摘要：保護江河湖泊、全面推行河長(cháng)制，事關(guān)人民群眾福祉，是推動(dòng)成渝地區雙城經(jīng)濟圈建設的重要保障，而保護治理工作是一個(gè)龐大復雜的系統工程，“如何依托現代信息技術(shù)變革治理理念和治理手段賦能河長(cháng)制管理”成為實(shí)現社會(huì )主義現代化道路上的必答題。為深入貫徹“十六字”治水思路，全面鞏固擴展智慧水務(wù)發(fā)展成果，以智慧化驅動(dòng)河長(cháng)制高效管理，成都市整合多方資源，著(zhù)手推進(jìn)水務(wù)智慧化建設，不斷探索優(yōu)化，并逐步探索出了一條數字孿生驅動(dòng)河長(cháng)制管理工作新模式，全面實(shí)現了“智慧”管水、“智慧”護水。
關(guān)鍵詞：成都河長(cháng)制數字孿生智慧化
引言：成都市深入踐行“節水優(yōu)先、空間均衡、系統治理、兩手發(fā)力”治水思路，以建設踐行新發(fā)展理念的公園城市示范區為統領(lǐng)，以構建水務(wù)高質(zhì)量發(fā)展戰略格局為抓手，以“全域感知、動(dòng)態(tài)監測、精準調控、協(xié)同管理和高效應用”為導向規劃布局智慧水務(wù)體系，以“謀頂層架構、建標準規范、強統籌推進(jìn)、布神經(jīng)感知、筑數據支撐、強應用賦能”為抓手，構建數字孿生為底座的智慧水務(wù)平臺，賦能河長(cháng)制精細化管理，協(xié)力提升超大城市敏捷治理、科學(xué)治理水平。
一、背景情況 成都位于長(cháng)江上游，屬長(cháng)江流域岷沱江水系，岷江及沱江干流穿越市境，都江堰灌區渠系與自然水系縱橫交錯形成了成都平原水網(wǎng)。2017年2月，成都市委市政府深入貫徹落實(shí)習近平生態(tài)文明思想，積極踐行“綠水青山就是金山銀山”理念，全面推行河長(cháng)制，建立市、縣、鄉、村4級河長(cháng)體系，并設立“河道警長(cháng)”，全市河流、水庫、渠道、山溪溝全部納入河長(cháng)制管理范圍。
但在工作過(guò)程中，逐漸暴露出一些問(wèn)題：一是監測感知站網(wǎng)覆蓋不全面、監測感知手段不智能。各類(lèi)水務(wù)信息獲取主要依靠自下而上的逐級人工填報和審核來(lái)完成，不能利用信息手段和信息管理系統精準、及時(shí)、發(fā)現問(wèn)題，沒(méi)有實(shí)現動(dòng)態(tài)管理。二是數據資源支撐不夠，地理空間數據不完善。存在縱向上市、區（縣）匯集困難、橫向上數據對接不通暢等問(wèn)題，造成數據資源分散、更新機制缺失、開(kāi)發(fā)利用率低等問(wèn)題。三是業(yè)務(wù)系統建設不全面、應用智能化不達標。目前一些河長(cháng)制管理業(yè)務(wù)方面還未建設應用系統，標準規范不統一，缺少智慧化管理手段。因此，如何進(jìn)一步提高河長(cháng)制管理工作效率，促進(jìn)人工管理向智慧化管理轉化成為亟待解決的問(wèn)題。
二、主要做法 2019年，成都市優(yōu)化制定了智慧水務(wù)頂層設計方案，確定了“全域感知、動(dòng)態(tài)監測、精準調控、協(xié)同管理和高效應用”建設目標，明確了“水資源、水安全、水生態(tài)、水凈化、水管理、水文化”六大模塊建設內容。2020年，智慧水務(wù)正式啟動(dòng)建設，按照“三統三分”的建設模式，即“統一規劃、統一標準、統籌項目、分工負責、分塊實(shí)施、分步推進(jìn)”，統籌錦江水生態(tài)治理智慧管理項目、九道堰流域信息化建設項目和基層防汛預警等涉水信息化項目，全面啟動(dòng)智慧水務(wù)建設。2022年，制定《成都市“十四五”智慧水務(wù)發(fā)展規劃》，推進(jìn)以數字孿生為驅動(dòng)的智慧水務(wù)體系建設，賦能河長(cháng)制智慧化管理。
