数字孪生何以破解黄河流域数字化治理的“碎片化”困境

司林波 萧欣茹

［摘要］当前，黄河流域数字化治理面临数据获取不全面、信息集成难度大、省级共享水平落后以及新旧技术间应用壁垒等“碎片化”困境。数字孪生黄河是以数字化的虚拟映射来模拟黄河全要素和时空全过程，具有高度还原性、即时同步性、闭环协同性以及优化革新性特征，可以有效破解黄河流域数字化治理的“碎片化”问题。基于整体性治理理论，结合数字孪生黄河整体性建设目标，从协同感知、集成整合、应用融合、反馈优化四个维度构建数字孪生黄河整体性建设运行框架，推动数字孪生黄河建设从加强整体规划、整合数据资源、完善全域智慧水利平台、推动技术更新与升级等方面采取因应之策。

［关键词］数字技术；数字孪生黄河；数字化治理；碎片化；整体性治理

［中图分类号］D63 ［文献标识码］A ［文章编号］1003-7608（2024）01-0058-09

一、问题的提出

2022年4月，水利部黄河水利委员会印发《数字孪生黄河建设规划（2022—2025）》，提出要建立具有“四预”（预报、预警、预演、预案）功能的数字孪生黄河，以数字化、网络化、智能化支撑带动黄河保护治理现代化。近年，以信息技术、物联网、大数据为代表的第四次科技革命极大地推进了数字孪生技术的发展［1］。数字孪生作为新型智慧水利的基础设施，以物理流域实体为单元、时空数据为底座、数学模型为核心、水利知识为驱动［2］，以数字化的虚拟映射来模拟黄河全要素和时空全过程，推动新基建大潮下智慧黄河建设的数字升级，实现数字孪生、双河共建。

当前，学界关于流域数字化治理的研究，司林波等指出应该利用现代信息技术建立共商共享的黄河流域生态环境综合信息大平台，对整个流域的水质信息、水量信息、污染信息、防治信息等进行整合，实现实时数据共享，进一步深化流域协同合作［3］。师博等在数字长江建设相关问题研究中，指出数字长江建设的战略重点在于推进数字孪生长江，通过建立“预报—预警—预演—预案”的智能系统，实现数字孪生长江与物理流域同步仿真运行、虚实交互、迭代优化［4］。现阶段，学界对数字孪生黄河的研究多是围绕2001年时任黄河水利委员会主任李国英提出的“三条黄河”建设中的“数字黄河”进行，也是数字孪生黄河的前身，主要集中于“数字黄河”建设中的数据管理［5］、黄河“数字模型”管理方法设想［6］、“数字黄河”发展战略［7］、“数字黄河”现状及未来发展方向［8］，以及近年来在黄河流域高质量区域经济布局下，对“数字黄河”建设目标和实现路径的研究［9］。直接关于数字孪生黄河研究的成果很少，主要是水利部黄河水利委员会管理和科研人员提出的思考，如时任水利部黄河水利委员会总工程师李文学提出数字孪生黄河建设是深入推动黄河流域生态保护和高质量发展工作的重大需求和重要实践，认为业务应用、数字孪生平台和物联感知采集传输是数字孪生黄河建设的主要任务，实施路径主要包括数字化场景、智慧化模拟、精准化决策等［10］。这些研究思考并没有对数字孪生黄河的核心特征和功能进行学理阐述，也没有提出数字孪生黄河整体性建设框架，关于数字孪生黄河的研究还处于初步探索阶段。

本文拟从黄河流域数字化治理面临的现实困境出发，通过对数字孪生黄河的核心特征及其功能作用的分析，基于流域整体性治理的视角，构建数字孪生黄河整体性建设运行框架，并提出数字孪生黄河建设的实践进路，进而为理论界和实务部门进一步开展数字孪生黄河建设的理论研究和实践探索提供参考。

