周志安，王杰偉，趙 萌，李 輝

（1.國信優(yōu)易數(shù)據(jù)股份有限公司，100071，北京；2.北京中聯(lián)環(huán)工程股份有限公司，100835，北京）

隨著生態(tài)文明建設(shè)在河湖管護(hù)領(lǐng)域不斷縱深推進(jìn)，河長制作為深化生態(tài)文明體制改革的重要內(nèi)容，在變革傳統(tǒng)河湖管護(hù)方式、提升管理效能方面作用顯著，不斷促進(jìn)管護(hù)模式從“工程治理”向“長效管理”轉(zhuǎn)變，朝流域化、協(xié)同化發(fā)展。業(yè)務(wù)融合與協(xié)同也推動了河湖數(shù)據(jù)不斷融合，大數(shù)據(jù)作為數(shù)字經(jīng)濟(jì)時代最活躍的生產(chǎn)要素，為實現(xiàn)以業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)為核心的智慧化融合管理提供了契機(jī)，“河長制+大數(shù)據(jù)”必將在河湖管護(hù)中發(fā)揮重要作用。

一、“河長制+大數(shù)據(jù)”的內(nèi)涵

“河長制+大數(shù)據(jù)”河湖管護(hù)模式，是在智慧水利框架下以流域為單元、將河長制理念與以大數(shù)據(jù)為核心的新一代信息技術(shù)融合，打破水利、生態(tài)環(huán)境、住建等涉河湖部門的管理界限，推動河湖全局業(yè)務(wù)總協(xié)同、全量數(shù)據(jù)總匯聚，充分激活河湖大數(shù)據(jù)價值，實現(xiàn)用數(shù)據(jù)說話、用數(shù)據(jù)管理、用數(shù)據(jù)決策的現(xiàn)代化河湖管護(hù)新模式。

二、“一腦三體系”建設(shè)內(nèi)容

“河長制+大數(shù)據(jù)”的總體架構(gòu)如圖1，通過建設(shè)“一腦三體系”構(gòu)建智慧河湖“四大能力”。“一腦三體系”即孿生流域數(shù)字大腦、“天空地人”一體化全域感知體系、生態(tài)流域創(chuàng)新應(yīng)用體系、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系；智慧河湖“四大能力”即全域感知能力、全流域河湖數(shù)據(jù)融合分析能力/全場景模擬預(yù)測及預(yù)警能力、河湖業(yè)務(wù)應(yīng)用融合創(chuàng)新能力、智慧河湖標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范及安全保障能力。

圖1 “河長制+大數(shù)據(jù)”總體架構(gòu)

1.孿生流域數(shù)字大腦

數(shù)字孿生流域是在數(shù)字空間實現(xiàn)流域物理空間和社會空間的全要素表達(dá)、全過程呈現(xiàn)、全周期可溯，借助歷史數(shù)據(jù)、實時數(shù)據(jù)、空間數(shù)據(jù)以及算法模型等，對流域物理實體全生命周期過程進(jìn)行仿真、預(yù)測、交互、控制，實現(xiàn)流域全面感知、虛實交互、智能決策、精準(zhǔn)控制，推動流域智能化、智慧化發(fā)展。孿生流域數(shù)字大腦是數(shù)字孿生流域的分析、決策和指揮中心，也是數(shù)字孿生流域建設(shè)的核心，其建設(shè)內(nèi)容主要包括：

一項流域綜合大數(shù)據(jù)資源體系。構(gòu)建涵蓋物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)、空間大數(shù)據(jù)、政務(wù)/業(yè)務(wù)大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)，實現(xiàn)跨部門共享交換的河湖大數(shù)據(jù)資源體系。

一個智慧河湖全域數(shù)據(jù)管理中樞。構(gòu)建核心運行環(huán)境及能力，為數(shù)據(jù)管理、治理、服務(wù)全鏈條，數(shù)據(jù)與業(yè)務(wù)融合，統(tǒng)一應(yīng)用服務(wù)管理等提供能力支撐。

六類智慧數(shù)字流域模型。主要包括時空模型、河湖（水利）專業(yè)模型、智能模型、可視化模型、水利知識圖譜和預(yù)案庫，實現(xiàn)模擬仿真推演、可視化呈現(xiàn)、空間分析。

以GIS 為核心的“流域一張圖”。以電子化地圖為基礎(chǔ)，將河湖運行數(shù)據(jù)疊加形成各專題運行態(tài)勢“一張圖”，為運行監(jiān)控、業(yè)務(wù)管理、應(yīng)急指揮等提供可視化決策支撐。

