数字孪生智慧水利信息化项目建设方案

项目编号：数字孪生智慧水利信息化项目1 43 44 45 46 48 2 67 803.4.3地下水库工程运行管理支撑模型 83 85 91 94 95 973.10开发水资源管理与调配应用子系统 98 33.11.1地下水库工程三维模型建设及可视化展示 3.11.2地下水库工程运行管理数字化场景建设 3.12开发河流域河湖健康动态评价应用子系统 4.7.3地下水库工程运行管理支撑模型 203 2074 215 2164.9.4机电设备BIM模型建立 2184.9.5河地下水库工程地上地下一体化展示 219 222 225 2394.12.3地下水库工程的管理运行子系统 2444.12.4河湖健康动态评价应用子系统 246 4.16信息资源规划及项目形成的信息资源目录 253 256 2565 4.18.1与威海市智慧水利一期平台对 2584.18.2与威海市城市运行指挥平台对 258 259 6.1.1数字孪生河流域项目硬件建设预算清单 2786.1.2数字孪生河流域项目软件建设预算清单 288 6 1第一章项目背景及必要性2022年2月，水利部印发《水利部关于开展数字孪生流域建设先行先试工作的通知》，正式启动数字孪生流域先行先试工作，计划用两年时间，在大江大河重点河段、主要支流开展数字孪生流域建设先行先试，在重要水利工程开展数字孪生水利工程先行先试。考虑到威海市正在实施智慧水利一期、河综合治理、河水系连通等在工程水利、数字水利建设上具备良好的基础条件，水利业务应用场景十分丰富，对防洪安全和水资源调配的数字化治理要求更加迫切，经省水利厅推荐，水利部决定由我市承担水利部“数字孪生流域建设设先行先试实施方案》已通过水利部专家审核。先行先试工作的主要任务包括，建设完善河水利信息化基础设施，建立包括数字底板、模型平台和知识平台的河数字孪生平台；建成具备“四预”功能的流域防洪应用和水资源管理与调配应用，建设河地下水库工程调度管理和河河长制监管应用，形成河流域“2+2”水利智能业务应用，建成河数字孪生流域系统；主要目标是，整体提升河流域智慧化管护水平，支撑威海市新阶段水利高质量发展，为全国中小河流数字孪生建设提供威海经验、打造示范样板。为顺利完成上述试点任务，实现预期目标，急需开展河数字孪生流域系统建设。2河属山东半岛独流入海水系，为季风区雨源型河流，是威海市市级河道。河发源于牟平昆嵛山西麓的口，从牟平区的莒格庄、水道两乡镇向南流经乳山市境内的下初镇、冯家镇、南黄镇和文登区境内的小观镇等乡镇，于文登区小观镇二王家村入黄海。干流全长71km，流域面积635km2。其中威海市干流总长48km，流域面积411km2（图全流域共有14条支流，其中3条一级支流，自上而下依次为，坦埠河长15km，流域面积39.7km2。3河流域内山脉为昆嵛山系，多为东南走向。其中山区丘陵占大部其地貌特征为：山区约占15.4%，丘陵占49.2%，主要分布于中上游一带，下游及河口一带的山间平原及滨海平原占35.4%，为本流域内主要的耕作区；入海口海岸类型为沙质岸，潮间带300～1000m，受风浪冲击，滩面不稳定。河流域属暖温带季风区海洋性气候，春季凉爽，风多雨少，夏季炎热，雨量集中，秋季少雨干旱，冬季寒冷，雨雪稀少。多年平均气资料统计，河流域多年平均降水量为769.8mm，降水量年际变化较大，最大年降水量为1268.3mm（1964年最小年降水量为359.7mm（1999年丰枯比为3.5。降水量的年内分配也极不均匀，主要集中在6~9月。汛期降水量占全年降水量的73.1％，而汛期降水量又主要集中在7～8月，7～8月降水量占全年降水量的50％以上。据统计，流域内各雨量站多年平均年最大24小时面降水量为107.8mm，1997年实测年最大24小时面雨量为234.4mm，1967年实测年最大24小时面雨量为39.5mm，最大值是最小值的5.9倍。呈陡涨陡落型，次洪水过程持续时间较短，较大洪水历时一般在304小时左右。河流域涉及烟台市的莒格庄、水道和乳山市的下初、冯家、南黄及文登市的小观等六个乡镇。据《威海市河2018～2020年综合整治万亩，农民人均纯收入2894元，流域内农业以粮食、花生、蚕茧、蔬菜及畜牧业为主，工业以轻工产品为主，流域内工、农业总产值目前，河流域内无水文站，无法采用本流域实测资料进行径流分析。河地下水库工程初步设计报告根据龙角山水库1956～2015年天然径流量系列，采用水文比拟法分析计算出，河流域多年平均天然径流量为17479万m3，折合径流深为275.3mm。流域涉及的乳山市和文登区2020年用水总量分别为1.06亿m3和1.10亿m3。从用户看，农业用水占70%左右，生活用水占20%左右；从水源看，地表水供水也占70%左右，地下水占30%左右，以取用河道水为主。根据威海市河2018～2020年综合整治方案，河干流共有固定取水口10个，其中工业取水口1个，城镇生活取水口1生活用水大户是南海宝泉水务有限公司。总体上看，河流域内用水需求低、水资源开发利用率不高。为缓5解威海市突出的水资源供需矛盾，充分利用雨洪资源，增加地下水储水量，建设了河地下水库工程和河地下水库—母猪河地下水库—米山水库连通工程，将河水资源调配至威海市区。目前，河流域主要水利工程包括瓦善水库和花家疃水库2座中型水库，南泥沟橡胶坝和湾头橡胶坝2座橡胶坝和河三级地下水库，工程分布图如下图所示。河流域内建有中型水库两座，小（1）型水库5座，小（2）型水库37座，总控制流域面积167.84km3，总库容4798.87万m3，兴利6瓦善水库是一座防洪、城市供水、农业灌溉、渔业养殖等综合运用的多年调节中型水库。水库位于河干流，水库控制流域面积37km2，年一遇，校核洪水标准为1000年一遇，水库除险加固后总库容1198万m3，校核洪水位为111.24m；兴利库容860万m3，兴利水位为110.17m；死库容80万m3，死水位为102.97m。花家疃水库位于河支流老清河中游，水库控制流域面积81km2。年一遇，校核洪水标准为1000年一遇，水库除险加固后总库容1894死库容37.2万m3，死水位为52.26m。花家疃水库枢纽工程由大坝、溢洪道和放水洞三个部分组成。大坝为土心墙坝，全长171米，最大的浆砌石防浪墙，墙顶高程65.8米，迎水坡为干砌方块石护坡，背水坡为草皮护坡。溢洪道位于大坝西侧，型式为实用堰+溢洪闸，3大泄量1156立方米/秒。放水洞有东西两座，均为钢筋砼箱涵结构，目前，瓦善水库与花家疃水库供水对象是农业灌溉和城市用水。瓦善水库灌区设计灌溉面积3万亩，最大实灌0.3万亩；花家疃水库7设计年城市供水能力为600万m3，实际年城市供水能力为335万m3。花家疃水库是龙角山水库的应急水源，根据《山东省威海市乳山市花察设计咨询中心，2008年12月城市供水能力为0.8万m3/水库名称流域面积（km2）总库容（万m3）兴利库容（万m3）所在位置1瓦善水库烟台牟平区2花家疃水库乳山市冯家镇3曲家口安夼水库莒格庄镇4瓦善于家茔水库莒格庄镇5福寿庄沙窝子水库莒格庄镇6院下水库4莒格庄镇7杨家夼后夼水库莒格庄镇8沙家南沟水库莒格庄镇9贵家庄西北夼水库莒格庄镇金家埠凉泉水库莒格庄镇张皮南夼水库莒格庄镇宫家沟万年福水库莒格庄镇向阳张家夼水库莒格庄镇义和庄北夼水库莒格庄镇洼里东沟水库莒格庄镇瓦善西北夼水库莒格庄镇宝泉水库小观镇华山水库小观镇4下初镇朝阳山水库下初镇崮山寺水库南黄镇石城水库冯家镇北沟水库下初镇水晶布口水库南黄镇于家水库大孤山镇8五里河水库南黄镇西南沟水库下初镇西沟水库下初镇万家水库冯家镇王家庵水库1冯家镇马家庄水库冯家镇西山水库南黄镇北寨水库冯家镇北夼水库冯家镇四清塂水库1南黄镇西北沟水库27下初镇西夼水库6冯家镇冯家镇东北沟水库下初镇高家屯水库南黄镇西夼水库6下初镇北塂水库6冯家镇北留水库冯家镇西山水库南黄镇河地下水库工程位于河下游，分为三级水库，自上而下分别为庙东地下水库、小观地下水库及东浪暖地下水库，地上拦水建筑物分别为庙东节制闸（本次测量桩号9+750）、小观橡胶坝工程（本次测量桩号6+200）及东浪暖挡潮闸（本次测量桩号2+500河地下水库东浪暖挡潮闸以上流域面积为632km2（包含庙东节制闸以上流域面积625km2、小观橡胶坝工程以上流域面积629km2）。