2021年推進(jìn)數(shù)字孿生流域建設(shè)工作會(huì)議和2022年全國水利工作會(huì)議明確提出，數(shù)字孿生流域建設(shè)是推進(jìn)智慧水利建設(shè)的關(guān)鍵和核心，必須加快推進(jìn)。

　　2022年以來，水利部先后出臺(tái)《數(shù)字孿生流域建設(shè)技術(shù)大綱（試行）》《數(shù)字孿生水網(wǎng)建設(shè)技術(shù)導(dǎo)則（試行）》《數(shù)字孿生水利工程建設(shè)技術(shù)導(dǎo)則（試行）》《水利業(yè)務(wù)“四預(yù)”基本技術(shù)要求（試行）》《數(shù)字孿生流域共建共享管理辦法（試行）》等系列文件，細(xì)化明確了數(shù)字孿生流域、數(shù)字孿生水網(wǎng)、數(shù)字孿生水利工程、水利業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)—預(yù)警—預(yù)演—預(yù)案（以下簡(jiǎn)稱“四預(yù)”）等建什么、誰來建、怎么建以及如何共享等要求，為各級(jí)水利部門智慧水利建設(shè)提供了基本技術(shù)遵循。

　　一、數(shù)字孿生流域的提出

　　推進(jìn)數(shù)字孿生流域建設(shè)是水利部黨組貫徹落實(shí)習(xí)近平總書記關(guān)于網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國的重要思想、針對(duì)水利業(yè)務(wù)工作特點(diǎn)，綜合分析水的自然屬性、中國特色社會(huì)主義制度以及現(xiàn)代信息技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀而提出的。

　　１．?dāng)?shù)字孿生流域的提出背景

　　“孿生”概念起源于20世紀(jì)60年代美國航天“阿波羅計(jì)劃”，主要是在太空和地面同步運(yùn)行兩個(gè)幾乎完全相同的航天器，從而通過檢查地面航天器的狀態(tài)輔助處理太空航天器遇到的緊急事件。2003年前后，邁克爾·格里夫斯（Michael Grieves）教授在美國密歇根大學(xué)的課堂上提出數(shù)字孿生的設(shè)想并隨后將其應(yīng)用于制造業(yè)。2010年，美國國家航空航天局（NASA）的技術(shù)報(bào)告中正式使用了“數(shù)字孿生”一詞。隨著研究的不斷深入和新一代信息技術(shù)的發(fā)展，城市管理、交通、建筑、制造等越來越多的領(lǐng)域開始應(yīng)用數(shù)字孿生。例如，工業(yè)制造領(lǐng)域，通過數(shù)字建模對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、維護(hù)等環(huán)節(jié)進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)仿真，繼而反映機(jī)器設(shè)備的全生命周期過程。航空航天領(lǐng)域也從傳統(tǒng)物理制造升級(jí)為智能制造，如航空發(fā)動(dòng)機(jī)先進(jìn)企業(yè)可以不生產(chǎn)原型和樣機(jī)，也不進(jìn)行風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)，首先構(gòu)建數(shù)字孿生體，嵌入溫度、轉(zhuǎn)速等物理參數(shù)，并在數(shù)字空間反復(fù)進(jìn)行虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，得到最優(yōu)的幾何形狀、材料配比以及推力、燃油消耗率等各類參數(shù)，最后才在生產(chǎn)線上制造物理發(fā)動(dòng)機(jī)。

　　隨著新一代信息技術(shù)飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，物理世界和數(shù)字世界界限逐漸模糊，數(shù)字孿生城市等應(yīng)運(yùn)而生。顯然，“數(shù)字孿生”不再僅僅是一種技術(shù)，而是一種發(fā)展模式、一種轉(zhuǎn)型路徑、一股推動(dòng)行業(yè)變革的動(dòng)力。

