智慧水利数字孪生流域解决方案

解决方案政策解读12政策解

读政策背景实施路径先行先试Part01背景解读1

.

1

政

策

背

景智慧水利等相关政策的出台

，要求按照

“需求牵引、

应用至上、

数字赋能、

提升能力”要求

，

以数字化、

网络化、智能化为主线

，

以数字化场景、

智慧化模拟、

精准化决策为路径

，

以构建数字孪生流域为核心

，全面推进算据、

算2022年1月水利部水利部召开推进数字孪生流

域建设工作会议指出

，

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

活动全过程的数字化映射、

智能化

模拟

，

实现与物理流域同步仿真运

行、虚实交互、

迭代优化。《关于大力推进智慧水利建设的

指导意见》到2025年

，

通过建设数字孪生流域、“2+N”水利智能业务应用体系、

水利

网络安全体系、

智慧水利保障体系

，

推

进水利工程智能化改造

，

建成七大江河

数字孪生流域

，

在重点防洪地区实现“四预”

，

在跨流域重大引调水工某省市市重点河湖基本实现水资源管理与调

配

“

四预”

，

N项业务应用水平明显提升

，

建成智慧水利体系1.0版。《国民经济和

社会发展第十四个五年规划和

2035年远景目标纲要》分级分类推进某省市市建设

，

将物

联网感知设施、

通信系统等纳入公共基

础设施统一规化建设

，政公用设

施、建筑等物联网应用和智能化改造。

构建智慧水利体系

，

以流城为单元提升

水情测报和智能调度能力。

推进农村水

源保护和供水保障工程建设。法、算力建设

，加快构建具有预报、

预警、

预演、

预案功能的智慧水利体系。2021年3月十三届四次会议2021年11月水利部Part01背景解读1

.

2

1

2

个

先

行

先

试

数

字

孪

生

工

程《“十四五”智慧水利建设规划》

明确

“十四五”期间智慧水利体系1.0版

，将构建覆盖全国的L1级数据底板

，并实现年度更新基本构建覆盖重点河流和重点区域的L2级数据底板。

同时优先选择12个重大水利工程

，先行建设开展数字孪生工程建设

，建成L3级12个重大水

利工程名单构建数字化场景开展智慧化模拟支撑精准化决策数据底板。提升N项业务应用水平水利数字化、

网络化和重点领域智能化水平

明显提升推动跨部委数据资源共享；

建设智能模型和可视化模型； 建设水利知识图谱和预案库；重点防洪地区实现

“

四预”在跨流域重大引调某省市市重点河湖基本实现水资源管理与调配

“

四预”2023年完善全国水利一

（L1级数据底板）

；建设数据汇聚平台、

开展水文监测资料汇交2025年推动跨界河流数据共享；建设水利专业模型；2024年开展水利基础数据复核和联动更新；2022年编制数字孪生流域建设技术大纲Part01需求分析1

.

3

实

施

路

径解决方

案建设目标建设内容系统架构上海漂视网络2

.

1

.