9外调水瓦善水库库区村庄米山水库外调水瓦善水库库区村庄米山水库威海市区母猪河母猪河km2km2花家花家疃水库南泥沟橡胶坝湾头橡胶坝库区库区村庄庙东小观东浪暖黄海用水户地表水库地下水库天然河道 供水路线 外调水路线橡胶坝水系连通工程整治河段(20年一遇)河地下水库工程是威海市河库水系连通工程（河地下水库-母猪河地下水库-米山水库连通）的重要组成部分。工程是省级重点水利工程项目，已于2021年11月开工建设，计划2022年底完工并投入使用。通过泵站将河地下水库和母猪河地下水库的水资源调入米山水可有效破解威海市水资源瓶颈制约，具有显著的经济效益和社会效益。根据《威海市发展和改革委员会关于威海市河地下水库工程可行性研究报告的批复》，河地下水库蓄水库容4215万m3，其中庙东地下水库库区最大库容1555万m3（其中库区1035万m3，上游回水区520万m3调蓄库容1290万m3（其中库区860万m3，上游回水区430万m3地表库容390万m3；小观地下水库库区最大库容730万m3，调蓄库容610万m3，地表库容384万m3；东浪暖地下水库库区最大库容900万m3，调蓄库容720万m3，地表库容256万m3。工程建成后，95%频率来水情况下可供水量2167万m3，多年平均可供水量2923万m3。河道工程主要包括河道治理工程，2000年以前，当地政府组织群众对河道进行过多次治理，主要包括上世纪四十年代，左岸文登区的小观一带修筑部分河堤；上世纪五、六十年代，局部易发生洪灾段修筑了部分堤防；上世纪七十年代，右岸乳山市部分河段修筑了堤防。受当时经济和技术条件的限制，河道治理标准偏低部分河堤受损严重。2004年，威海市按照20年一遇防洪标准对浪暖口～坦埠村段10.26km河道实施了治理，治理内容主要包括堤防工程和河道清淤工程；2012年，乳山市按照20年一遇防洪标准对下初镇4.05km河道实施了治理，治理内容主要包括堤防工程及河道清淤工程。2017年，南海新区结合城市规划，对河左岸浪暖大桥（桩号3+000）～小观段（桩号8+750）堤防进行了加宽加固，并配套了路面硬化工程。河虽然进行了多次治理，形成了部分堤防，但是受资金等方面的约束，河道两岸堤防不连续，尚未形成防洪封闭圈，不能完全达到设计标准。且受河道漫水桥等阻水建筑物的影响，部分河段淤积严重。另外河沿线地层岩性主要为砂质，局部段岸受大水淘刷容易坍塌，存在险工段。河干流上橡胶坝有两座，分别位于南泥沟村南和湾头村北。湾头橡胶坝目前尚未完工，其设计洪水标准为20年一遇，坝前水位可达4.5米，河道回水区2.9公里，可拦蓄河水175万立方米，能充分利用雨洪资源，提升两岸农田的灌溉条件，保证水资源的合理调配，增加水面面积，改善生态环境，巩固生态文明建设成果。南泥沟橡胶坝位于河干流冯家镇东泥沟村南，按照20年一遇洪水设计标准修建，主要包括长141米，高4.5米的橡胶坝一座，及防渗墙，左右岸翼墙，充排水泵房、管理房等。橡胶坝建成蓄水后，坝前水深能达到4.5米，河道回水区长度3.1公里，可拦蓄库容85万立方米，能够提高雨洪资源利用率、稳固河床、提升地下水位、改善两岸农田灌溉条件、提升河道生态环境。国家“十四五”规划纲要明确提出“构建智慧水利体系，以流域为单元提升水情测报和智能调度能力”。水利部高度重视智慧水利建设，将推进智慧水利建设作为推动新阶段水利高质量发展的六条实施路径之一，并将智慧水利作为新阶段水利高质量发展的显著标志。2021年，水利部先后出台了《关于大力推进智慧水利建设的指导意四五”期间推进智慧水利建设实施方案》等系列文件，明确了推进智慧水利建设的时间表、路线图、任务书、责任单。数字孪生流域是智慧水利的核心与关键，是一项复杂的系统工程。2021年12月，水利部召开推进数字孪生流域建设工作会议，要求大力推进数字孪生流域建设，并部署各流域管理机构、地方水行政主管部门和有关水利工程管理单位先行先试。2022年2月21日，水利部印发《水利部关于开展数字孪生流域建设先行先试工作的通知》，正式启动数字孪生流域先行先试工作，计划用2年时间，在大江大河重点河段、主要支流开展数字孪生建设先行先试，在重要水利工程开展数字孪生水利工程先行先试。据水利部《数字孪生流域建设先行先试台账》，全国共有94项先行先试任务，其中，数字孪生流域建设46项、数字孪生水利工程建设44项、水利部本级4项。为统一要求、明确标准，避免重复建设、信息孤岛，2022年3针对数字孪生流域建什么、达到什么标准等问题，细化建设任务和具体内容，并列出了主要建设指标。根据上述文件，数字孪生流域是以物理流域为单元、时空数据为底座、数学模型为核心、水利知识为驱动，对物理流域全要素和水利治理管理活动全过程进行数字映射、智能模拟、前瞻预演，与物理流发现问题、优化调度的新型基础设施。通过智慧水利总体框架（图1.1-5可以更好地理解数字孪生流域作用与组成。数字孪生流域是智慧水利建设的核心与关键，包括数字孪生平台和信息化基础设施；流域防洪、水资源管理与调配以及N项业务应用调用数字孪生流域提供的算据、算法、算力等资源。数字孪生平台基于信息化基础设施，利用云计算、物联网、大数据、人工智能、遥感、数字仿真等技术，对物理流域全要素和水利治理管理活动全过程进行数字映射、智能模拟和前瞻预演，支撑水利数字孪生平台主要由数据底板、模型平台、知识平台等三部分构成，各组成部分功能与关联为：数据底板汇聚水利信息网传输的各类数据，经处理后为模型平台和知识平台提供数据服务；模型平台利用数据底板成果，以水利专业模型反映物理流域的要素变化、活动规律和相互关系，通过智能识别模型提升水利感知能力，利用模拟仿真引擎模拟物理流域的运行状态和发展趋势，并将以上结果通过可视化模型动态呈现；知识平台汇集数据底板产生的相关数据、模型平台分析计算结果，经水利知识引擎处理形成知识图谱、服务水利业务应用。信息化基础设施主要由水利感知网、水利信息网、信息化基础设施各组成部分功能与关联为：水利感知网负责采集数字孪生流域所需各类数据；通过水利信息网将数据传输至数字孪生平台数据底板；水利云平台负责提供数据计算和存储资源。水利业务“四预”是智慧水利建设的重要组成部分，是数字孪生流域建设的出发点和落脚点，也是检验数字孪生流域建设成果的主要预警、预演、预案四者环环相扣、层层递进。其中，预报是基础，对淹没影响、位移形变等水安全要素进行预测预报，提高预报精度，延长预见期，为预警工作赢得先机；预警是前哨，及时把预警信息直达水利工作一线和受影响区域的社会公众，安排部署工程巡查、工程调度、人员转移等工作，提高预警时效性、精准度，为启动预演工作提边界条件等，在数字孪生流域中对典型历史事件场景下的水利工程调度进行精准复演，确保所构建的模型系统准确，对设计、规划或未来预报场景下的水利工程运用进行模拟仿真，具备“正向”“逆向”功能，及时发现问题，科学制定和优化调度方案；预案是目的，依据预演确定的方案，考虑水利工程最新工况、经济社会情况，确定工程调度运用、非工程措施和组织实施方式，确保预案的可操作性。