　　數(shù)字孿生運(yùn)用于自然界的案例相對(duì)較少，2021年10月21日歐空局理事會(huì)提出了“目的地地球”計(jì)劃。計(jì)劃在未來５到６年內(nèi)分兩批逐步實(shí)施，首批開發(fā)的兩個(gè)數(shù)字孿生是關(guān)于天氣誘發(fā)的地球物理極端現(xiàn)象的數(shù)字孿生和氣候變化適應(yīng)的數(shù)字孿生。天氣誘發(fā)的地球物理極端現(xiàn)象的數(shù)字孿生，將為評(píng)估和預(yù)測(cè)極端環(huán)境提供能力和服務(wù)，決策者將能夠更精確地預(yù)測(cè)極端自然事件的發(fā)生和影響，如洪水和森林火災(zāi)；氣候變化適應(yīng)的數(shù)字孿生將支持在區(qū)域和國家層面分析性見解的產(chǎn)生和情景預(yù)測(cè)，以在區(qū)域和國家層面支持氣候適應(yīng)和緩解政策。作為一個(gè)里程碑，這兩個(gè)“數(shù)字孿生”預(yù)計(jì)將在2030年12月推出。

　　2021年4月，水利部部長(zhǎng)李國英高位推動(dòng)智慧水利建設(shè)總體設(shè)計(jì)，明確提出了數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化建設(shè)目標(biāo)，闡釋了智慧水利建設(shè)中數(shù)字孿生流域的定位和作用，構(gòu)建了“２＋Ｎ”智慧水利業(yè)務(wù)體系，提出了智慧水利業(yè)務(wù)的“四預(yù)”功能，并對(duì)任務(wù)分工和保障措施提出了具體要求。2021年6月28日，水利部黨組召開“三對(duì)標(biāo)、一規(guī)劃”專項(xiàng)行動(dòng)總結(jié)大會(huì)提出，要推進(jìn)智慧水利建設(shè)，按照“需求牽引、應(yīng)用至上、數(shù)字賦能、提升能力”要求，以數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化為主線，構(gòu)建數(shù)字孿生流域，開展智慧化模擬，支撐精準(zhǔn)化決策，全面推進(jìn)算據(jù)、算法、算力建設(shè)，加快構(gòu)建具有預(yù)報(bào)、預(yù)警、預(yù)演、預(yù)案功能的智慧水利體系，至此“數(shù)字孿生流域”首次正式提出。數(shù)字孿生流域是以物理流域?yàn)閱卧?、時(shí)空數(shù)據(jù)為底座、水利模型為核心、水利知識(shí)為驅(qū)動(dòng)，對(duì)物理流域全要素和水利治理管理活動(dòng)全過程進(jìn)行數(shù)字映射、智能模擬、前瞻預(yù)演，與物理流域同步仿真運(yùn)行、虛實(shí)交互、迭代優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)對(duì)物理流域的實(shí)時(shí)監(jiān)控、發(fā)現(xiàn)問題、優(yōu)化調(diào)度的新型基礎(chǔ)設(shè)施。

　　2021年12月23日水利部召開推進(jìn)數(shù)字孿生流域建設(shè)工作會(huì)議，李國英部長(zhǎng)全面系統(tǒng)闡述了為什么要建設(shè)數(shù)字孿生流域、怎樣建設(shè)數(shù)字孿生流域、如何保障推進(jìn)數(shù)字孿生流域建設(shè)等重大問題，指導(dǎo)當(dāng)前和今后一個(gè)時(shí)期全國水利系統(tǒng)推進(jìn)數(shù)字孿生流域建設(shè)。

　　進(jìn)入2022年，根據(jù)水利業(yè)務(wù)特點(diǎn)，水利部又先后提出數(shù)字孿生水利工程、數(shù)字孿生水網(wǎng)并進(jìn)行頂層設(shè)計(jì)，至此數(shù)字孿生流域、數(shù)字孿生水網(wǎng)和數(shù)字孿生水利工程共同形成水利數(shù)字孿生系列，三者分別是物理流域、物理水網(wǎng)、物理水利工程在數(shù)字空間的映射，三者的關(guān)系決定于三個(gè)物理實(shí)體的相互關(guān)系，它們互不替代、各有側(cè)重、相對(duì)獨(dú)立、互聯(lián)互通、信息共享。