二、黄河流域数字化治理面临的“碎片化”困境

黄河流域实现数字化治理的关键在于“数字技术为流域治理赋能”。数字技术应用于黄河流域治理最早可以追溯到20世纪80年代，数字技术的应用主要关注某一方面的数据采集和分析，其局限性在于缺乏整体性、综合性的治理视野和跨流域协同，进而导致黄河流域治理工作存在“碎片化”“割裂化”的问题。2001年7月，黄河水利委员会提出建设“数字黄河”（“三条黄河”计划之一），旨在通过建立数字化的河流信息系统，实现对黄河流域的综合监控和管理［11］。但在实施过程中仍存在数据整合和共享方面的障碍，数字技术的应用领域和范围也有待拓展。总体来看，数字技术在黄河流域治理工作中的应用经历了从单一应用到多元应用的发展阶段。由于受到当时社会条件及技术水平的限制，数字技术在黄河流域治理中的应用仍具有一定局限性，导致黄河流域数字化治理存在不同程度的“碎片化”问题。

（一）各省区应用进程不统一，流域数据获取不全面

数字技术赋能流域治理实践需要一定的经济基础作为支撑。黄河流域流经我国9省区，东西部地区经济发展差距大，《中国统计年鉴2023》显示，在地区生产总值方面，山东、河南、四川三省位于5万亿元以上的第一梯队，山西、陕西、内蒙古位于第二梯队，而甘肃、宁夏和青海三省区年地区生产总值均低于2万亿元，属第三梯队。其中，山东省以8.74万亿元的地区生产总值远超青海省（0.36万亿元）24倍，地区间经济差异十分显著，数字技术应用能力的差距也较大，中西部经济发展较为落后的地区存在数据采集设备缺失和监测网络覆盖不完全的情况，流域内各省区间数字技术的应用进程不统一。黄河流域是一个动态变化的系统，需要及时、频繁地进行数据监测和采集才能实时反映流域状况。由于采集成本和采集技术的高要求，部分地区数据采集的实际频率无法满足实时监测的需求，数据的时效性和全面性难以保证。

（二）流域治理要素部门分散，信息集成难度大

黄河流域包括河道、湖泊、湿地、山区等不同生态类型，流域监测涉及水质、水量、土壤质量、生物多样性等多个数据指标，每个数据指标由不同部门或机构负责，形成“纵向分级，横向分散”的治理格局，如黄河水利委员会统领黄河流域水资源管理问题，而其水资源水质和水量问题则由沿黄各级生态环境部门和水利部门分别负责。流域内各治理部门采用不同的采集方法和处理标准，各指标间的关联性难以准确把握。数据指标的不一致使得數据在集成过程中需要进行数据转换和处理，增加了集成的成本和复杂性，不利于流域尺度的全面数据集成和一体化分析。此外，沿黄各省区政府在流域治理数字化设备布局、数字技术选择、数据标准制定等方面缺乏统筹协调，不同技术之间的协同效应无法充分发挥，造成数字化建设缺失或重复、省区间生态“数据孤岛”、技术应用难以互联互通等问题。协同合作机制的缺乏使得数字技术的应用无法形成整体效应，难以实现流域内资源共享和优势互补。

（三）数字保护主义倾向严重，省际共享水平低

随着数字技术应用于黄河流域治理中的深度和广度逐渐增加，流域内数据共享和开放程度逐渐提高，拥有和使用数据也被视为一种权力的象征［12］。数据权力思维进而催生“数字保护主义”，即将数据共享视为自身权力的丧失和特权的削弱［13］。目前，沿黄各省区之间的数据共享水平远远低于省内共享水平。这是由于尽管各省区的数据共享平台已基本建成，但只有四川、山东和甘肃三省的数据平台与省内建立起的市级平台实际连接［14］，而其他六省区的数据平台仍相对分散。这表明黄河流域普遍存在“数字保护主义”倾向，该倾向涉及对数据的保护和控制态度，各级地方政府对本辖区内的生态信息数据的保护意识增强，更倾向于保护、利用自身的数据资源进行辖区内的黄河流域治理工作。这一行为进而导致省际乃至市际间形成生态“数据壁垒”，限制了数字技术赋能流域治理的整体性和连贯性。碎片化的治理工作导致各级地方政府难以获取、共享、利用流域间数据及模型，进一步强化了“数字保护主义”倾向，形成了恶性循环。