通过水利业务“四预”功能的建设，保持数字孪生流域与物理流域交互的精准性、同步性、及时性，实现“预报精准化、预警超前化、预演数字化、预案科学化”的“2+N”智能水利业务应用，有力支撑智慧水利预警。明确任务。制定指标。发布预警预案。工程调度运用。非工程措施制定。组织实施预演为关键预警为前哨预案为目的预警水灾害风险预估预报水安全要素趋势研判预演水利调度方案模拟制定调度目标、预演节点、边界条件水安全要素预警。明确任务。制定指标。发布预警预案。工程调度运用。非工程措施制定。组织实施预演为关键预警为前哨预案为目的预警水灾害风险预估预报水安全要素趋势研判预演水利调度方案模拟制定调度目标、预演节点、边界条件水安全要素的实时、历史与预报信息获取洪灾、涝灾、旱灾、工程灾害、供水危机等水灾害风险预估预报。明确任务。编制方案。作业预报水安全要素预测值预警要素预警阈值预案应对措施与组织实施确定工程运用次序确定工程运用次序、时机、规则以及各类非工程应对措施和组织实施方式预报为基础预演。构建预演场景。模拟仿真。制定和优化调度方案水利工程调度运行数据水利工程调度运行数据影响区水安全要素数据经济社会经济社会风险数据流域和区域规划、专项规流域和区域规划、专项规划、水工程调度运行计划2.山东省内数字孪生流域发展情况山东省水利厅按照国家和省委、省政府有关部署，积极开展智慧水利建设，并于2020年11月通过了《山东省数字水利总体方案》和《山东省数字水利建设“十四五”规划》，提出通过大数据、云计算、移动互联网、人工智能等新一代信息技术与水利管理深度融合，以水利数字基础设施、数据资源体系、网络安全保障为支撑，以信息动能推动数字水利发展，充分发挥新一代信息化技术的驱动引领作用，大力推进高新技术与水利业务的深度融合，加快数字水利建设进程。《山东省数字水利建设“十四五”规划》提出了“巩基础、理数据、强支撑、智应用、健保障”的五大主要任务，巩基础，巩固并提升数字水利基础支撑能力；理数据，梳理并构建数字水利数据资源体系；强支撑，强化数字水利应用支撑能力；智应用，提升水利业务数字化监管与服务能力；健保障，健全数字水利保障体系；提出“数字水利新型基础设施建设工程”“全省水利一体化业务应用平台建设工程”“重点水利工程示范化运行管理大平台建设工程”三大类18个重点工程。按照《水利部关于开展数字孪生流域建设先行先试工作的通知》要求，山东省水利厅组织开展了4项先行先试任务，包括数字孪生河、数字孪生小清河和数字孪生弥河3项数字孪生流域建设任务，以及数字孪生胶东调水工程1项数字孪生水利工程建设任务。威海市经过多年的水利信息化建设，在水利感知、业务应用和基础设施建设等方面取得了一些进展和效益，但总体来看，水利信息化、数字化、智慧化水平不高，与智慧水利要求有较大差距，主要体在以下几个方面。透彻感知能力存在不足。河属于中小河流，治理相对滞后，水利监测站网的覆盖范围和监测要素不全。在传统水利监测站网方面，流域内尚无流量站，花家疃水库均无流量观测设施，地下水库工程相关监测设施正在建设完善之中。在新型监测站网方面，高清视频、无人机等新型监控手段虽得到一定应用，但整体智能化程度低，自动化程度不高。应急监测装备能力低、应急监测手段缺乏，应急通信装备和应急抢险通信保障能力严重不足。信息基础设施“算力”薄弱。联通河数字孪生平台、监测站点、水利工程、工程管理单位、相关业务部门的水利业务网亟待建立。工控网尚未覆盖重要水利工程，河地下水库工程自动控制系统尚在建设之中。尚未充分利用威海市电子政务云的计算资源与存储资源，建设水利子云，满足水利大数据存储和高性能计算需求。信息资源整合利用有待提升。分散建设信息基础设施条块分割、相互封闭，内部整合不够，形成多个数据孤岛，制约了整体效益发挥，存在“重采重存、利用率不高”的现象。河流域相关基础数据、监测数据、业务管理数据、基础地理数据等尚未有效整合，跨行业数据共享不足。各类数据标准不一致，水利基础数据不统一，水利对象代码未统一，影响数据汇聚治理。业务应用智能化水平不高。虽已在水资源管理节约、水生态保护、水旱灾害防御等方面建立了相应的业务应用系统，但大多停留在信息采集管理层面，信息技术和水利业务融合不深入，流域水文、水动力、水资源等水利专业模型未系统构建，不能全流程支撑业务工作，综合分析和决策支持能力不强，距离实现“四预”功能的差距较大。而且，现有业务应用主要面向威海市全市，尚无专门针对河流域的业务应用。保障体系有待完善。体制机制不够健全，适应智慧水利建设的组织体系、规章制度、考核体系、标准规范等仍不够完善，与新一代信息技术应用要求相配套的水利装备、物联通信、网络安全、应用支撑、系统建设等方面的技术和管理标准不够。资金投入不足，相对水利工程建设，水利网信建设总体投入比重偏低，持续投入不足。运维体系不完善，重建设轻运维的现象普遍存在，运维队伍不健全，运维技术水平和效率不1.3必要性和可行性1.是实现河流域防洪从被动应对向主动防御转变，牢牢守住不发生系统性洪涝灾害风险“底线”的迫切需要。河属山溪性雨源型河流，暴雨洪水多发，突发性强，陡涨陡落，持续时间短，防御难度大。虽然历经多年治理，但大部分河段防洪标准仍然较低，只有20年一遇，部分尚未系统治理的河段防洪标准更低（如史家疃以上河段无法抵御较大洪水。一旦发生较大洪水，极易成灾，严重威胁到河沿河两岸22多万人口、28.84万亩耕地和桃威铁路、309国道、青威高速等重要基础设施安全，灾害损失无法预估。根据《山东省洪水调查资料》（1982年）以及现场实际调查，河自1940、1959、1965、1980和2012等6场较大洪水，导致漫堤决口，对当地居民的生命财产安全造成很大危害。2011年7月25日，乳山市遭受1937年有历史记载以来最强降雨袭击，24小时最大降水量达到359.5毫米，引发严重洪涝灾害，共造成6人死亡，35万人受灾，房屋损坏4.8万间，庄稼淹没6380公顷，600多辆车辆受损；4条道路因桥涵冲毁导致交通中断，桃威铁路路基塌方7处共200余米；34家工业企业、6处商厦不同程度受损。建设数字孪生流域，加强监测、预报、预警、预演、预案等防洪非工程措施建设，实现防洪“四预”功能，是对现有防洪工程体系不完善、防洪标准偏低的重要补充，是防御具有突发性、高强度、预见期短特征洪水的有效手段，是牢牢守住不发生系统性洪涝灾害风险底线，实现被动防御向主动防御转变，保证河流域防洪安全的重要措施。2.是支撑河地下水库工程和水系连通工程科学运行调度，保障威海市区供水安全的迫切需要。河是我市境内水资源储量十分丰富且尚未得到大规模开发的较大河流，开发利用潜力很大。为缓解威海市日益突出的水资源供需矛盾，充分拦蓄河流域的雨洪资源、增加地下水储水量，自2020年起，我市在该流域建设了河地下水库工程和河地下水库—母猪河地下水库—米山水库连通工程，通过泵站和管道工程将河地下水库和母猪河地下水库的水调入米山水库，用以保障威海市区、南海新区及文登区生产生活用水需求。工程建成后，将形成跨流域、多水源（地表水、地下水、外调水）水资源调配格局，新增供水能力2815万m3，可有效缓解我市水资源紧缺局面。河流域水量虽然丰富，但水情十分复杂，蓄水与防洪历来是一个很难调控的水利科研难题。经国家、省级水利专家多次调研论证，亟需建设河数字孪生流域，建立水资源管理调配“四预”应用，通过提前准确预报工程来水情况和社会经济需水，统筹考虑流域内外水资源供需形势，联合调度流域内外地表地下供水工程，联合调配地表水、地下水、外调水等多种水源，考虑现状蓄水、未来来水和需求等情况，及时精准对干旱缺水状况与影响进行预警，从水资源供给与需求两侧，科学有效制定水资源调配与工程调度预案，实现工程预期目标，最大程度发挥工程效益，为威海市区、文登城区和南海新区的发展提供可靠的水资源支撑保3.