　　考慮到數(shù)字孿生流域最能體現(xiàn)水利特點(diǎn)也是最早提出，因此下述以數(shù)字孿生流域來代表水利數(shù)字孿生系列。

　　２．為什么智慧水利建設(shè)要以數(shù)字孿生流域建設(shè)為核心

　　推進(jìn)智慧水利建設(shè)要以數(shù)字孿生流域建設(shè)為核心，是順應(yīng)以流域?yàn)閱卧?、?qiáng)化流域治理管理、適應(yīng)信息技術(shù)發(fā)展的需要。

　　流域是降水自然形成的以分水嶺為邊界，以江河湖泊為紐帶的空間單元。水的自然屬性決定了由流域內(nèi)上下游、左右岸、干支流和地表地下的自然聯(lián)系，形成了天然的水系整體，流域內(nèi)山水林田湖草沙等各生態(tài)要素緊密聯(lián)系、相互影響、相互依存，構(gòu)成了流域生命共同體。所以強(qiáng)調(diào)要以流域?yàn)閱卧?，這是順應(yīng)自然規(guī)律。

　　流域性是江河湖泊最根本、最鮮明的特性。這種特性決定了治水管水的思維和行為必須以流域?yàn)榛A(chǔ)單元，堅(jiān)持系統(tǒng)觀念、堅(jiān)持全流域“一盤棋”，實(shí)現(xiàn)流域統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一調(diào)度、統(tǒng)一治理、統(tǒng)一管理。歷史上黃河三年兩決口、百年一改道就是最生動(dòng)寫照。中華人民共和國成立后，我國水管理體制實(shí)行以流域?yàn)閱卧c區(qū)域管理相結(jié)合的管理體制，全國層面設(shè)置七大流域管理機(jī)構(gòu)進(jìn)行流域管理，各地方也在轄區(qū)內(nèi)設(shè)置不同級(jí)別的管理機(jī)構(gòu)管理重點(diǎn)河湖。所以強(qiáng)調(diào)整個(gè)流域統(tǒng)籌考慮，這是順應(yīng)管理體制。

　　推進(jìn)數(shù)字孿生流域建設(shè)是由水利工作的空間特點(diǎn)決定的，水利是一項(xiàng)大尺度、大范圍的工作，不可能在物理流域中試驗(yàn)不同方案，只能在數(shù)字空間進(jìn)行反復(fù)預(yù)演，經(jīng)過綜合評(píng)估分析后選擇最優(yōu)方案，運(yùn)用到實(shí)際工作中，這是順應(yīng)技術(shù)發(fā)展。

　　二、智慧水利組建思路

　　充分運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能、數(shù)字孿生等新一代信息技術(shù)，建設(shè)數(shù)字孿生流域，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化場(chǎng)景、智慧化模擬、精準(zhǔn)化決策，建成具有“四預(yù)”功能的智慧水利體系，賦能水旱災(zāi)害防御、水資源集約節(jié)約利用、水資源優(yōu)化配置、大江大河大湖生態(tài)保護(hù)治理，為新階段水利高質(zhì)量發(fā)展提供有力支撐和強(qiáng)力驅(qū)動(dòng)。

　　１．智慧水利組成

　　（１）智慧水利總體框架

　　智慧水利由數(shù)字孿生流域、業(yè)務(wù)應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)安全體系、保障體系等組成。其中，數(shù)字孿生流域是智慧水利建設(shè)的核心與關(guān)鍵，包括數(shù)字孿生平臺(tái)和信息化基礎(chǔ)設(shè)施；流域防洪、水資源管理與調(diào)配以及Ｎ項(xiàng)業(yè)務(wù)應(yīng)用調(diào)用數(shù)字孿生流域提供的算據(jù)、算法、算力等資源。