（四）数字技术发展水平分级明显，新旧技术应用存在壁垒

数字技术应用需要相关人员具备一定的专业知识和技术能力，黄河流域不同地区数字技术应用情况可以通过流域内地方政府数据开放的总体情况来反映。通过《2022年度中国地方政府数据开放评估》可以看出，山东和四川两省地方政府数据开放程度远高于其他沿黄七省区，不均衡的应用现状会进一步拉大各省区数字技术发展水平。新的技术和工具不断涌现，在黄河流域治理过程中，如果不及时跟进新技术的应用，可能导致该地区技术应用滞后，新旧技术间存在互联互通壁垒，影响全流域整体治理闭环的形成。

通过分析黄河流域数字化治理面临的“碎片化”困境，可以看出，长期以来基于行政区划为界限的属地治理模式及以结果为导向的政府绩效考核办法是“碎片化”困境的主要根源。一方面，属地治理模式本意为在特定地域内明确治理主体，明晰主体责任，但当前黄河流域治理工作从中央到地方，每一层级均存在多个部门对黄河流域各类事务具有管辖权的情况［15］，易造成流域治理数字化建设缺失或重复、省区间生态“数据孤岛”等“碎片化”问题，各职能部门分工缺乏统筹整合致使治理难度进一步提升［16］。另一方面，以结果为导向的政府绩效考核办法加剧了基层治理部门“唯政绩论”现象。受科层制影响，黄河流域行政系统的“碎片化”和“部门裂化”问题严重，治理主体普遍存在“数据权力思维”，即谁拥有数据谁享有话语权［17］。“数据权力思维”使得各治理主体对本辖区数据的保护和控制态度增强，数据共享意愿减弱，进而影响数据在流域内省际、市际间的有效传输，降低共享效益。

三、数字孪生黄河建设：破解黄河数字化治理的“碎片化”之困

“数字孪生”这一概念是2010年由NASA首次书面提出并给出定义。近年，“数字孪生”技术在流域治理中加速应用。2021年，水利部从国家网络强国战略、新一代信息技术群驱动、流域治理管理需求等方面分析了推进数字孪生流域建设的必要性，正式开启我国数字孪生流域建设进程。

（一）数字孪生黄河的概念及核心特征

“数字孪生流域”是一个基于数字技术和模拟建模的概念，具有高度保真、演化自治、实时同步、闭环互动及共生进化的特点［18］。数字孪生黄河是以数字化的虚拟映射来模拟黄河全要素和时空全过程。《数字孪生黄河建设规划（2022—2025）》提出数字孪生黄河建设总体目标是实现数字化场景、智慧化模拟、精准化决策以及赋能水资源管理和调配等核心业务，旨在通过创建一个虚拟的数字孪生模型，实时同步整合传感器、遥感、气象、水文等多源数据，并借助计算机仿真、建模等数字技术，實现对黄河流域的全面监测、分析和管理。根据数字孪生黄河建设目标和数字孪生流域的特点，本文认为数字孪生黄河具有高度还原性、即时同步性、闭环协同性以及优化革新性等四个方面核心特征。

一是高度还原性。高度还原性是指通过数字技术构建的虚拟黄河模型在模拟黄河流域实体时能够尽可能地还原真实流域的几何结构和外形表观，包括黄河流域的地理、地貌、水文、水资源分布、生态环境等方面的特征。通过高度还原，虚拟黄河可以精确地模拟、预测物理黄河的时空变化过程，推演不同决策作用下物理黄河的变化情况，为决策者和研究人员提供准确的参考和评估依据。

二是即时同步性。即时同步性是指虚拟黄河能够与物理黄河全要素保持实时同步，通过与流域内各数据源、传感器和监测设备的连接，获取物理黄河实时的水文、气象、水质等数据，尤其是极端事件发生时的流域变化情况，并将这些数据信息反馈到虚拟黄河模型中进行实时模拟和预测。即时同步性可以帮助决策者及时了解流域内的变化，以便做出快速的响应和决策。

三是闭环协同性。闭环协同性是指数字孪生黄河建设能够实现全流域多方位数据和信息的集成整合。虚拟黄河模型可以整合来自不同部门和机构的数据，形成一个协同合作的闭环系统，从而促进不同领域之间的数据共享、交流和合作，提高整体决策效能。