1

智

慧

水

利

面

临

的

机

遇

与

挑

战水利信息化工作近些年虽取得了显著成效

，智慧水利建设进行了积极探索

，但水利行业总体还处于智慧水利起步阶段

，与智慧城市建设的要求相比

，与交通、

电力、

气象等行业智慧化进程相比

，与推进国家水治理体系和治理能力现代化的需求相比

，在以下几个方面都存在较大差距。系统和业务融合不深入>

节水、城乡供水等业务缺大信息系统

支撑>

抗旱、工程建设信息化水平总体偏低>

水利工程安全运行、水资源开发利用

等业务信息系统使用不足>

洪水、水土流失等业务智能化水平不

高

，水利业务系统整体支撑能力不应用效果不强创新能力不足>

高新信息技术的潜能尚未得到充分挖掘>

大数据、人工智能、虚拟现实等技术尚未得到广泛应用

，整体水

平不能满足应用需要体制机制不够健全>

充分适应新时代水利信息化建设的组织体系、规章制度、法律法规、考核

体系等体制机制不够健全标准规范不够完善与新一代信息技术应用要求相配套的

水利装备、物某著名企业信、

网络安全、应用支撑、系统建设与运维等技术和管理标准欠缺体系不完善>

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

高

，信息化建设成果的继承性不够整合不够>

分散构建现象>

条块分割>

相互封闭>

信息资源无有效流动>

缺乏基础设施的共享公用>

缺乏业务应用的交互协同外部共享不足>

除部分防汛外其他相关行业的

气象、基础地理等数据还未能

做到共享>

对互联网数据的应用处于起步

阶段

，仅在水旱灾害防御等少

量业务领域进行了一些尝试

，

未开展业务化运营智能化水平应用和覆盖面不够信息资源开发利用不够保障体系建设不够健全Part02解决方案

2.1

建设目标02

开展水资源监测，实现长江全覆盖监测、

黄河下游防洪工程安全监测；03

卫星遥感数据月度更新，物联网、

雷达、

无人机

得到广泛应用;04

北斗卫星深入应用，互联网协议第六版（IPv6）

在水利业务网实现规模化部署和应用，县级以上

水利单位实现水利业务网全覆盖，县级以上水行

政主管部门实现视频会议全覆盖;05某省市市级以上水行政主管部门水利云，实现计算

存储资源按需分配、

弹性伸缩，为智慧水利提供

有力的“算力”支撑;建成七大江河数字孪生流域建成七大江河数字孪生流域;在重点防洪地区实现“

四预”;在跨流域重大引调水某省市市重点河湖基本实现水资源管理与调配“

四预”;提升N项业务应用水平建成智慧水利体系1.0版水利数字化、

网络化和重点领域智能化水平明显提升水利部本级建成全国L1级数据底板，各流域某省市市

级水行政主管部门在主要江河流域的重点区域基本建成L2

级数据底板，重点水利工程建成L3级数据底板，为智慧水利提供有效的“算据”服务；基本建成模型平台，初步建成

知识平台，对物理水利及其影响区域的互动过程进行模拟仿真和推演，为智慧水利提供智能“算法”服务。Part02解决方案

2.1

建设目标2

.

1

.

2

建

设目

标建设数字孪生流域平台01

重要江河湖泊、

水利工程自动监测率明显提升，国家基本水文站、

水土保持监测站点提档升级;完善水利信息基础设施Part02解决方案

2.2

系统架构2

.

2

.

1

数

字

孪

生

流

域

平

台数字孪生流域平台建设将以水利感知网、

水利业务网、

水利云等为基础

，通过运用物联网、

大数据、

AI、

虚拟仿真等技术

，以物理水利为单元、

时空数据为底板、

水利模型为核心、

水利知识为驱动

，对流域全要素和流域治理管理活动全过程进行数字化映射、

智慧化模拟

，实现与物理流域的同步仿真运行、

虚实交互、

迭代优化

，支撑精准化决策。三全升级物理实体流域数字孪生流域相互

映

射数字孪

生状

态

感

知

动

静融

合虚实

交互多方协同数字赋能应用至上需求牵引一台双赋

三化

四预三化支全过程

全要素

全方位数字化

在线化

智能化智慧水利撑提升能力知识表示知识抽取知识融合知识梳理知识存储预案库知识图谱库业务规则库历史场景模式库专家经验库平台层海

r

方

系2份.2架构限架构公司时空数据映射

数据汇集数据处理数据服务数字模拟仿真引擎仿真可视化模型应用层传输层数据清洗数据分析数据挖掘数据组件地图服务目录服务共享服务管控服务基础数据监测数据业务数据地理空间数据感知层…

……

…某著名企业平板端电脑PC端手机端普通机器学习算法深度机器学习算法分布式水文模型水力学模型水利大屏驾驶舱专有云工程信息中心公有云水利云水利信息网算法框架与业务融合的算法工程联合调度水文水动力超大规模并行计算无人机巡检5G基站NB-IoT网关Wi-Fi6多维多时空多尺度数据模型知识引擎水利知识光纤卫星宽带展示

终端业务

管理政务网全景可

视化人工智能卫星遥感智能穿戴机电设备视频监控RFID运营管理维修养护水利专网智慧流域设备控制视频监控知识库告警监测资产管理设备监控数字孪生

底板四预广域网局域网部门网水利专业模型智能算法库模型

平台知识

平台物联

感知通信

设施数据

平台网络

感知云网

融合空基天基地基人工卫星云图雷达雨图遥感影像图雨量井下水位水位Part02解决方案

2.2

系统架构2

.