（一）強化智能互聯(lián)，建設空天地一體水務(wù)感知網(wǎng)絡(luò )
建設統一物聯(lián)感知平臺，通過(guò)“共享+自建”的方式結合，完善外場(chǎng)感知點(diǎn)位。目前已接入生態(tài)環(huán)境、公安、水文等部門(mén)和水務(wù)自建的外場(chǎng)感知監測站，包括：水質(zhì)監測站276個(gè)、視頻站18萬(wàn)余個(gè)、水位流量站301個(gè)、水庫水位站281個(gè)、雨量站1445個(gè)、下穿隧道189個(gè)、管道監測2698個(gè)、無(wú)人機2臺、單兵50臺、無(wú)人船1艘，基本實(shí)現多目標、多要素的實(shí)時(shí)在線(xiàn)感知監測。
（二）夯實(shí)數據底板，打造融合共享的數字孿生基座
建成融合共享的水務(wù)智慧大腦，全面打造全域智慧流域總框架、總平臺、總中樞、總核心。
1.建設成都水系一張圖，采用人工與程序、內業(yè)分析與外業(yè)踏勘相結合的方式，形成一套空間覆蓋全面、屬性填寫(xiě)完整的基礎數據，錄入全量河流（525條）、斗渠以上渠道（2726條）、山溪溝（445條）、全量水庫（235座，含省管紫坪鋪水庫、張家巖水庫和磨兒潭水庫3座）、重點(diǎn)塘壩（44座）、過(guò)河橋梁（3428座）、人工湖（43座）、水電站（302座）、水閘（1937座）。
2.完成數據匯聚與共享，堅持以業(yè)務(wù)需求為導向，以“無(wú)條件歸集、有條件共享”為原則，全面推進(jìn)水務(wù)數據資源集約共享開(kāi)放，匯聚全量動(dòng)態(tài)監測、業(yè)務(wù)管控、視頻監控等海量數據。共匯集水務(wù)數據4780GB，數據庫存儲總量6.87億條，形成206條資源目錄，向外部單位及各區（市）縣和局內各處室，提供共享接口累計調用1.1億次。
3.構建數字孿生模型平臺。搭建三維可視化模型、水利專(zhuān)業(yè)模型、智能識別模型三類(lèi)模型引擎，建設沱江水文預警、中心城區網(wǎng)格化降雨預報、中心城區內澇預測等專(zhuān)業(yè)模型，建設L2級河道和L3級水利工程設施的三維模型底座，建設視頻分析智能識別模型，為各類(lèi)應用提供三維可視化、預測預報分析等共性支撐。
4.構建水務(wù)專(zhuān)業(yè)知識平臺。利用知識圖譜和自然語(yǔ)言處理等技術(shù)，實(shí)現對水務(wù)關(guān)系、規律等知識的抽取、管理，構建預案、物聯(lián)感知、標準知識庫，為水務(wù)知識查詢(xún)和關(guān)聯(lián)關(guān)系分析提供輔助支撐。
（三）聚焦業(yè)務(wù)核心，構建協(xié)同創(chuàng )新的智慧應用體系
分期建成AI智能巡河、防汛減災、水資源智能調度等業(yè)務(wù)應用，為河長(cháng)制管理的業(yè)務(wù)工作提供智慧支撐。
1.通過(guò)水質(zhì)監測站、沿河視頻、排口視頻等前端感知終端和無(wú)人機遠程巡檢，智能發(fā)現各類(lèi)涉水問(wèn)題，讓河長(cháng)的主要工作重心由發(fā)現問(wèn)題向處置問(wèn)題轉換。如河道防溺水事件，在部分河道邊安裝帶有AI識別算法的智能攝像頭，自動(dòng)識別下河游泳等涉水不安全行為，自動(dòng)生成“防溺水”事件推送至屬地區（縣）事件中樞和城運水務(wù)分中心，實(shí)現了從智能發(fā)現到問(wèn)題處置全過(guò)程閉環(huán)管理。