四是优化革新性。数字孪生黄河还具有优化革新性，包括对流域内不同地区数字技术的优化革新，还可以通过模拟和仿真技术，进行虚拟黄河多种场景的模拟和分析，评估不同治理策略的效果，为决策者提供更加优化的流域治理方案。

（二）数字孪生黄河何以破解黄河流域数字化治理的“碎片化”之困

基于数字孪生黄河的核心特征，数字孪生黄河建设的关键在于建立全流域层面的虚拟黄河模型，以供流域内各治理主体共享流域实时变化，这可以有效解决以“条块”分割为特征的属地治理模式和考核办法造成的“碎片化”治理问题。数字孪生黄河建设是破解黄河流域数字化治理“碎片化”困境的有效路径。

1.数字孪生黄河可以打破属地治理边界约束，增强治理合力

数字孪生黄河建设通过建立虚拟黄河模型，整合各地区的环境数据、资源信息和管理措施，实现全流域数据的共享和交流。基于数字孪生黄河的高度还原性特征，决策者可以观察黄河全流域的运行状况，打破省际信息交流壁垒，促进全流域的沟通和协作。全域治理主体可以在同一平台上获取流域数据信息，共同分析问题、制定策略，实现信息共享和一体化管理。数字孪生黄河还强调跨区域协同治理，鼓励各地区之间的协同合作和资源整合，有助于协调各方行动，避免重复工作和资源浪费。针对“碎片化”表现中的“数字保护主义”倾向，数字孪生黄河主张全流域共同参与和承担责任的理念，激发全流域的积极性和合作精神，将全域资源、利益和需求整合在一起，形成共同目标和合作机制，增强整体治理合力。

2.数字孪生黄河可以破解“唯政绩论”现象，精确评估治理成效

基于数字孪生技术，数字孪生黄河可以实现对黄河流域治理成效的精确评估。及时同步的虚拟黄河模型为全流域信息交流提供平台渠道，实现对黄河全流域的生态监测和数据共享，实时获取各方治理主体的行动数据和治理成效，充分解决因信息不对称、信息处理不及时导致的各治理主体间权责划分不清晰、管理范围不明确等政府失灵等问题。通过虚拟模型对治理方案进行模拟和预测，了解不同措施可能产生的影响和效果。这使得治理决策更加科学合理，不再仅仅依赖政绩考核指标，而是将治理成效与环境变化、资源利用、社会经济发展等因素联系起来，形成全面、长远的治理评估标准，避免“唯政绩论”背景下的“面子工程”。通过数据分析和模拟仿真，可以精确监测各方主体的治理效果，评估其在生态保护、水资源管理、灾害预防等方面的绩效，客观地反映每个治理主体的贡献和问题。

3.数字孪生黄河可以整合全流域资源，提升流域数字化治理水平

通过数字孪生黄河的闭环协同性特征，可以实现黄河全流域资源的合理配置，避免资源浪费。数字孪生黄河依托先进的数字技术，如人工智能、大数据分析等，为黄河流域治理提供强有力的科技支持，尤其是数字技术在水资源管理、土地利用、生态保护等方面的应用，可以最大限度地保护黄河的生态环境和自然资源，为环境监测提供更全面、实时的数据支持。通过数据的实时监测和分析，可以及时发现问题和异常情况，预警洪水、干旱等自然灾害，提高治理的应急响应能力。同时，数字孪生黄河也为黄河流域数字化治理水平的提升提供了契机，推动流域治理向着更加智能、高效的方向发展。

4.数字孪生黄河可以优化治理策略，推进黄河流域治理制度创新

数字孪生黄河能够以高度还原性模拟整个黄河流域的特征和过程。治理者可以在虚拟模型中尝试不同的治理方案，评估其可能带来的效果，从而优化治理策略，革新治理方法。数字孪生黄河强调全流域层面的虚拟模型，要求各治理主体共享实时数据，通过模拟分析预测不同决策的影响，找到最优方案，降低治理风险，提高治理的针对性和有效性。在数字孪生黄河建设工作的推动下，各治理主体不断加强协作，推动制度创新和建立合作机制。

四、数字孪生黄河整体性建设运行框架：基于整体性治理的视角

当前，数字孪生黄河建设尚处于起步阶段，流域内各省区数字孪生黄河建设工作还未形成有效连接与协同。基于此，本文依据整体性治理理论，结合数字孪生黄河核心特征，构建数字孪生黄河整体性建设运行框架。