2.“天空地人”一體化全域感知體系

“天空地人”一體化全域感知體系是以物聯(lián)網(wǎng)（涵蓋邊緣計算技術(shù)）為核心，融合5G、大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能和可視化等數(shù)字技術(shù)，通過無人機(jī)、AI 視頻、電子圍欄、傳感器等對流域開展全方位、全要素、全時段、全量程實時在線監(jiān)控，感知河湖運行態(tài)勢，傳輸監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過多業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)融合和模擬預(yù)測模型，實現(xiàn)對保護(hù)水資源、保障水安全、改善水環(huán)境、防治水污染、修復(fù)水生態(tài)、河湖水域岸線管理、執(zhí)法監(jiān)管等不同業(yè)務(wù)專題的全感知，結(jié)合可視化技術(shù)對河湖運行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控和展示。

3.生態(tài)流域創(chuàng)新應(yīng)用體系

生態(tài)流域創(chuàng)新應(yīng)用體系是按照河長制理念，依托已建立的全域感知、數(shù)據(jù)分析、模擬預(yù)測預(yù)警等能力，構(gòu)建融合、開放的智慧河湖應(yīng)用生態(tài)，圍繞河湖態(tài)勢監(jiān)控、業(yè)務(wù)管理、應(yīng)急指揮、決策支撐等方面，不斷創(chuàng)新河湖管護(hù)模式，提升智慧管理能力和水平，促進(jìn)流域高質(zhì)量發(fā)展。該體系主要包括流域智慧運行中心、應(yīng)急協(xié)同指揮平臺、河湖業(yè)務(wù)智慧應(yīng)用中心、河長制業(yè)務(wù)管理平臺。

（1）流域智慧運行中心

流域智慧運行中心依托全域感知和孿生流域數(shù)字大腦對數(shù)據(jù)的采集、管理、分析、可視化等能力，實現(xiàn)基于各專題“一張圖”的智慧運行監(jiān)控。具體專題及指標(biāo)設(shè)置可參考表1 并進(jìn)行補充。

表1 流域智慧運行中心“一張圖”業(yè)務(wù)內(nèi)容

（2）應(yīng)急協(xié)同指揮平臺

應(yīng)急協(xié)同指揮平臺作為智慧河湖的“綜合會商調(diào)度中心”，對接涉河湖部門業(yè)務(wù)、應(yīng)用、數(shù)據(jù)，通過不斷完善的以河長及河長辦為中樞的工作機(jī)制，實現(xiàn)河湖資源統(tǒng)一整合與調(diào)度。平臺按照“平時”和“戰(zhàn)時”進(jìn)行管理，“平時”主要用于實時掌控河湖運行狀態(tài)，協(xié)同解決日常河湖管護(hù)業(yè)務(wù)；“戰(zhàn)時”主要用于分析數(shù)據(jù)以輔助決策，包括突發(fā)事件的模擬預(yù)測、預(yù)警，次生風(fēng)險預(yù)警，以及應(yīng)急策略、應(yīng)急指揮、協(xié)同聯(lián)動、處置評估，為河長及河長辦應(yīng)急決策指揮提供科學(xué)依據(jù)。

（3）河湖業(yè)務(wù)智慧應(yīng)用中心

河湖業(yè)務(wù)智慧應(yīng)用中心是涉河湖各業(yè)務(wù)部門的業(yè)務(wù)管理中心，整合所有涉河湖部門應(yīng)用，提供統(tǒng)一的開發(fā)、管理、認(rèn)證、運維等通用能力，橫向打通河湖全量應(yīng)用、數(shù)據(jù)，利用多源融合、縱橫聯(lián)動、共享服務(wù)的水利大數(shù)據(jù)及孿生流域數(shù)字大腦能力，構(gòu)建涉河湖各業(yè)務(wù)部門的指揮管理決策中心。采用統(tǒng)一入口，按不同用戶身份進(jìn)行應(yīng)用和權(quán)限配置管理。各應(yīng)用子系統(tǒng)包括流域防洪子系統(tǒng)、水資源管理與調(diào)配子系統(tǒng)、水生態(tài)水環(huán)境子系統(tǒng)、綜合決策子系統(tǒng)、水利工程安全管理子系統(tǒng)、水土保持信息管理子系統(tǒng)、農(nóng)村水利水電管理子系統(tǒng)等。

（4）河長制業(yè)務(wù)管理平臺

河長制業(yè)務(wù)管理平臺是河長制業(yè)務(wù)中心，按照河長制工作任務(wù)、組織體系、配套制度和工作機(jī)制，梳理各級河長、河長辦及其成員單位、社會公眾參與河湖管理保護(hù)涉及的業(yè)務(wù)內(nèi)容及流程，面向各級河長、河長辦及其成員單位以及社會公眾提供差異化、精準(zhǔn)化的智慧管理服務(wù)。