是复苏河流域河湖生态，打造“生命之河”的迫切需要。河是威海市境内的三条骨干河流之一，河流长度位居第一，被沿岸人民喻为“生命之河”。长期以来，由于监管主体多元、监管责任交叉、监管手段落后，流域内人为侵占河道、拦河造地、倾倒垃圾、非法采砂等“四乱”问题一直十分突出。河湖长制实施以来，我市坚持市县镇三级联动，鼓励引导群众参与监督，重拳整治河湖问题，深入开展清河行多人次，累计排查出各类河湖“四乱”问题879处，逐一整改销号，实现河湖违法问题阶段性清零。防止河湖“四乱”问题死灰复燃，长效保持治理效果，提升河湖监管智慧化水平，是河湖长制深入实施中亟待解决的问题。通过智慧水利一期项目建设，河市管段17公里河道智慧化监管水平得到极大提升，但调研发现其余54公里河道主要还是依靠人工巡河，管理手段和技术设备相对落后，耗费大量人力物力，无法做到全流域实时监控管理。为此，亟需建立完善全流域、上下游一体化的河道水利感知网络，利用数字孪生平台，实时监控河道内采砂、倾倒垃圾、水面漂浮物、人员落水等问题，并依靠智能算法实现自动化、智能化、科学化的决策，全面提高全流域河湖监督管理智慧化水平，凝聚各方力量、共同实现这条“生命之河”的水清岸绿、永久安澜。4.是防止国有资源盗采流失、维护社会和谐稳定的迫切需要。河流域内储藏着大量优质的河砂资源。受利益驱使，近几年来盗采河砂现象日益猖獗，部分不法分子唯利是图、铤而走险，采取极端手段疯狂盗采河砂。无序开采、私挖乱采造成河床高低不平、河流走向混乱、河岸崩塌、河堤破坏，严重影响河势稳定，威胁桥梁、涵闸、码头等涉河重要基础设施安全，还屡屡发生人员溺水事件，据不完全统计，仅2010年以来，该流域上下游因河床破坏积水变深、突发洪水、警示不到位等原因导致14人溺水死亡，40多个家庭承受丧失亲人的巨大悲痛。尤其严峻的是，河非法采砂引发了大量刑事治安案件、涉黑、涉恶、涉暴案件，严重威胁到沿河两岸群众生命财产安全，引发了一系列矛盾纠纷，影响了党群干群关系，腐蚀了一批基层党员干部，严重损害了党和政府在基层的公信力，甚至威胁到基层政权的稳定。人民群众对此深恶痛绝，通过12345热线、来信来访甚至越级上访等途径，不断向国家、省、市、县等上级政法、公安、信访、水利等部门举报，成为影响社会稳定的一个重大风险隐患，随时都有可能被引爆。为打击治理非法采砂，水利、信访、公安、国土等政府机关为此投入大量人力、财力和精力，虽然取得一定成效，但仍然面临不少的困难。一是建筑市场对砂石料的高需求，导致砂石价格暴涨，河道采砂成为一个暴利行业，不法分子利用各种地理和气候条件与执法人员打游击战，甚至暴力抗法。二是采砂管理和执法人员严重不足。由于采砂管理点多面广，现有执法力量严重不足，难以应对猖獗的非法采砂行为。三是巡查执法装备和手段落后。当前对非法采砂的打击主要采用沿河道巡查，效率较低，取证手段不足，对非法分子形成威慑的能力还有待加强。抓住建设全国数字孪生流域试点的机遇，通过建立完善河道水利感知网络，实现自动化、智能化、科学化管控，对盗采乱采河砂行为做到及时发现、及时处置，就可以极大消除上述隐患，全面提高监管效率，从根本上解决长期困扰各级政府部门的非法采砂监管治理难题，还行洪安全于河，还和谐稳定于民，还稀缺资源于国。5.是提升威海在全国的形象地位、打造全国中小河流数字孪生流域建设示范样板的迫切需要。水利部高度重视智慧水利建设，将推进智慧水利建设作为推动新阶段水利高质量发展的六条实施路径之一，并将智慧水利作为新阶段水利高质量发展的显著标志。数字孪生流域是智慧水利的核心与关键，是一项复杂的系统工程。2022年2月，水利部印发《水利部关于开展数字孪生流域建设先行先试工作的通知》，正式启动数字孪生流域先行先试工作，在全国确定了46个流域，开展数字孪生流域建设先行先试工作。我市数字孪生河流域入选水利部数字孪生流域建设先行先试项目。按照水利部验收总结，评选优秀成果，并进行推广应用和奖励表彰。市委、市政府对该试点项目高度重视，专题听取了《数字孪生河建设先行先试实施方案》编制情况汇报，要求抓住试点机遇，抓好项目建设，大幅提升我市水利智慧化、现代化管理水平，服务全市高质量发展。作为全国智慧水利的重点项目和示范工程，项目实施过程中水利部将开展技术指导、中期评估、验收总结、监督检查、经验推广等，并视项目完成情况，给予项目承担单位政策优惠和资金奖补。通过高质量完成试点项目，必将极大推动我市数字水利行业发展。6.是加强河流域统一管理，补齐我市智慧水利短板弱项的迫切需要。河是我市境内唯一一条跨市河流，涉及烟台、威海两市，也是唯一一条跨区县河流，分属威海市、文登区、乳山市、南海新区等，多层级、多区域、条块化的行政管理模式，必然导致上下游、左右岸各自为政，难以从全流域着眼进行统一规划、统一治理、统一调度、统一管理，无法发挥最大效益。尤其是河地下水库—母猪河地下水库—米山水库水系连通工程的建设，使河管理变成一个跨流域问题。通过建设河数字孪生流域，将分散在上下游、左右岸、地表地下、甚至相邻的母猪河流域的问题和需求，在一个数字化流域中进行统筹，为决策提供“虚拟实验”环境，为流域统一管理提供有力支持。另外，我市境内无大江大河，全部是中小河流。长期以来，中小河流治理投入不足，导致水利信息化、网络化、智能化工作是短板弱项。就河而言，主要是：透彻感知能力存在不足，水利监测站网的覆盖范围和监测要素不全；水利业务网络互不联通、工控网尚未覆盖重要水利工程，特别是河地下水库工程自动控制系统尚未完成；业务应用智能化水平不高，虽已在水资源管理节约、水生态保护、水旱灾害防御等方面建立了相应的业务应用系统，但大多停留在信息采集管理层面，信息技术和水利业务融合不深入，流域水文、水动力、水资源等水利专业模型未系统构建，不能全流程支撑业务工作，综合分析和决策支持能力不强，距离实现“四预”功能的差距较大。同时，现有业务应用主要面向全市，尚无专门针对河流域的业务应用。通过建设河数字孪生流域，可以极大提升行业治理能力和治理体系现代化水平，为数字政府建设提速，为高质量发展助力。习近平总书记在党的十九大报告中明确提出要建设网络强国、数字中国、智慧社会，党中央对实施网络强国战略作出全面部署，2018年中央一号文件明确提出实施智慧农业林业水利工程。国家“十四五”规划纲要明确提出“构建智慧水利体系，以流域为单元提升水情测报和智能调度能力”。数字孪生流域建设是智慧水利建设的核心与关键，建设数字孪生流域是贯彻落实党中央决策部署的必然要求。水利部高度重视智慧水利建设，部署开展先行先试工作，出台了系列技术指导文件，为数字孪生河流域建设提供了指导借鉴。2020年，启动了智慧水利先行先试工作，计划用2年时间，在长江水利委员会、黄河水利委员会、太湖流域管理局3个流域管理机构，浙江省、福建省、广东省、贵州省、宁夏回族自治区5个省级水利部门，深圳市、宁波市、苏州市3个市级水利部门，开展实施36项先行先试任务。2021年，先后出台了《关于大力推进智慧水利建设的指导意见》《智慧水利建设顶层设实施方案》等系列文件，明确了推进智慧水利建设的时间表、路线图、任务书、责任单。数字孪生流域建设是一项复杂的系统工程。为指导数字孪生流域建设，2022年，制定出台了《数字孪生流域建设技术大纲（试本技术要求（试行）》等技术指导文件。威海市高度重视数字水利建设，已部署开展了相关建设任务。编制了《威海市智慧水利一期项目信息系统建设方案》。制定了《威海市“十四五”水利水务发展规划》，提出了四项建设任务，规划了两期智慧水利一是建设数字水利新型基础设施。