2.建設成都市防汛指揮系統。應用物聯(lián)感知一張網(wǎng)實(shí)現成都市全域雨情、水情和汛情的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監測；將關(guān)鍵指標與時(shí)間、空間態(tài)勢相結合，打造業(yè)務(wù)時(shí)空一張圖；應用防汛相關(guān)預報數學(xué)模型實(shí)現江河洪水和城市內澇的預測預報；對應急人員和車(chē)輛搭載北斗終端定位設備，實(shí)現“120式”的災情點(diǎn)位、救援物資、人員和車(chē)輛智能匹配，實(shí)現高效指揮調度。
3.建設錦江流域水資源智能調度系統。利用水利模型和閘壩遠程控制，可實(shí)現河道生態(tài)水量、景觀(guān)蓄水、通航水位的精準研判和智能調度；平臺通過(guò)模型計算，自動(dòng)化生成水量配置方案，指令下發(fā)閘站值班人員，實(shí)施閘門(mén)啟閉，可實(shí)現錦江上6個(gè)閘壩群智慧調水，大大提升了流域水質(zhì)水量的精細化、智慧化管理水平。
4.建設供水監管系統。實(shí)現了從水源取水、水廠(chǎng)制水、管網(wǎng)輸水到居民用水的全過(guò)程智慧管理。如上游水源地發(fā)生污染，系統會(huì )自動(dòng)啟用備用水源保供；系統依托大數據、云計算等搭建的數理模型，可根據一定時(shí)間段供水量變化趨勢，實(shí)現供需兩級峰值預警，確保城市供水安全。
（四）突出區域協(xié)同，推動(dòng)成都都市圈河長(cháng)制協(xié)同治理
建成“四個(gè)統一”的成德眉資河長(cháng)制E平臺，推動(dòng)成都都市圈河湖治理管護高質(zhì)量發(fā)展、共筑長(cháng)江上游生態(tài)屏障。通過(guò)健全“一套制度”、構建“一張底圖”、建立“一個(gè)平臺”、形成“一套標準”，提升了“四地同城”河湖現代化治理管護能力，為全國都市圈河湖共管共護提供了先試先行的范本。截至2023年5月底，成德眉資河長(cháng)制E平臺注冊河長(cháng)共計12856名，匯聚4市河長(cháng)制巡河業(yè)務(wù)數據9278.1萬(wàn)條，發(fā)現河湖水環(huán)境問(wèn)題103066個(gè)，協(xié)調處置問(wèn)題101549個(gè)。
（五）建立標準規范，構建統籌共建的建設實(shí)施體系
制定《成都市水務(wù)局網(wǎng)絡(luò )信息安全管理辦法》《成都市水務(wù)局數據資源管理辦法》《成都市水務(wù)局信息化項目建設管理辦法》，規范和促進(jìn)政務(wù)數據資源管理、共享和應用，規范信息化項目的建設和管理。制定《成都市水系數據建庫標準》《成都市智慧水務(wù)數據資源目錄分類(lèi)編碼標準》《成都市智慧水務(wù)數據采集與交換系統采集技術(shù)標準》《成都市智慧水務(wù)評價(jià)指標體系標準》，明確相關(guān)技術(shù)標準和規范，保證各項技術(shù)在實(shí)施過(guò)程中的統籌作用。
三、主要成效 智慧水務(wù)建設以物聯(lián)感知、智慧大腦、智能應用、區域協(xié)同、標準規范為重點(diǎn)，有效提升了水務(wù)管理“視”“匯”“算”“預”“控”的能力。