（一）数字孪生黄河整体性建设运行框架构建

1.理论基础：整体性治理理论

整体性治理理论的核心思想是有效解决实际问题，在治理机制上以协调、整合机制为基础，形成基于对共同目标的相互认同而维系协作关系的网状结构［19］。整体性治理强调以“整合化”的治理形式，建立起相互联结的整体性治理结构，为公众提供无缝隙而不是碎片化的政务服务，保障整体治理成效［20］。在整体性治理理论中，协调和整合机制是相互依存、相互影响的，有协调而无整合、有整合而无协调，均会影响整体治理成效［21］。融合机制是对协调和整合机制的补充和强化，起到综合协同的作用。协调、整合、融合在数字孪生黄河整体性建设过程中缺一不可。首先，数字孪生黄河建设的重要目标就是构建跨界协同机制，实现全域治理主体的协调合作，使得各方能够在同一平台上共享信息、交流意见，共同制定整体性建设策略和方案。其次，数字孪生黄河建设需要构建全流域层面的虚拟黄河模型，模拟黄河全域实时动态变化，以便整合流域内各类资源和管理措施，形成统一的治理方案，进而提高治理成效。再次，整体性治理理论着重融合治理的各项功能，要求決策者制定更为全面和长远的治理规划，有助于实现黄河流域治理的整体优化和持续发展，提升整体治理效果。因此，整体性治理理论与数字孪生黄河建设具有高度的内在契合性，可以为构建数字孪生黄河整体性建设框架提供理论支撑。

2.基于整体性治理的数字孪生黄河整体性建设运行框架构建

图1  数字孪生黄河整体性建设运行框架

为更好地理解数字孪生黄河建设工作，本文基于整体性治理理论，结合数字孪生黄河建设总体目标，构建数字孪生黄河整体性建设运行框架（见图1）。目前，正在建设的数字孪生黄河体系可以概括为原型黄河层—信息基础层—孪生平台层—业务应用层［22］，《数字孪生黄河建设规划（2022—2025）》提出，数字孪生黄河建设总体目标是实现数字化场景、智慧化模拟、精准化决策以及赋能水资源管理和调配等核心业务，依据现有数字孪生黄河体系，归纳其整体建设步骤分为数据感知、信息集成、平台应用、结果反馈四步。基于整体性治理理论的协调、整合、融合机制，密切结合数字孪生黄河建设目标，本文认为数字孪生黄河整体性建设运行框架应该包括协同感知（协调+数据感知）、集成整合（整合+信息集成）、应用融合（融合+平台应用）、反馈优化（结果反馈）四个方面主体内容，这四方面主体内容通过协调—整合—融合机制实现物理黄河与虚拟黄河的连接，进而进一步实现虚拟黄河对物理黄河的智能模拟、数字映射。

（二）数字孪生黄河整体性建设运行机理

数字孪生黄河整体性建设运行框架通过协同感知层、集成整合层、应用融合层和反馈优化层，将物理黄河流域全要素信息和时空全过程以虚拟黄河模型的形式表现出来。通过虚拟模型对物理黄河实时变化数据进行同步、分析、模拟和预测，及时发现流域中的问题，为后续决策提供支持。通过对数字孪生黄河整体性建设运行框架的结构—功能分析，可以厘清构成框架的各维度结构组成要素及其作用关系，进而解构数字孪生黄河的整体性运行机理。

1.协同感知层：数字孪生黄河建设的底层“输入—输出”接口

协同感知层是数字孪生黄河建设的底层“输入—输出”接口，是与物理黄河有直接联系的层级，包含规划、感知、识别、计算四类功能。规划是数字孪生黄河建设的第一步，是整体建设的开端。依据整体性治理理论的协调机制，整体规划建设流程，确立数字孪生黄河整体性建设目标，完善流域内各主体协同合作机制。感知是利用各种传感器和数据采集设备，获取物理黄河流域的地理数据。识别是将采集到的数据与物理黄河的特征进行对应，建立数据与物理黄河之间的关联，明确数据含义。计算是利用数学模型和算法对感知和测绘得到的数据进行处理和分析，以获得黄河相关信息和指标。通过协同感知层的工作，能够实时获取物理黄河的相关数据，并对这些数据进行分析和处理，从而实现对物理黄河的全面感知和准确识别，为后续的规划和决策提供支持。