补充完善雨量、水位、流量、水质、墒情、水利工程安全等监测设施，实现涉水信息实时监测；构建水利数据平台，提升数据服务能力。加强水利业务网络和省政务云融合工作，提升基础支撑能力。建设水利“一张图”，强化水利空间信息协同共享能力。二是建设水利一体化业务应用平台。融合现有业务系统，形成以水灾害防御、水资源保障、水生态保护、水工程监管、水政务协同、水公共服务为核心的水利业务管理体系，实现跨层级、跨业务信息共享，促进全市水利业务融合协同，全面提高水利管理服务能力。三是建设重点水利工程示范化运行管理平台。对水库、供水、调水等工程按类别进行统一监督管理，随时掌握水利工程管理动态，提升对工程的现代化管理能力。四是健全安全保障体系。完善数字水利建设的网络安全体系、标准规范体系和运维保障体系，形成立体化安全防护，确保数字水利建设安全稳定、可持续发展。五是分两期开展威海市智慧水利建设项目。一期重点建设2个系统：一是水资源精细化管控系统，以水资源调配模型、水质分析模型等专业模型为基础，实现取水、排水、供水、用水等水资源信息的全面实时监测；融合各类数据，以微服务架构的方式对各类水资源管理业务进行整合，构建水资源精细化、链条式管控平台。二是基于三维模型的重点河湖水生态保护系统，对威海市市级骨干河道河进行试点工程建设，构建重点河湖三维模型，实景展示试点水域岸线、河道、水土现状，实现试点工程立体化监测。二期是推进信息技术与水利业务深度融合，建设天地一体化的水利物联网，实现大中型水库主要入库河流水量实时监测和库区水文监测全覆盖，通过大数据分析和云计算，构建覆盖全域的水灾害防御风险预警系统。1.国家层面支持项目建设的文件年4月，在全国网络安全和信息化会议上，习近平总书记深入阐述了网络强国战略思想，对实施网络强国战略做出了全面部署，指出“没有网络安全就没有国家安全，没有信息化就没有现代化”。《国家“十四五”规划纲要》明确提出“坚定不移建设制造强国、质量强国、网络强国、数字中国”“构建智慧水利体系，以流域为单元提升水情测报和智能调度能力”。水利部高度重视智慧水利建设，将推进智慧水利建设作为推动新阶段水利高质量发展的六条实施路径之一，并将智慧水利作为新阶段水利高质量发展的显著标志。2021年，水利部先后出台了《关于大力推进智建设规划》《“十四五”期间推进智慧水利建设实施方案》等系列文件，明确了推进智慧水利建设的时间表、路线图、任务书、责任单，将数字孪生流域建设作为智慧水利的核心与关键。2021年12月，水利部召开推进数字孪生流域建设工作会议，要求大力推进数字孪生流域建设，聚焦“2+N”水利业务应用，实现“四预”全覆盖。2022年2月21日，水利部印发《水利部关于开展数字孪生设先行先试工作的通知》，正式启动数字孪生流域先行先试工作，计划用2年时间，在大江大河重点河段、主要支流开展数字孪生建设先行先试，在重要水利工程开展数字孪生水利工程先行先试。为统一要求、明确标准，避免重复建设、信息孤岛，2022年3月，水利部组织编制了《数字孪生流域建设技术大纲（试行）》，重点针对数字孪生流域建什么、达到什么标准等问题，细化建设任务和具体内容，并列出了主要建设指标。水利业务“四预”是智慧水利建设的重要组成部分，是数字孪生流域建设的出发点和落脚点，也是检验数字孪生流域建设成果的主要标准。为细化水利业务“四预”功能的主要内容、技术要求等，2022年3月水项目建设成果、技术标准及数据维护标准应严格执行●《水利部关于印发〈数字孪生流域共建共享管理办法（试行）〉的通知》（水信息〔2022〕146号）●《水利部关于印发〈数字孪生流域建设技术大纲（试行）〉的通知》（水信息〔2022〕147号）●《水利部关于印发〈数字孪生水利工程建设技术导则（试行）〉的通知》（水信息〔2022〕148号）●《水利部关于印发〈水利业务“四预”基本技术要求（试行）的通知〉》（水信息〔2022〕149号）等文件要求。2.山东省层面支持项目建设的文件2021年10月，山东省水利厅印发实施了《山东省数字水利建设“十四五”规划》（文号提出了“巩基础、理数据、强支撑、智应用、健保障”的五大主要任务，巩基础，巩固并提升数字水利基础支撑能力；理数据，梳理并构建数字水利数据资源体系；强支撑，强化数字水利应用支撑能力；智应用，提升水利业务数字化监管与服务能力；健保障，健全数字水利保障体系；提出“数字水利新型基础设施建设工程”“全省水利一体化业务应用平台建设工程”“重点水利工程示范化运行管理大平台建设工程”三大类18个重点工程。3.威海市支持项目建设的文件早在2017年威海市政府就发布《威海市人民政府关于促进大数据发展的意见》，其中提出全面强化基础设施建设，积极推动大数据在水利服务、社会治理和产业发展中的应用，催生大数据与传统产业协同发展的新业态、新模式。完善大数据采集机制，建设全市统一的水利数据采集平台，提高数据收集、整理、清洗、转换能力。2021年《威海市大数据创新应用突破行动方案》明确指出，提升公共视频资源整合能力、打造智能化视频图像分析平台、打造专业化大数据分析平台，深入开展大数据创新应用，打造一批典型应用场景和解决方案，形成一批具有创新性、可复制的数据服务案例，推动数据威海建设不断取得新突破、新成效。2021年《数字威海2021行动方案》中要求，推动天地空一体化水利感知网、水利云网融合提升改造，加快智慧水利数据服务能力提升建设。2022年5月，我局申报的数字孪生河成功入选水利部数字孪生流域建设试点，组织编制的《数字孪生河建设先行先试实施方案》通过审查。实施方案分析了河数字孪生流域建设的需求，提出了河数字孪生流域系统的总体设计、建设内容和建设方案，为本建设方案提供了主要依据。《水利部关于印发加快推进智慧水利的指导意见和智慧水利总体《水利部关于开展数字孪生流域先行先试工作的通知》《关于大力推进智慧水利建设的指导意见》《智慧水利建设顶层设计》《数字孪生流域共建共享管理办法》《数字孪生流域建设技术大纲（试行）》《数字孪生水利工程建设技术导则（试行）》《威海市大数据创新应用突破行动方案》（威电数专组发〔2021〕《威海市人民政府关于促进大数据发展的意见》（威政发〔2017〕第二章现状与需求分析按照有关要求，系统建成后将布设在威海市大数据中心负责管理的威海市电子政务云上。经调研分析，威海市电子政务云的基础环境、网络系统、软硬件条件满足要求，运行维护和网络安全保障工作由大数据中心组织实施。我局经过多年的水务信息化建设，在水资源感知、网络传输、软件应用方面取得了一定进展和效益；但离智慧水利和数字孪生流域建设等需求，尚有一定差距，还需要进一步补充完善。在水利感知网方面，目前河流域已经建设了由雨量站、水位站、水文站、水质监测站、地下水监测井、视频监测等构成的水利感知网，具体信息如下表所示。