2

.

3

感

知

层全天候无人机摄像：无人机摄影、测量、监控流速……水色水味水质含沙量流量水位限公司水质信息墒情信息工程安全监测图片图像水质信息墒情信息其他↑网闸

工程控制中心

光纤工程控制信息视频监视防洪排涝与

用水调度工程安全

监测

数字孪生流域数据中心一

公网+5G

共享/公网公网VPN

水位、雨量、流量

视频监视信息通感信息工程信息中心分支机构调取平台及数据向上汇报和归集数据Part02解决方案

2.2

系统架构2

.

2

.

4

数

据

中

心工程巡查水质监测水雨情测

报工程建设定义平台标准、下游分支使用平台功能控制自动化城市县水利管理单位工程局/所业务

应用监测

信息电子

政务其他单位省水利厅用户整合覆盖全国的中等精度数字地形数据和高分辨率卫星遥感影像、

数字正射影像

，补充高分立体测绘卫星数据

，更新水利对象基础

数据

，接入水利监测数据。

统一全国水利一础公共服务。

集成L2级数据底板和L3级数据底板

，形成全国统一的数据底板。L上2海漂视网络股份有限各流域L2

海据漂底视板网络股工份程有建

公物

地质构造某著名企业L3公司对水利的上下游、左右岸、干支流、工程体系、影响范围、经济社会要素等数字化后形成的二维、

三维点－

线

－面一体对象、

图像或仿真模型等物理世界的映射

，是在数据底板构建基础上进行多应用场景下的数据有机组织调配与再挖掘

，并与模拟调度结果实现动态交互、

实L3+大坝、泄洪孔洞、

闸门、

机组等重要设施设备时融合及高仿真模拟展示

，进而实现涉水要素数字化、感知实时化、模拟可视化

，是支撑“

四预”工作的标志性成果。L1全国水利一Part02解决方案

2.2

系统架构2

.

2

.

5

数

据

底

板宏观中观微观Part02解决方案

2.2

系统架构2

.

2

.

5

数

据

底

板数字孪生底板指挥调度平台实时监测与预警数据融合知识库•流域防洪和水资源管理与调配等预案库•水利知识图谱•流域防洪和水利工程建设

与管理等专家经验库•••••••••领

导驾驶舱“

四预”体系流域综合态势流域气象监测

水文信息监测工程建设监测通航管理水资源调度水电站管理仿真引擎•

水质污染扩散模拟计算•

洪水淹没模拟计算•

水生态管控评价模拟计算•区域水环境承载力模拟计算业务后台•工勤业务系统•OA系统四预模型•

设备维护系统•集控系统据模型•

历史数据模型•实时数据模型•

四预模型Part02解决方案

2.2

系统架构2

.

2

.

6

应

用

层运营运

维管理平台-IOC特色功能实时发布基于GIS地图的三维仿真时空信息的基本属性、监测站点、

状态等信息发布。三维地图提供丰富的地图接口,

支持缩放、旋转、漫游飞行等多种操作。通过应用接口为上层水利业务提供数字模型、

算法等

，通过三维数字底座对实体水利工程的实时监测

，

实现对预测预报、

工程调度、

辅助决策、

迭代优化等智慧水利核心功能的支撑。

满足数据分析、

专业模型、

机器视觉、综合决策等不同应用场景需求

，支撑新一代水利业务应用的创新和科学决策。领导驾驶舱应用场景电站厂房大坝堤防

桥

引调水工程

节水灌排

泵站闸门交互场景直观展现数字河道、

重点工程。

实现智慧

调度和三维的耦合、

泄洪、

调度、发电等

重点动态展示拟仿真以水利工程时空资源

和水利业务动态变化

为核心进行生产，运

维，预警等三维模拟

仿真。2

.

