纳雨量实时查场景。贯通气象局的 24 h 降雨预报，基于水库实时水位、库容曲线、蓄水量，构建简明可靠的水库安全风险研判机制，提前预报全市、各区（县、市）及每座水库的可纳雨量，为水库泄洪、群众转移等决策提供有效的数据支撑，更好地保障人民群众的生命、财产安全。可纳雨量实时查场景呈现全市水库的雨水情形势、纳蓄能力及预警情况，界面示例如图2 所示。

图2 可纳雨量实时查场景界面图

2） 问题水库精准查场景。通过督查时间、问题、频次及公众投诉等历史检查数据，结合视频 AI、水情、雨情、变形和渗流等实时监测数据，建立水库健康档案，形成水库体检结论，有针对性地开展督查活动，构建水库精准督查、重塑问题交办和反馈等机制，提高巡查效率和质量，减轻基层巡查压力和督查负担。问题水库精准查场景呈现全市水库的督查等级、健康评价、风险隐患、履职评分等状态。

3） 险情会诊线上查场景。构建水库险情处置的远程线上会商、指挥和决策机制，在水库出现损毁或滑坡等重大险情时，同步观看大坝、溢洪道等重点部位视频，同时掌握水位、蓄水量、大坝变形和渗流等关键监测数据，实现抢险在现场、专家在全国、诊断在云端的协同作业，做到对病险坝第一时间抢救。险情会诊线上查场景实时监控库区视频画面，可进行云台操控，查看应急预案、防汛防台形势图，开启远程会商，辅助抢险决策。

4）“两山指数”一键查场景。充分利用监管应用中已有或收集的水库水质、蓄水量、地理方位、病险坝，以及水库配套中的道路通、电力通、通信通，及有人员、资金、制度、预案、物资、监测设施、放空设施、管理房等“三通八有”关键数据，建立绿水指数评价模型，生成水库的绿水指数。为水库作为生态资源在“两山银行”进行储蓄、抵押和经营权竞拍提供科学的数据支撑，实现水库资源的“两山转化”。

5） 业务后台。业务后台包括水库专题图、工程概况、运行管理、多跨协同、设备管理、预警管理、维修养护、安全监测、防汛管理等模块。通过专题图，可在地理空间上直观掌握水库的分布情况；通过工程概况，查询水库的概要信息、水位库容、划界确权、责任人、水库风采等信息；通过运行管理，掌握水库的运行管理评分，促进相关责任人更好地履职；通过多跨协同，实现检查问题与基层治理四平台的协同处理，可实时掌握处理流程；通过设备管理、预警管理、维修养护、安全监测、防汛管理，满足水库标准化管理的需求。

小型水库数字化监管应用针对雨水情监测、水库可纳雨量、安全监测的超警戒情况，以及度汛检查、AI 智能识别中发现的隐患问题，自动生成预警信息，通过“浙政钉”、系统推送、短信等方式发送预警信息至相应责任人。责任人收到预警提醒，进行各类隐患问题的线下处理，在监管应用中完成处理内容的上报反馈，形成闭环，并记录从产生预警到完成处置的全过程。

6） 移动端。移动端包括预警中心、精准督查、可纳雨量、基本信息、履职评分、安全鉴定、工程巡查、健康档案、管保范围、台风路径等内容，其中：通过预警中心、精准督查、可纳雨量，可查看水库是否存在风险，针对不同的情况进行对应的操作处理；通过基本信息、履职评分、安全鉴定、工程巡查、健康档案、管保范围等功能，可从不同维度查看水库信息。

3 应用实现

3.1 应用成效分析

1） 打造特色场景。小型水库数字化监管应用围绕小型水库的核心业务，捋清牵头和协同等部门职责，协同衢州市气象局、中共衢州市委政法委员会（以下简称政法委）、衢州市应急管理局和治水领导小组办公室等 10 个部门，打造 4 个小切口场景，整合省、市、县、乡四级现有资源，打破内外数据壁垒，构建多跨协同的水库数字化服务和监管体系。

2） 实现改革突破。主要体现在以下 2 个方面：

a.风险研判精准定位。聚焦水库安全底线，实现覆盖全域每座水库的可纳雨量和水库水位超汛限、超设计的预警功能，并精准推送至水库防汛安全“三个责任人”，为水库提前泄洪和群众提前转移等决策调度提供重要支撑。

b.问题销号闭环处置。聚焦水库问题整改，与政法委联合制定“一地创新、全省共享”项目和基层治理四平台的事件处理规程，打通小型水库数字化监管应用和基层治理四平台应用（本应用主要与综合执法平台打通），实现省、市、县、乡四级水库防汛检查问题交办直达一线，直达网格，直达主体，实现水库各类隐患的预警触发机制和处置流程，可实时掌握每个步骤的处理情况，包含办理人、办理部门、办理意见及附件等信息，并与基层治理四平台同步销号，避免问题重复交办和处理信息重复反馈，实现水库问题的高效处置和闭环管理。

3） 重塑体制机制。通过 4 个小切口场景的建设，构建简明可靠的水库安全风险研判机制，为水库提前泄洪和群众提前转移提供决策依据；构建运行管理评分体系，主要是“三通八有”、监督检查、实体安全、运行安全等内容，形成一套完善的水库运行评分体系；构建可量化的水库安全运行评价和精准督查机制，大幅减轻基层巡查压力和督查负担；构建小型水库险情处置的远程线上会商、指挥和决策机制，保障水库安全；构建水库生态资源的量化评价机制，服务“两山转化”。