站别站名纬度站址建站年份雨量站乳山市南黄镇南黄村雨量站文登市小观镇雨量站乳山市冯家镇冯家村雨量站乳山市下初镇雨量站乳山市下初镇西庄村雨量站北高格庄乳山市冯家镇北高格庄村雨量站花家疃乳山市花家疃水库雨量站莒格庄烟台市牟平区莒格庄镇东莒格庄村雨量站烟台市牟平区水道镇水道村雨量站烟台市牟平区水道岔河村雨量站烟台市昆嵛区昆嵛镇曲家口村雨量站义合庄烟台市昆嵛区昆嵛镇义合庄村雨量站烟台市牟平区水道岔河村水位站浪暖桥文登区小观镇东浪暖村水位站南黄桥乳山市南黄镇南黄大桥水位站泥沟桥乳山市冯家镇（浮子）水位站威海市乳山市下初镇西庄村水文站瓦善水库烟台市牟平区莒格庄镇瓦善村水文站（报汛站）烟台市牟平区水道岔河村水质监测点乳山市下初镇巫山村北桥水质监测点文登市小观镇水质监测点泥沟桥乳山市冯家镇水质监测点花家疃乳山市花家疃水库地下水监测井小观水利站文登区小观镇水利站院内地下水监测井孙家埠乳山市南黄镇孙家埠村地下水监测井东浪暖东文登区小观镇东浪暖村东地下水监测井庄子园南黄镇庄子园村东地下水监测井小观村南文登区小观镇小观村南地下水监测井西浪暖村北乳山市南黄镇西浪暖村北视频监测点冷家村北冷家村北河边右岸视频监测点庙东村南庙东村南河边右岸视频监测点庙东村南（主路）庙东村南（主路）河边右岸视频监测点北黄村南北黄村南河边右岸视频监测点北塂村东北北塂村东北河边右岸视频监测点河大桥西岸202省道河大桥西岸路北视频监测点河大桥西岸202省道河大桥西岸路南视频监测点坦埠村南河边右岸坦埠村南河边右岸视频监测点坦埠村南坦埠村南河边竹林右岸视频监测点东洋水村东洋水村后河边右岸视频监测点院后村西北河边右岸院后村西北河边右岸视频监测点孙家埠村东南孙家埠村东南河段（连心桥西北）右岸视频监测点西浪暖村东西浪暖村东河边右岸视频监测点浪暖大桥东浪暖大桥东视频监测点浪暖大桥西浪暖大桥西视频监测点东浪暖花海东浪暖花海视频监测点榆树底村西榆树底村西对岸视频监测点连心桥东岸连心桥东岸视频监测点百寿庄村西百寿庄村西视频监测点院后村对岸院后村对岸视频监测点视频监测点小观镇西小观镇西三叉路口视频监测点南七口村南南七口村南视频监测点南七口村南南七口村南环河路边视频监测点南七口村西南南七口村西南小房视频监测点坦埠村东南坦埠村东南小芦河桥视频监测点坦埠村南坦埠村南视频监测点坦埠村老路基坦埠村老路基视频监测点坦埠村果园西坦埠村果园西视频监测点坦埠村西坦埠村西养殖场视频监测点北黄村南北黄村南路口视频监测点北塂扬水站北塂扬水站视频监测点河崖村北河崖村北视频监测点庙东庙东原点位视频监测点东洋水村后东洋水村后视频监测点河大桥东河大桥东视频监测点庙东村南庙东村南生产桥北视频监测站点花家疃山东省乳山市花家疃水库视频监测站点南黄大桥山东省乳山市南黄镇南黄村视频监测站点泥沟桥乳山市冯家镇1）雨量站13个，其中6个位于烟台市，现有雨量站基本可以覆盖整个河流域，可以满足河流域数字孪生的建设需求；泥沟桥站位于老清河入河干流附近，是一个重要的水位控制站。南泥沟橡胶坝建成后，库区回水超过了泥沟桥站，泥沟桥站失去了水位观测意义，为此需要在新设控制性水位站。3）现有可用的地下水监测井5个，都位于河地下水库库区范围内；5个地下水监测井能够反映地下水水位变化，但无法用于分析识别地表地下水量交换关系和交换量。4）现有视频监测点40个，绝大多数都位于河流域下游，属于一期水务信息化建设成果，主要用于治理采砂、人员溺水、乱扔垃圾、水面漂浮物等问题；5）现有水质监测点为4个，其中巫山站、小观站、花家疃站从2011年开始实施定期监测，泥沟桥站不定期进行监测。6）现有工情监测站12个，主要分布于各水库、拦河闸、橡胶坝等工程措施上下游，监测工程运行情况及水文状态。在水利网络方面，目前威海市具有雨水情监测专网、气象数据专网、办公专网等业务专网，河道视频监控专网、大中型水库视频监控专网、公安视频监控专网等视频专网，依托于威海电子政务云提供的电子政务外网和电子政务内网以及互联网和基于4G/5G的物联网等多条物理网络。利用这些网络，把河流域已有雨水工情、河道视频、中型水库视频等监测信息，传输到相关业务系统中。另外，在河地下水库工程建设中，建设了水文监测设施和自动化控制系统，进一步完善了河水利信息化基础设施。河地下水库工程水文监测设施包括布设在庙东拦河闸、小观橡胶坝和东浪暖挡潮闸的浮子式水位站与视频监控站，在东浪暖挡潮闸设置的ADCP测流设备，设施布局图如下图所示。图2.1-7河地下水库工程水文监测设施河地下水库工程自动化控制系统由庙东拦河闸、小观橡胶坝、东浪暖挡潮闸、工程管理区（位于东浪暖挡潮闸上游左岸）的计算机监控系统、视频监控系统、闸安全监测系统、通信、网络系统组成，以对泵站运行、闸门运行、水位、闸墩安全监测等信息进行实时的监测、监视、监控，对泵站、闸站进行远程控制。图2.1-8河地下水库工程管理区网络系统配置图计算机监控系统的监控对象为工程的安全监测数据、工程供配电柜运行状态、工程的闸门及启闭机。系统采用开放、分层分布式系统结构，由远控级、主控级和现地控制单元级构成，两者间采用快速以太网络结构，光缆敷设。远控级设在工程管理区调度室内，设置工业级计算机作为工程师/操作员站，对实时数据进行采集和处理，可以监视各工程的运行情况，并可以进行相关操作。庙东拦河闸、小观橡胶坝、东浪暖挡潮闸各设1套主控级设备，布置在闸控制室内。主控级设备主要由工控机、液晶显示器、打印机、键盘、鼠标、UPS电源、监控监视机柜等组成，设有通讯接口，以满足与上一级管理部门数据通信的要求。现地级设备主要由PLCI/O站、触摸屏、闸门开度荷重显示仪及传感器等组成。各现地控制单元与上位机间的数据通信方式采用光纤。庙东拦河闸、小观橡胶坝、东浪暖挡潮闸的每孔闸门设置1套现地级设备。其中小观橡胶坝对3台排水泵站各设1套现地级设备。视频监视系统对整个闸进行全方位的监视和管理，东浪暖挡潮闸、庙东拦河闸、小观橡胶坝三个泵闸站各设视频工作站1套，管理处设视闸墩安全监测系统设置闸墩的渗流渗压监测系统。东浪暖挡潮闸共计22个监测面，66个监测点。庙东拦河闸共计13个监测面，39个监测点。通信系统为计算机监控系统、视频监视系统、闸安全监测系统等提供水库内部通信服务，并实现内部各类信息数据传递的需要，主要采用水库内部自建方式，沿河道铺设光缆10km供内部使用。在管理区、泵、闸设置计算机网络系统，作为各种应用系统信息的承载平台，在管理区设置互联网出口满足办公、信息交换与传递。由于信息系统分头建设，水务数据分别掌握在各业务主管部门，横向系统繁多，缺少梳理和有机统一，数据重复采集、成本提升；纵向上无法和垂直系统有效对接，兼容性差，互通性差，实用性差，形成多个数据孤岛，数据管理和共享出现各自为政的局面，数据的重要价值难以发挥。威海市智慧水利一期项目正在建立水利大数据平台，对接共享相关业务系统数据、智能设备采集数据、智能分析数据、地理信息数据以及平台生成数据。但这些数据覆盖威海市全市范围，并未专门针对河流域开展数据整合。虽已在水资源管理节约、水生态保护、水旱灾害防御等方面建立了相应的业务应用系统，但大多停留在信息采集管理层面，信息技术和水利模型融合不深入，河流域的水文、水动力、水资源等水利专业模型尚未建立，不能有效支撑业务工作，综合分析和决策支持能力不强，与“四预”的要求差距还很大。目前已建设拥有多套信息监测与业务应用系统。水文水资源监测方面，建设有威海市水库综合信息管理系统、威海市水库标准化管理平台、威海市水文信息监测系统。水资源管理节约方面，目前使用山东省水资源税信息管理系统监测、水利部用水统计调查直报管理系统、水利部节水载体登记系统。水生态保护方面，建设有威海市河长制信息化管理平台。该软件与山东省河湖长制管理信息系统、全国水土保持信息管理系统、水利部生产建设项目水土保持信息化监管服务平台共同使用。水旱灾害防御方面，建设有威海市山洪灾害监测预警平台。图2.1-11威海市山洪灾害监测预警平台上述业务应用系统以分散建设为主，系统之间数据独立，无法实现数据共享互通，信息业务化应用水平不高，智能预报、智能预警、智能调控、智慧决策等辅助决策系统建设基本空白，无法有效支撑建设“智慧水利”“数字山东”等战略目标的实现。为此，我局开展了威海市智慧水利一期建设项目。智慧水利一期建设项目软件建设包含基础支撑系统、应用服务群、平台系统管理和安全运维管理4个方面内容。