3

.

1

运

营

运

维

管

理

平

台

-

IOC

系

统Part02解决方案

2.3

建设内容01

预报

发现问题

02

预警信息集成条件摸拟风险评估信息发布提前感知

安全阀值数字孪生流域应急方案

评价模型

04

预案03预演方案推荐精准调度

算法减高纵向能贯穿横向能融合外围能扩展基于水文水动力学并行计算技术

，结合高精度动态仿真算法

，进行超大规模数值模拟

，在数字孪生场景中输

出时间连续、

空间连续、

时间-空间-物理一致性的立体数据模型

，通过时间的正向推理和反向溯源

，初步实

现流域防洪

“预报预警实时化、

预演实景化、

预案实地化”

，探索智慧

“

四预”新模式。2

.

3

.

2

运

营

运

维

管

理

平

台

-

IOC

系

统

经验支撑智慧水利AI算法数据支撑四预

体系Part02解决方案

2.3

建设内容采集数据数据汇集解决方案拿水文气象及水安全监测预报为例

，通过气象信息集成

，汇集气象部门的风力、

风向、

降雨、

潮位等预报信息，充分利用已有预报成果

，通过数字孪生场景进行工程运行边界条件模拟

，

实现工程所处的控制运行环境提前感知，

支撑工程精准运行控制。换视

频渠道糙率损失系数过滤系数曲线系数离散系数同化变量

参数状态2

.

3

.

2

运

营

运

维

管

理

平

台

-

IOC

系

统风力风向

降雨

水质

潮位。。。感知

预报污染源/位置

/时间极端天气引

起水量激增Part02解决方案

2.3

建设内容四预

体系观测信息通过无人机、

北斗通讯、

激光雷达及各类灾害监测传感器

，结合地灾翻译软件与水情气象灾害分析模型

，

实现对观测流域空

（近空环境）

-天

（卫星气象）

-地

（地质地灾）

-水

（水情测报）

四位一体的监测分析与防治服务体系，打造防灾治灾服务新生态。2

.

3

.

2

运

营

运

维

管

理

平

台

-

IOC

系

统自然

灾害监测

预警监测

手段气象观测设备山体测量设备河道监测设备Part02解决方案

2.3

建设内容四预

体系气象灾害地质灾害洪涝灾害气象卫星观测气象灾害监测预报卫星观测与模型分析地质地灾监测地质地灾监测防治无人机激光雷达+定点传

感器监测结合对应的翻译

软件与算法模型进行解析近空环境类灾害监测防治以无人机动态巡检结合定点安装

的监测设备数据如观天仪、雨量传感器、温/湿/压/风速检测仪等

，进行防灾预警告警、治灾管理与响应指导等业务支持Part02解决方案

2.3

建设内容2

.

3

.

2

运

营

运

维

管

理

平

台

-

IOC

系

统水情灾害测报基于水情监测的雷达、雨量、视

频传感器等硬件设备与流域区间

来水影响因素模型：基于断面-流量-雨量-水渗透-蒸发量所建立的

水动混合模型进行洪涝灾害分析监测

预警近空环境监测水情灾害测报四预

体系司以水情气象灾害分析模型库为支撑

，基于历史数据、

实时监测数据

，模拟特定条件下的流域演进过程

，结合AI算

法建立流域样本数据库

，强化模型训练

，提取关键参数

，通过数字孪生场景对模拟结果的复刻

，还原

，完善对流

域险情

，灾害的预案系统。危岩体2

.

3

.

2

运

营

运

维

管

理

平

台

-

IOC

系

统不满足

满足推荐的调控方案决策目标预演功能在数字孪生流域中的应用示意模拟

预演是否满足调度实施条件Part02解决方案

2.3

建设内容监测数据模拟数据四预

体系历史数据调整方案智能

优化

调度

模拟

模型模拟降水闸门泄水水利模型验证智能优化模型智能模拟模型预演方案个根据模拟预演结果

，将应急预案与数字孪生平台深度融合

，模拟险情状态、

定位出险位置、

发布响应信息、

调拨

应急物资、

模拟处置效果等功能

，

实现应急预案的数字化应用和现场处置方案智能推荐。2

.