2.集成整合层：数字孪生黄河建设的高质量数据资源整合库

集成整合层基于协同感知层获得的数据信息，通过构建数据库和信息平台将原来分散、杂乱的多源数据整合成统一、有序的新数据源，为后续分析优化工作提供高质量数据资源。在集成整合层，首先，将协同感知层计算得到的关键信息和指标进行整合并存储在数据库中。其次，信息平台将数据库中的数据与其他关键信息进行集成，为决策者和利益相关方提供综合视图，全面了解物理黄河的实际情况。再次，在数据库和信息平台的基础上构建数字孪生黄河基本模型，对黄河全域进行描述和仿真，为决策者提供全面直观的视图数据支持。

3.应用融合层：数字孪生黄河建设的核心功能层

应用融合层聚焦决策分析与价值转化，主要包括信息同步、诊断、预测及指导功能。首先，应用融合层通过与数字孪生黄河的基本模型同步包括水位变化、河流流量、水质指标等数据信息，实时获取流域信息变化，确保决策者和利益相关方能够准确了解黄河的当前状态。通过比对和分析，及时发现并诊断流域突发问题，快速识别并定位问题成因，为后续决策提供支持。预测功能是基于基本模型和实时数据对流域未来状态，如水位、河流流量、洪水风险等方面的预测，有助于決策者提前采取措施以应对可能出现的情况。此外，应用融合层利用数字孪生黄河基本模型和实时数据，通过融合机制，实现跨域数据信息与技术的联合应用，构建数字孪生智慧平台为全流域提供数据支持和决策指导，帮助决策者在面对突发问题时制定科学决策，保障黄河流域的可持续发展。

4.反馈优化层：数字孪生黄河建设的优化改进助推器

反馈优化是将虚拟黄河模型中决策分析后所形成的指令信息向下反馈到集成整合与协同感知环节，用于改进集成整合标准、调整感知层工作的具体执行。通过评估优化机制，依据对治理成效的客观评估，总结现实治理需求，加强流域数字化治理技术支持，缩小流域内数字技术应用差距，消除新旧技术壁垒，完善数据质量管理机制。在整体性治理理论的指导下，自下而上的建设流程与自上而下的反馈优化形成了数字孪生黄河建设的优化闭环，连接物理黄河与虚拟黄河，使得数字技术在黄河流域治理实践中具备更好的适应性和优化能力。

综上所述，在数字孪生黄河整体性建设运行框架中，各维度结构组成要素间通过信息的流动和相互作用紧密联系在一起。协同感知层提供实时数据，集成整合层构建虚拟模型，应用融合层实现智能决策，反馈优化层进行持续改进，共同构成了数字孪生黄河整体性建设运行框架。协同感知层获取的实时数据和信息作为数字孪生黄河建设的高质量数据资源库的基础，为集成整合层提供了数据源。黄河流域多源实时数据和信息在集成整合层被整合成统一、有序的新数据源，为应用融合层的功能提供了坚实基础，并由此构建了数字孪生虚拟黄河模型。应用融合层利用虚拟黄河模型进行智能模拟和全面观测，实现了数字孪生黄河的精准化决策和智慧化应用。反馈优化层的任务是将虚拟黄河模型中决策分析形成的指令信息向下反馈，形成闭环协同的运行机制，用于改进和提升整体性治理效果。通过这一整体性建设运行框架，实现虚拟黄河与物理黄河的有效连接，在数字化的虚拟黄河模型中智能模拟、预测物理黄河的状态和变化，为决策者提供信息同步、问题诊断、模拟预测和决策指导等功能服务，确保了数字孪生黄河的高效运行。

五、数字孪生黄河建设的实践进路

数字孪生黄河是黄河流域数字化治理发展的必然选择。目前，数字孪生黄河建设进程仍处于起步阶段，想要实现流域数字化治理的最大效益，可以依据数字孪生黄河整体性建设运行框架，从以下几个方面加以完善。