4.標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系

構(gòu)建涵蓋總體標(biāo)準(zhǔn)、應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)、信息安全標(biāo)準(zhǔn)和管理標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系，保障智慧河湖建設(shè)邏輯統(tǒng)一、安全可靠。其中，總體標(biāo)準(zhǔn)是工作開展的全局性、指導(dǎo)性、共性依據(jù)，應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)為系統(tǒng)開發(fā)、接入、數(shù)據(jù)共享與交換提供標(biāo)準(zhǔn)指南，信息安全標(biāo)準(zhǔn)為系統(tǒng)的安全運行及其保密性、完整性及可用性提供基礎(chǔ)保障，管理標(biāo)準(zhǔn)為項目管理、數(shù)據(jù)資源管理、風(fēng)險管理、運維管理等提供參照。

三、典型應(yīng)用場景

以突發(fā)重大水污染事件為例，探討“河長制+大數(shù)據(jù)”河湖管護(hù)模式的實際應(yīng)用。具體流程如下（見圖2）：

圖2 “河長制+大數(shù)據(jù)”河湖管護(hù)模式在突發(fā)重大水污染事件中的應(yīng)用

監(jiān)測預(yù)警。全域監(jiān)測體系通過自動水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備發(fā)現(xiàn)水質(zhì)數(shù)據(jù)異常，經(jīng)孿生流域數(shù)字大腦分析研判，確認(rèn)發(fā)生重大水污染事件，即時向河長制辦公室發(fā)出預(yù)警，同時啟動應(yīng)急監(jiān)測、應(yīng)急預(yù)案、預(yù)演預(yù)案。

初期處置。應(yīng)急監(jiān)測一般采用無人機(jī)、無人船等移動端監(jiān)測設(shè)備，監(jiān)測數(shù)據(jù)作為進(jìn)一步模擬預(yù)測的重要依據(jù)；應(yīng)急預(yù)案作為事件初期處置方案，有效指導(dǎo)河長辦協(xié)同指揮涉河湖各部門開展應(yīng)急處置工作。

預(yù)演預(yù)案。將涉污染事件全量數(shù)據(jù)，包括水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)、GIS 數(shù)據(jù)、周邊企業(yè)產(chǎn)排污數(shù)據(jù)、河湖基本數(shù)據(jù)、各業(yè)務(wù)系統(tǒng)共享數(shù)據(jù)、事件輿情數(shù)據(jù)等，導(dǎo)入水污染模擬預(yù)測、可視化、輿情分析等模型，分析污染主體、污染原因、污染程度、影響，經(jīng)過模擬預(yù)演，輸出針對性應(yīng)急處置方案，為事件科學(xué)處置提供決策依據(jù)。

聯(lián)動處置。河長辦牽頭，依托應(yīng)急協(xié)同指揮平臺，協(xié)調(diào)聯(lián)動各部門分工開展事件處置工作，同時查漏補缺、嚴(yán)格問責(zé)，并對全過程資料進(jìn)行統(tǒng)一歸檔。

四、結(jié)論及建議

河湖管理保護(hù)是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要統(tǒng)籌協(xié)調(diào)涉河湖不同部門職能。隨著河長制工作的不斷深入，加之大數(shù)據(jù)應(yīng)用價值日益凸顯，智慧水利將從水行政主管部門一家之責(zé)轉(zhuǎn)向以河長辦為核心、以業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)融合為導(dǎo)向、多部門協(xié)同構(gòu)建的智慧河湖模式，實現(xiàn)以業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)為核心的智慧化融合管理?！昂娱L制+大數(shù)據(jù)”智慧河湖管護(hù)模式可為未來智慧河湖發(fā)展提供思路借鑒。提出如下幾點建議。

1.探索數(shù)字孿生流域應(yīng)用場景

數(shù)字孿生流域作為智慧河湖建設(shè)核心，是一項系統(tǒng)工程，應(yīng)按照“因地制宜、急用先行”原則，加快數(shù)字孿生流域應(yīng)用場景探索，建議優(yōu)先針對防洪排澇、水污染防治、水資源調(diào)度、水利工程管理等場景進(jìn)行開發(fā)。

2.進(jìn)一步推動流程再造

以河長制為抓手，進(jìn)一步推動河湖管理保護(hù)方式和模式升級，以業(yè)務(wù)融合推動數(shù)據(jù)融合，以數(shù)據(jù)融合倒逼業(yè)務(wù)流程再造，圍繞河長統(tǒng)籌協(xié)調(diào)、河長辦牽頭、各成員單位協(xié)調(diào)聯(lián)動工作基調(diào)，探索出符合新時代河湖管理保護(hù)要求的工作流程和工作機(jī)制。

3.構(gòu)建智慧河湖標(biāo)準(zhǔn)及評價指標(biāo)體系

圍繞智慧河湖“一腦三體系”“四大能力”構(gòu)建一套科學(xué)的智慧河湖標(biāo)準(zhǔn)評價指標(biāo)體系，用于指導(dǎo)智慧河湖規(guī)劃、設(shè)計、實施、運營與持續(xù)改善，同時作為智慧河湖工作成效評價的依據(jù)。