3

.

2

运

营

运

维

管

理

平

台

-

IOC

系

统模拟仿真推演分析精准数字模拟应急准备风险防控应急救援智能辅助应急

预案近空环境灾害Part02解决方案

2.3

建设内容气象灾害水情灾害地质灾害四预

体系智能科学决策险情处置2

.

3

.

3

运

营

运

维

管

理

平

台

-

IOC

系

统

流域综合

观调

一船闸洁能主体理、握大务掌示业屏展度态度测营角监运种息合多信理模气管建文利维水等指合物键融筑关持建的支水域；泄领测门务监闸业合组等行机洪进站防息流域气象监测支持基于地理信息系统

，对江河湖泊流域、

水库、

电站、

重要设备等管理要素的分布、

范围、

类型、

状态等信Part02解决方案

2.3

建设内容洪水动态演进态势监督检查数据融合建设单位建管综合维修

养护水量

调度多

理、

管测

地监

工息

、信

化多

字素

数要

料多

资过

设通

建。

、测

化监

息时

信实

、行

化进

视素

可要

程全

工等

撑理

支管

效金

有资

理

。

、

管

行

理

慧

运

管

智

真

度

图

仿

进

张

步

、

一

同

产

、

程

生

管

工

全

监

理

安

程

物

、

工

与

量

度

程

质

维

工

程

多

字

工

、

数

的

务

现

程

服

实

工

据

。

利

数

化

水

次

能

对

层

智设

建理

程管

工2

.

3

.

4

运

营

运

维

管

理

平

台

-

IOC

系

统业务流程标准化日常管理可追溯责任落实精准化收益分析智能化数据分析智能化投资

收益实时

监测内外业务全面化Part02解决方案

2.3

建设内容建

设

期运行期数据共享除险

加固综合

分析进度

管理工程

巡检质量

管理投资

分析承建

单位监管

单位通过在平台里实时监测船只通行情况

，直观掌握航运交通的安全性、

有序性、

畅通性。

通过GIS三维地图

，可快速定位船只或升船机的位置

，在第一时间阻止二次事故发生

，优化通航能力。通航

管理Part02解决方案

2.3

建设内容2

.

3

.

5

运

营

运

维

管

理

平

台

-

IOC

系

统通过对船舶的实时位置、靠

泊计划、行动轨迹的实时监

测

，建立健全安全运行风险预防控制体系

，科学制定风

险管控制度和分级管控措施。打通交通部门及水利部门的

历史航运路线信息

，通过AI算法智能推算航运路线

，通

过三维模拟仿真技术选择最

佳方案。可实时显示航运船只的企业

，

申

报表

，船员等基本信息

，辅助管

理者实时掌握海域船舶运行态势，提高船舶监管力度。通过针对客船和载运危险货

物船舶制定专项运行调度和

通航的实时监测

，确保航运

交通的畅通性、

安全性。安全风险分级管控船舶过闸安全管理航线模拟仿真航运综合态势干流槽蓄能力分析利用高精度水下地形模型

，

结合上下游水位站实预报水位高程

，

计算分析主要干流不同时段河道槽蓄量

，

为河道演变分析、

流域开发、

防洪调度及河道治理提供数据支撑。

结合历史洪水场次信息

，

计算历史洪水时期河道槽蓄量，辅助下游水库调蓄支持集成各水库监测管理系统数据

，基于地理信息系统

，对水库的位置、

范围、

状态等信息进行直观展示

，对入库径流量、

水库蓄水量、

防洪库容、

可用水量等数据指标进行多维度分析研判

，对水库调蓄能力不足、

水位超限等异常态势进行可视化预警告警

，提升水库运行监管力度

，为防洪、

兴利等工作提供决策支持。水资源调度

监测实时监测调水工程动态

，

对沿途的水量渗漏、

蒸发和因管

理不善的泡水、

泄水提前预判

，

最大限度保障调水工程的

完成度

，

实现智慧节水的目的。2

.

3

.

6

运