（一）加强整体规划，推动多方协调与合作

数字孪生黄河建设旨在实现黄河全要素和时空全过程的数字映射和智能模拟，从数字孪生黄河整体性建设运行框架协同感知层的组成要素和功能出发，通过整体规划确立了数字孪生黄河建设目标，基于感知和识别功能实现了物理多方数据的采集与整理，计算功能则为后续建模工作完成了数据预处理。由此，通过制定整体性建设目标和调控策略，推动多方协调与合作，确保数字孪生黄河的全面推进，实现数字技术对流域治理的有效赋能。

一是明确数字孪生黄河的整体性建设目标。首先，数字孪生黄河的建设目标应包括全面还原物理黄河全流域要素和活动，实现高度准确的数字映射和智能模拟，为决策者提供准确、可靠的流域信息。其次，整体性建设目标还应注重发挥数字赋能的功能，通过整合数据和平台模拟，为决策者提供决策支持、风险评估和资源优化等作用。再次，整体性建设目标应强调实现虚拟黄河与物理黄河的有机结合，形成数字孪生黄河的综合应用，提升生态治理成效。

二是制定整体性调适策略，推动多方协调与合作。数字孪生平台的建设需要制定整体性调适策略，涵盖技术、政策、法规、经济等多个方面，包括建立技术标准和规范、完善相关法律法规、推动政策支持、加强人才培养和科研创新等［23］。同时，加强与各治理主体的沟通和协商，各方可以共享数据、共同参与模型建立和模拟仿真工作，平台应为各治理主体在线协作、信息共享、任务分配等提供交流渠道，促进各方之间的有效沟通，形成建设共识，推动数字孪生黄河建设的顺利实施。

（二）整合数据资源，建立统一的数字孪生黄河“数据底板”

基于数字孪生黄河整体性建设运行框架集成整合层的功能，将流域多源数据信息整合成统一有序的新数据源，构建流域数据库。统一的“数据底板”是提升数字孪生黄河整体性建设成效的基础保障，通过设立数据资源清单并统一数据标准，建立数据采集机制和信息共享平台，整合全流域数据资源，消除流域间“数据壁垒”。

一是设立数据资源清单，统一数据标准与规范。设立数字孪生黄河建设相关数据资源清单并对其进行分类整理，包括地理空间、气象气候、水文水资源、生态环境、社会经济数据等，明确数据种类和来源，为后续的整合工作打好基础。制定统一的“数据底板”，即数据标准与规范，包括数据格式、数据结构、数据质量要求等方面。通过统一的标准和规范，减少数据整合过程中的差异，提高数据资源的有效性。

二是建立数据采集与共享机制，规范数据获取、传输、存储等环节。利用遥感技术、传感器网络和物联网等手段，实时获取和监测黄河流域的相关数据。建立开放的数据共享平台，吸引各方共享自己的数据资源，促进各方主体合作，消除“碎片化”困境，形成全流域数据共享的良好氛围。在共享开放的同时需要注意数据安全和隐私保护，在数据整合过程中加强安全措施和管理，采用加密、脱敏、权限控制等技术手段，确保敏感数据的安全性和隐私性。

三是建立信息共享平台，加强黄河全流域各治理主体间的沟通与合作。通过开放和共享数据资源、技术手段和研究成果，促进黄河上中下游各流段之间的合作与共同发展。建立开放的数据接口和标准，提供数据集成和共享的便利，调动各方参与的积极性和主动性。

（三）完善全域智慧水利平台，推动数字孪生黄河建设落地

应用融合层是数字孪生黄河整体性建设运行框架的核心功能层，数字孪生黄河建设的核心目标是实现数字孪生黄河的精准化决策和智慧化应用。依据应用融合层同步、诊断、预测及指导功能，现阶段完善全域智慧水利平台，包括数字孪生黄河虚拟模型、天空地一体化黄河水利感知网和数字孪生黄河智能决策支持系统，是加快数字孪生黄河建设落地的重要推手。

一是建立流域全要素及时空全过程的数字孪生黄河模型。基于全流域数据资源，建立数字孪生黄河模型，模拟黄河的水文、水资源、水环境等关键指标的变化，对不同尺度、不同时段的黄河水情进行精细预测和模拟，实现对物理黄河流域的实时连接、虚实映射，为精准调控提供科学依据。