4） 全面服务用户。小型水库数字化监管应用面向政府侧、社会侧、企业侧、个人侧，全面考虑用户需求，面向不同类型用户呈现不同核心业务功能重点，形成用户全面、功能完善的水库综合应用。

对于政府侧，可实时掌握水库大坝安全运行状态，以及督查问题整改反馈的处理情况；对于社会侧，综合分析水库蓄水现状、水质、物流条件、病险状态及监测管理情况等关键数据，构建水库绿水指数评价模型，为水库提供重要生态资源资产化评价参考，服务“两山银行”，推动水库生态资源的利用和转化；对于企业侧，提供水库水位、水量等水情信息，提供水库管理和保护等范围线的查询，助力招商引资；对于个人侧，可查询水库的基础信息，周边游玩项目，开放公众投诉端口。面向政府、企业、公众，形成了全面感知、监督管理、公众服务一体化管理系统，大幅提升了水库数字化管理水平，社会效益显著。

3.2 效益分析

1） 经济效益分析。小型水库数字化监管应用建设从整体上提升了水利信息采集的数字化水平，实现了水利行业内部及社会相关部门间的信息交换和无缝连接，有效消除了信息孤岛；深度开发信息资源，实现了管理信息化、决策科学化，从而优化水利系统整体工作，降低单项应用成本。通过应用服务建设，防汛防台抗旱综合能力得到了重大提升，有效提高了广大群众防汛减灾意识和自防自救能力，以及防洪调度的针对性和有效性，在减少灾害损失、确保群众的生命安全上发挥了重要作用。

衢州市小型水库数字化监管应用接入全市 449 座小型水库，囊括水位站、雨量站、安全监测、视频监控、工情监测等各类水库监测信息，监测设备运行正常率达 95% 以上。在“灿都”台风期间，监管应用累计对 22 座次超汛限水库、4 498 人次发送了水库预警信息，成功使 4 000 余人和 667 hm2农田避免受灾，有效减少损失约 2 000 万元。

2） 社会效益分析。小型水库数字化监管应用提供了泄洪信息的公众传播渠道，提升了信息覆盖面积和传播效率。通过现有多媒体数据，展示了水库工程实景，增强了公众对水源地的体验感和认同感。小型水库数字化监管应用的建设为水库的工程管理、调度运行、安全监测、监管履职等提供全方位，多层次，多渠道的综合服务和技术支撑，并形成了全面感知、监督管理、公众服务一体化管理系统，实现调度决策的科学化、智能化，业务管理的信息化、现代化，显著提升了水库数字化管理水平，有效提高了水源地综合管理效率，大大降低了水库日常管理成本，实现了精准预警预报。通过细化履职清单，明确赋分标准，建立可量化的运行管理考核评价机制，实现水库管理工作的精细化、规范化、数字化，能有效提升水库安全的保护能力，保障居民饮水安全，充分发挥水库水源地的供水、灌溉等社会效益。

3） 水利业务效益分析。截至 2022 年 6 月底，小型水库数字化监管应用共有用户 356 名，共登录 12 653 次；共建立衢州全市 449 座小型水库健康档案，采集了 1 224 万余条水库数据，接入了 328 座水位站，完成了 13 500 余次 AI 智能识别，评估了 17 座水库的绿水指数，发送出 6 000 余条预警信息，为衢州市的水库监管业务提供了极大帮助。

3.3 应用推广

小型水库数字化监管应用目前已在浙江省衢州市、温岭市、义乌市，以及湖州市吴兴区进行了部署建设，尤其在“衢州市数字化改革——水库数字化监管应用项目”中，面向衢州全市小型水库，实现全市水库的线上数字化管理，得到业主单位的好评，提供了成功的地方应用案例。

衢州市小型水库数字化监管应用的首页以驾驶舱形式，可视化呈现综合看板及可纳雨量实时查、问题水库精准查、险情会诊线上查、“两山指数”一键查4 个小切口场景。点击右上方“业务系统”可跳转至业务后台进行各类管理操作，可查询水库位置分布、工程信息、感知监测数据，进行水位、雨情、溢洪、安全监测等分析，完成水库日常管理业务，业务后台界面如图3 所示。

图3 衢州小型水库数字化监管应用业务后台界面

小型水库数字化监管应用在衢州市的落地可作为参考，为全国小型水库的数字化管理提供一定经验，并实现各个地市的复用与推广，对我国小型水库监管水平的提升具有一定的推动作用。

4 结语

构建的小型水库数字化监管应用建立在水库感知监测体系之上，对水库监测项目、布置、频率等均有一定要求，监测数据的完整性是发挥应用功能的重要前提。我国部分小型水库现有感知水平不足，无法全面获取水库监测数据；部分地区水库主管单位的协同能力不足，难以打通与基层治理四平台的横向协同通道，是应用建设的难点和痛点所在。

本研究提出的针对地市区域所有小型水库建设的统一监管应用，全面覆盖水库基础管理、防汛管理、督查检查、安全研判、运行管理、生态转化等业务和关注重点，而非仅停留在基础管理和数据采集方面，实用性更高。

通过“监管端+服务端”的架构，面向政府侧、社会侧、企业侧、个人侧，引入信息化技术手段，旨在从防汛研判、安全监测、运行管理、预警抢险、智慧督查、公众服务六大核心业务方面，对传统的小型水库管理模式进行数字化改造提升，实现水库防汛防台、安全研判、运行管理、公众服务能力的全面提升，经济和社会效益较高。

本研究提出的小型水库数字化监管应用更多地从地市整体层面对水库进行管理，后续的深入研究可结合数字孪生技术，聚焦单座水库的智慧化升级。