其中基础支撑平台是作为整个应用服务层的数据底座，提供数据支撑、技术支撑以及模型支撑；应用服务群建设各项顶层应用，如水资源精细化管控系统、水生态保护系统、水利气象信息服务系统、水旱灾害防御系统、水利工程监管系统、专题数据一张图系统、基于三维模型的重点河湖水生态综合监管系统、移动APP系统等；平台系统管理供运维人员使用，对平台的角色账号、系统运行状态进行实时管控维护，同时建设基础运行环境和安全保障体威海市智慧水利一期系统目前正在开发之中，系统的步界面如下图所示。这一系统主要面向威海市全市，通过对现有的业务应用和全市水利数据资源进行整合升级，已形成了水资源精细管控、河智慧管护、水旱灾害防御指挥、河湖长制系统、水利工程监管系统、安全运维服务系统等子系统。图2.1-12威海市智慧水利一期系统界面为提升市级骨干河道河的智慧管护能力，正在建设河智慧管护系统。目前，通过无人机倾斜摄影建模、数字正射影像和基础地理数据，搭建了河市管段17km的水系三维模型，建立了水资源管控、水行政执法、水旱灾害防御等3项业务应用。通过在河（市管段）的三维模型中叠加展示水情、雨情、工情、视频监控、盗采砂危险区、应急仓库、应急队伍等基本信息，实现了实时监测和实时监视；在水旱灾害防御应用中，建设了洪水推演和水位推演功能，可根据河道水位给出河道淹没覆盖范围，为人员撤离提供依据。图2.1-13威海市智慧水利一期系统水资源管控界面图2.1-14威海市智慧水利一期系统水旱灾害防御界面2.2业务目标分析1.基本建成河流域水利信息基础设施体系通过合理新建雨情、水情、工情监测站点，加强卫星遥感、航空遥感、高清视频、无人机等新型监测手段应用，完善水利感知网，扩大监测范围，完善监测要素与内容，初步形成天空地一体化透彻感知能力。建成河流域水利业务网与水利工控网，扩展互联范围，实现有关部门与相关单位的互联互通；提升互联带宽，保障水利业务应用的带宽需求，工控网覆盖重要水利工程及其相关管理单位，承载水利工程控制系统。利用威海市电子政务云等已有计算资源，搭建水利云，为高性能计算、大数据存储处理、视频会议、会商调度等提供安全可靠的“算力”保障。2.建立水利数据资源服务体系整合水利基础数据、水利监测数据、水利业务管理数据，接入跨行业共享数据，建设3级地理空间数据，形成河流域多源数据资源池。按照统一的数据标准规范，基于科学的数据模型，以分层分类分级的方式，对多源数据进行汇集治理，提升数据的规范性、可用性，保证数据质量，形成河水利大数据。在此基础上，制定数据服务共享与安全管理制度，扩展与优化数据交换链路，为各级部门和有关单位提供地图服务、数据资源目录服务、数据共享服务和数据管控等服务，并确保数据安全。3.建立模型平台与知识平台依据河流域特性，面向水利业务应用需求，依托国内外研究力量与研究成果，建设由水利专业模型、智能模型、可视化模型和数字仿真引擎组成的模型平台，在数字空间对流域物理过程与水利治理管理活动进行智慧化模拟，为水利治理管理提供决策支撑。建设以业务规则库、方案预案库、调度运行规则库、历史场景库、专家经验库等为主要内容的水利知识与水利知识引擎，支撑水利治理管理活动的科学决策。在威海市山洪灾害监测预警平台和威海市水务局防汛指挥调度系统基础上，运用临近（0~2h）与短时（2~12h）定量降雨预报、缺资料地区中小河流洪水预报技术，制定流域内中型水库与关键断面的洪水预报方案，提高中小河流突发性暴雨洪水预报的预见期、精度和时效性；从临界雨量、水库纳雨能力、工程河段特征水位等方面，确定暴雨洪水预警指标，打造暴雨洪水预警发布平台，形成快速有效的预警能力；建立洪水预演模型系统，对典型历史事件、设计、规划或未来预报场景下的防洪工程调度过程和洪水过程进行模拟仿真，制定和优化防洪调度方案；开展水库、河道、堤防、闸坝等流域防洪工程体系的联合防洪调度，制定联合防洪调度规则和预案，提高防洪调度水平。依据预演确定的方案，考虑水利工程最新工况、经济社会情况制定防洪预案，确定水库、堤防、拦河闸坝等工程运用次序、时机、规则，制定人员避险转移方案和防汛物资配置方案。在预报方面，对河地表径流、地下水库补给量和不同用户用水需求进行长中短期多尺度预报预测，为水资源管理调配提供来水和需水预报信息；确定供水安全预警指标，制定供水安全预警体系，对供水危机进行有效预警；建立水资源预演系统，对典型历史事件、设计、规划或未来预报场景下的蓄引提调工程调度和水资源供需平衡状况进行模拟仿真，优化制定水资源供需双侧调控方案；依据预演确定的供需双侧调控方案，考虑蓄引提调工程的最新工况、经济社会情况，确定工程调度运用与节水限供等非工程措施和组织实施方式，制定预案。3.数字孪生河地下水库工程，提升地表地下水综合调控能力建立完善河地下水库工程的监测感知、通讯网络、工程自动化控制设施和信息基础环境等信息基础设施。对河地下水库工程进行多时态、全要素数字映射，建设运行管理数字化场景。建立地下水库工程运用调度支撑模型，为实体工程与孪生工程的同步仿真运行、地下水开采方案制定、拦河闸坝、截渗墙泄水设施、泵站等设施设备运行调度提供模型支撑，提升地表地下水综合调控能力。4.动态感知评价河库健康状态，提升河长制监管能力围绕河长制、水域岸线管理、清“四乱”等重点需求，在全省河长制管理信息系统基础上，运用遥感识别、视频识别与图像识别等智能模型技术，提升对岸线变化、“四乱”问题动态监测与主动发现能力。动态感知河库健康评价指标状态，开展河湖健康评价，掌握河湖健康状态，提出河湖健康治理的管控措施。建立水利行业关键信息基础设施的综合安全监督管理体系，明确水利行业各级单位、人员网络安全管理要求，强化各级单位、人员网络安全主体责任落实，完善水利网络安全运行防护及运维保障体系，切实提升网络安全防护能力，保障水利网络安全。建立智慧水利专业技术人才机制，充分利用各种教育培训形式与资源，培养形成与数字水利实施进程相适应的技术人才队伍，提高各级干部在推进数字水利建设中的管理、领导水平，加大基层单位技术骨干的智慧水利综合培训力度，提升其运用新技术手段解决基层水利实际问题的能力。2.3业务需求分析河数字孪生系统主要面向四类服务对象，即水行政主管部门领导、水利业管理务人员、水政执法人员、相关涉水部门。水行政主管部门：通过系统获取河流域全流域水情、雨情、工情、水质、险情、灾情、墒情、取用水、视频、网络舆情等实时或历史数据，整体把握流域防洪、水资源利用、水利工程运行、河湖管理等态势，进行全方位、动态化、可视化、智能化的管控，提升水利决策与管理的科学化、精准化、高效化能力和水平。水利业务人员：负责河数字孪生系统的运行管理，管理河流域相关水利业务问题。水政执法人员：对河的非法采砂、排污、倾倒垃圾、非法侵占等水生态环境保护问题，河流域取用水监测等相关业务的问题处置。相关涉水部门：为水文部门、气象部门、应急等相关涉水部门开放部分功能模块、数据接口，提供相关的功能、数据支撑。水利信息基化础设施由水利感知网、水利业务网和水利云三部分组成。水利信息化基础设施是水利业务应用的基础支撑环境，是数字孪生流域的“算力”保障。随着水利工作深入开展和水利信息化持续建设，河流域水利信息基础设施已具备一定基础，但尚不能完全满足数字孪生流域和“2+N”水利业务应用需求急需完善。1.按需完善水利感知网，形成天空地一体化感知能力水利感知网由传统水利监测站网和遥感、高清视频、无人机、无人船等新型监测站网组成。由于河属于中小河流，治理相对滞后，水利感知网覆盖范围和监测要素不全，流域降水、水位、流量、蒸发、地下水、水质、墒情等水文资料不完整，地表水资源量、地下水资源量、水资源总量等水资源数据缺乏，导致水利模型建立和水利业务管理缺乏必要数据支撑。在传统水利监测站网方面，截至目前流域内尚无流量站，尚无控制性水文站点，花家疃水库均无流量观测设施，导致长期缺乏洪水过程和地表径流资料，不得不移用相邻流域的龙角山水库控制流域的资料。