二是发展天空地一体化黄河水利感知网，实时监测预警黄河水情。黄河河道素有“九曲十八弯”的特征，“三年两决口，百年一改道”长期威胁着沿黄各省区人民的生命财产安全。通过数字孪生平台的可视化技术，将黄河复杂的流域数据和水情模拟结果以直观、易懂的数字模型呈现给决策者和相关人员，帮助决策者直观地了解流域的状态、趋势和变化，辅助制定科学、合理的调控决策。

三是完善智能决策支持系统。基于数字孪生黄河模型，完善智能决策支持系统，利用人工智能、大数据分析等技术，根据不同情景和目标，对复杂的数据进行处理和分析，給出相应的调控方案和建议，为决策者提供智能化的决策支持。通过对数据的实时监测和模拟，基于实时数据和模拟结果，及时发现洪水、干旱、水质污染等灾害和环境问题，发现潜在的风险因素，评估其对流域的影响，并制定相应的应急响应措施，减轻灾害风险和损失。

（四）推动技术更新与升级，形成数字孪生黄河建设优化闭环

对于数字孪生黄河的反馈优化环节，需要基于数字孪生黄河模型的运行情况和智慧决策的反馈结果，通过数字孪生黄河整体性运行框架反馈到集成整合层与协同感知层，用于改进集成整合标准、调整感知层工作的具体执行，持续优化数字孪生黄河模型的性能，形成数字孪生黄河建设优化闭环。

一是加强数据质量管理和模型校准。在数字孪生黄河模型运行过程中，持续监测数据的质量和准确性，及时发现并纠正数据采集或传输中的问题。建立数据质量评估体系，对共享的数据进行质量检查和评估，对于数据质量不符合要求的，应与数据提供方进行沟通，要求其进行修正和更新。通过建立数据质量监控和反馈机制，实时跟踪数据质量，并及时纠正数据质量问题，同时对建立的数字孪生黄河模型进行校准和优化，将实测数据和模拟结果进行对比验证，不断提高虚拟黄河模型的精确度和可靠性。

二是跟进技术更新与升级，确保决策支持系统的持续优化。随着数字技术和水利技术的不断发展，数字孪生黄河建设需要不断跟进新的技术方法，探索更高效、更精确的建模方法，并将新技术逐步应用于数字孪生黄河建设中。基于新技术持续评估智能决策支持系统的性能，对系统的决策结果进行验证和优化。同时，根据实际应用情况改进决策支持算法，提高决策系统的准确性和响应速度，确保数字孪生黄河在实际决策中发挥更大作用。

三是建立用户反馈与参与机制。数字孪生黄河建设的参与方包括各级政府部门、水利管理机构、科研院所、企业等，需要建立健全用户反馈与参与机制，定期听取建设参与方的需求，了解各方实际建设应用情况，收集各方改进意见。同时，鼓励各方主体积极参与数字孪生黄河建设，在数据共享、模型验证、决策制定等方面进行合作，形成数字孪生黄河建设共同体，推动数字孪生黄河的持续改进和升级。

六、结语

黄河流域实现数字化治理的关键在于“数字技术为流域治理赋能”，通过对当前学界关于流域数字化治理研究成果的梳理和分析，可以看到，数字技术已成为流域高效治理发展的重要推手，数字孪生技术开始逐步应用到流域治理工作中。然而，值得注意的是，虽然目前数字技术已经在流域治理中取得一定进展，但如何将全流域数字技术的应用形成一体化、互联互通的数字孪生流域网络，实现全流域范围内的数字化治理升级，仍然需要更深入的研究。

数字孪生黄河作为黄河流域数字化治理新态势，有效推动了智慧黄河建设的数字升级。未来数字孪生黄河应更加注重整体性联结，与数字孪生城市、智能交通等数字系统相结合，通过数字孪生平台与各方形成协同合作机制，实现信息共享、数据交互和全流域联通。随着国家对生态环境保护的进一步重视，数字孪生黄河作为一种工具和手段应与国家的相关政策和战略相连接，为生态保护治理提供科学依据，帮助决策者制定更加有效的措施和政策，实现全流域生态保护治理成效的提升。

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［责任编辑：赵瞳］