1.物聯(lián)感知基本實(shí)現重點(diǎn)區域全覆蓋。通過(guò)運用視頻監控、感知終端、無(wú)人機等多種方式，在河道管理、水源地監測、水質(zhì)監測、水位監測、智能水表等多個(gè)業(yè)務(wù)領(lǐng)域，開(kāi)展了基于物聯(lián)感知的數據采集與分析應用。
2.數據資源開(kāi)發(fā)不斷深化。開(kāi)展全市水務(wù)數據治理攻堅行動(dòng)，完成水務(wù)數據資源目錄編制、數據接入、梳理、匯聚、治理與交換共享。
3.智慧治理水平不斷提升。利舊與新建相結合，分批建成多個(gè)智慧應用場(chǎng)景并投入使用，基本完成全業(yè)務(wù)鏈條的數字化轉型，提升了河長(cháng)制工作的智慧化管理水平。
四、經(jīng)驗及啟示 總結本項目歷年進(jìn)程，對全面推行河長(cháng)制智慧化建設工作，主要有以下幾點(diǎn)經(jīng)驗啟示。
(一)夯實(shí)算據是基礎。錨定數字化場(chǎng)景目標，構建天、空、地一體化水務(wù)感知網(wǎng)，通過(guò)優(yōu)化提檔水文、水資源、河床演變、水務(wù)工程等地面監測，完善地下水監測站網(wǎng)，加強衛星、無(wú)人機、無(wú)人船等載體遙感監測，提升應急監測能力，推進(jìn)物理流域監測系統的科學(xué)建設和高頻乃至在線(xiàn)運行，為數字孿生流域提供精準物理參數和現實(shí)約束條件，保持數字孿生流域與物理流域的精準性、同步性、及時(shí)性。
（二）算法模型是關(guān)鍵。錨定智慧化模擬目標，深入研究流域自然規律，充分利用大數據、人工智能等新一代信息技術(shù)，融合流域多源信息，升級改造流域產(chǎn)匯流、水資源調配、工程調度、內澇預報等模型，研發(fā)新一代高保真水務(wù)專(zhuān)業(yè)模型，統籌運用好基于機理揭示和規律把握的數學(xué)模型，以及基于數理統計和數據挖掘技術(shù)的數學(xué)模型，確保數字孿生流域模擬過(guò)程和流域物理過(guò)程實(shí)現高保真。
（三）算力水平是支撐。擴展計算資源，按照“集約高效、共享開(kāi)放、按需服務(wù)”的原則，依托成都超算中心、智算中心算力，提升物理分布、邏輯集中、協(xié)同工作的高性能算力，滿(mǎn)足數據處理、模型計算的需要。要升級通信網(wǎng)絡(luò )，實(shí)現水務(wù)系統網(wǎng)絡(luò )無(wú)盲區無(wú)死角互聯(lián)，滿(mǎn)足各類(lèi)信息及時(shí)高效傳輸，并充分利用北斗、5G等新一代網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，保障監測站網(wǎng)在極端惡劣環(huán)境下的安全可靠傳輸。
（四）“四預”能力是目標。在數字孿生流域中強化預報、預警、預演、預案能力，實(shí)現風(fēng)險提前發(fā)現、預警提前發(fā)布、方案提前制定、措施提前實(shí)施，確保水務(wù)決策精準安全有效。提高超前預報精度。通過(guò)“四預”環(huán)環(huán)相扣、層層遞進(jìn)，提升流域治理管理的數字化、網(wǎng)絡(luò )化、智能化水平，在預演結果基礎上進(jìn)行分析評估，滾動(dòng)調整水工程運行、應急調度、人員防災避險等應對措施，迭代優(yōu)化運行調度方案，有效提高預案的科學(xué)性和可操作性。
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