地下水库工程相关监测设施正在建设完善之中。在新型监测站网方面，高清视频、无人机等新型监控手段虽得到一定应用，但仅覆盖了河下游17km河段。应急监测装备能力低、应急监测手段缺乏，应急通信装备和应急抢险通信保障能力严重不足。为形成对物理流域状态的动态监测和实时感知的能力，需要通过合理新建雨情、水情、工情监测站点，加强卫星遥感、航空遥感、高清视频、无人机等新型监测手段应用，完善水利感知网，扩大监测范围、增设监测要素、增加数据传输频次，推进自动在线监，实现信息采集提档升级，形成天空地一体化感知能力。2.完善水利信息网，实现互联互通水利信息网主要包括水利业务网和水利工控网。利用威海电子政务外网，完善河流域水利业务网，扩展互联范围，实现有关部门与相关单位的互联互通；提升互联带宽，保障水利业务应用的带宽需求。工控网覆盖花家疃水库、庙东节制闸、小观橡胶坝、东浪暖挡潮闸等重要水利工程及其相关管理单位，并与水利业务网物理隔离，承载水利工程控制3.将系统部署于威海市智慧水利云平台根据威海市委市政府相关要求，河流域数字孪生系统需要部署在威海市智慧水利云平台中，需要申请资源，为高性能计算、大数据存储处理、视频会议、会商调度等提供安全可靠的“算力”保障。数字孪生平台是河数字孪生系统建设的核心与关键。数字孪生平台基于水利信息基础设施，利用三维仿真技术，对江河湖泊、水利工程、水利治理管理对象、影响区域等物理流域进行数字映射，利用模型平台和知识平台对物理流域进行智慧模拟、仿真推演，支撑“2+N”水利业务应用。数字孪生平台主要由数据底板、模型平台和知识平台组成。1.建立河流域数据底板数据底板是智慧水利的“算据”。目前虽已积累形成了大量的水利数据，但存在数据内容不全面、数据标准不一致、数据整合共享不足、大数据的服务支撑作用未充分发挥等问题。（1）建立数据资源池数据资源池主要包括基础数据、监测数据、业务管理数据、跨行业共享数据、地理空间数据等内容。数据的时间基准采用北京时间；空间基准采用2000国家大地坐标系（CGCS2000高程基准采用1985国家高程基准。包括流域、河流、水利工程等水利对象的主要属性数据和空间数据。包括水文、水资源、水生态环境、水灾害、水利工程、水土保持等水利业务的监测数据。包括流域防洪、水资源管理与调配等“2+N”业务应用数据。4）跨行业共享数据跨行业共享数据包括需从其他行业部门共享的经济社会、土地利用、生态环境、气象、遥感等相关数据。地理空间数据主要包括数字正射影像图（DOM，DigitalOrthophoto型（BIM，BuildingInformationModel）等数据。按照数据精度和建设范围分为L1、L2、L3三级。L1级是进行数字孪生流域中低精度面上建模，主要包括流域范围内的DOM和DEM/DSM等数据。L2级是进行数字孪生流域重点区域精细建模，主要包括重点区域的高分辨率DOM、高精度DEM/DSM、倾斜摄影影像/激光点云、水下地形等数据。L3级是进行数字孪生流域重要实体场景建模，主要包括重要水利工程相关范围的高分辨率DOM、高精度DEM、倾斜摄影影像/激光点云、水下地形、BIM等数据。目前，与河流域相关的基础数据、监测数据、业务管理数据等数据尚未以流域为单元、按照数字孪生和业务应用的需求进行有效整合，经济社会、土地利用、生态环境、气象、遥感等需要跨行业数据共享尚不充分；在地理空间数据方面，智慧水利一期项目已利用山东省天地图，建立了覆盖全流域的L1级数据；对河干流下游17km河道、两侧各500m范围的区域，通过倾斜摄影进行了精细建模；正在建立庙东拦河闸、小观橡胶坝和东浪暖挡潮闸的3维模型；整体来看，L2级地理数据覆盖不全面，需要对河干流及主要支流全覆盖，并按照需要扩大河道两侧范围；L3级数据需要补充完善，对花家疃水库、河地下水库坝体与含水层工程等重要工程建立BIM模型。（2）建立数据引擎建立数据引擎，实现数据汇聚、数据治理、数据挖掘、数据服务等数据汇聚通过构建涵盖业务数据汇集、视频级联集控、遥感接收处理等数据管理的平台化能力，为模型平台和知识平台提供数据支撑。业务数据汇集实现汇集主要业务数据资源的统一管控，满足汇集重要业务数据的需求。视频级联集控实现跨层级水利视频联网，并与现有水利视频会议系统互联互通支持多级应用。各级应接入本级所辖水利视频资源，推进接入其他部门共享视频。遥感接收处理在现有卫星遥感数据统一管理基础上完善，提供数据级和产品级服务，各级水利业务应用可根据实际需求开展数据的加工和应用。数据治理对汇集后的多源数据进行统一清洗和管理，提升数据的规范性、一致性、可用性，避免数据冗余和冲突。包括数据模型管理、数据血缘关系建立、数据清洗融合、数据质量管理、数据开发管理、元数据管理等。数据挖掘运用统计学、机器学习、模式识别等方法从数据资源中发现物理流域全要素之间存在的关系、水利治理管理活动全过程的规律，通过图形、图像、地图、动画等方式展现，包括描述性、诊断性、预测性和因果性分析等。数据服务依托已有国家和水利行业的数据共享交换平台，实现各类数据在各级水行政主管部门之间的上报、下发与同步，以及与其他行业之间的共享。包括地图服务、数据资源目录服务、数据共享服务和数据管控服务等。模型平台是智慧水利的“算法”，通过建成标准统一、接口规范、分布部署、快速组装、敏捷复用的模型平台，在数字空间对水利治理管理活动进行智慧化模拟，为数字孪生流域提供模拟仿真功能。模型平台构建包括水利专业模型、智能识别模型、可视化模型和仿真引擎建立等内水利专业模型主要有水文模型、水资源模型、水生态环境模型、水力学模型、泥沙动力学模型、水土保持模型、水利工程安全模型等。水利专业模型可按照具体的应用场景需求，结合流域实际，通过借鉴改进现有模型来建立。智能识别模型主要是利用人工智能方法从遥感、视频、音频等数据中自动识别水利对象特征，包括遥感识别、视频识别、语音识别等。可视化模型包括自然背景、流场动态、水利工程、水利机电设备等，通过对各类模型进行可视化构建，面向具体的业务应用真实展现物理流域中各种水利业务场景。模拟仿真引擎通过驱动水利专业模型运行，融合数据底板、可视化模型、实时感知信息和模型模拟结果等多源信息，利用虚拟现实（VR，域运行和水利治理管理活动进行模拟仿真、可视化呈现、动态渲染和虚实交互。依据河流域特性，面向水利业务应用需求，依托国内外研究力量与研究成果，建设由水利专业模型、智能模型、可视化模型和数字仿真引擎组成的模型平台，在数字空间对流域物理过程与水利治理管理活动进行智慧化模拟，为水利治理管理提供决策支撑。知识平台利用知识图谱和机器学习等技术，实现对水利对象关联关系和水利规律等知识的抽取、管理和组合应用，为数字孪生流域提供智能内核，支撑正向智能推理和反向溯因分析，主要包括水利知识和水利知识引擎。其中，水利知识提供描述原理、规律、规则、经验、技能、方法等的信息，水利知识引擎是组织知识、进行推理的技术工具，水利知识经知识引擎组织、推理后形成支撑研判、决策的信息。知识平台应关联到可视化模型和模拟仿真引擎，实现各类知识和推理结果的可视化。水利知识为决策分析提供支撑信息，包括历史场景、专家经验、预报调度方案等。历史场景用于描述历史事件发展过程及时空特征属性的相关事实。通过对数据表格或文本记录的历史场景数据进行典型时空属性及特征指标的抽取、融合、挖掘和结构化存储，支撑历史场景发生的关键过程及主要应对措施的复盘，对历史场景下的调度执行方案数字化和暴雨洪水特征等进行挖掘，为相似事件的精准决策提供知识化依据。预报调度方案用于存储特定场景下的预报调度方案相关知识。根据物理流域特点、水利工程设计参数、