　　▲智慧水利總體框架

　　（２）數(shù)字孿生流域技術(shù)框架

　　數(shù)字孿生流域是智慧水利建設(shè)的核心與關(guān)鍵，以水利感知網(wǎng)、水利信息網(wǎng)、水利云等為基礎(chǔ)，運(yùn)用大數(shù)據(jù)、人工智能、虛擬仿真等技術(shù)，以物理流域?yàn)閱卧?、多維時(shí)空數(shù)據(jù)為底板、水利模型為核心、水利知識(shí)為驅(qū)動(dòng)，對(duì)物理流域全要素和水利治理管理活動(dòng)全過程進(jìn)行數(shù)字化映射、智能化模擬，支撐實(shí)現(xiàn)流域防洪、水資源管理與調(diào)配“四預(yù)”以及Ｎ項(xiàng)水利智能業(yè)務(wù)應(yīng)用。

　　▲數(shù)字孿生流域建設(shè)技術(shù)框架

　　（３）數(shù)字孿生流域組成

　　①數(shù)字孿生平臺(tái)。主要由數(shù)據(jù)底板、模型平臺(tái)、知識(shí)平臺(tái)等構(gòu)成。各組成部分功能與關(guān)聯(lián)為：

　　數(shù)據(jù)底板匯聚水利信息網(wǎng)傳輸?shù)母黝悢?shù)據(jù)，為智慧水利提供“算據(jù)”，包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)管理數(shù)據(jù)、跨行業(yè)共享數(shù)據(jù)、地理空間數(shù)據(jù)以及多維多時(shí)空尺度數(shù)據(jù)模型。主要是在全國水利一張圖基礎(chǔ)上擴(kuò)展升級(jí)，為各級(jí)水利部門提供統(tǒng)一的時(shí)空數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，細(xì)分為３級(jí)數(shù)據(jù)底板。

　　模型平臺(tái)利用數(shù)據(jù)底板成果，以水利專業(yè)模型分析物理流域要素變化、活動(dòng)規(guī)律和相互關(guān)系，通過智能識(shí)別模型提升水利感知能力，利用模擬仿真引擎模擬物理流域的運(yùn)行狀態(tài)和發(fā)展趨勢(shì)，并將以上結(jié)果通過可視化模型動(dòng)態(tài)呈現(xiàn)，為智慧水利提供“算法”，包括水利專業(yè)模型、智能識(shí)別模型、可視化模型和模擬仿真引擎。

　　知識(shí)平臺(tái)匯集數(shù)據(jù)底板產(chǎn)生的相關(guān)數(shù)據(jù)、模型平臺(tái)的分析計(jì)算結(jié)果，經(jīng)水利知識(shí)引擎處理形成知識(shí)圖譜服務(wù)水利業(yè)務(wù)應(yīng)用。主要包括對(duì)象關(guān)聯(lián)關(guān)系圖譜、預(yù)報(bào)方案庫、業(yè)務(wù)規(guī)則庫、調(diào)度方案庫、歷史場(chǎng)景庫和水利知識(shí)引擎。

　?、谛畔⒒A(chǔ)設(shè)施。主要由水利感知網(wǎng)、水利信息網(wǎng)、水利云等構(gòu)成。各組成部分功能與關(guān)聯(lián)為：水利感知網(wǎng)負(fù)責(zé)采集數(shù)字孿生流域所需各類數(shù)據(jù)；通過水利信息網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)字孿生平臺(tái)數(shù)據(jù)底板；水利云平臺(tái)負(fù)責(zé)提供數(shù)據(jù)計(jì)算和存儲(chǔ)資源。

　　２．智慧水利建設(shè)總體思路

　　（１）總體要求

　　需求牽引。從水利部門職責(zé)出發(fā)開展需求分析，掌握水利業(yè)務(wù)目標(biāo)、流程、功能、數(shù)據(jù)等，以此作為智慧水利規(guī)劃設(shè)計(jì)、建設(shè)管理基本依據(jù)。

　　應(yīng)用至上。業(yè)務(wù)部門要善于用數(shù)據(jù)說話、用數(shù)據(jù)管理、用數(shù)據(jù)決策，會(huì)用、善用智慧水利系統(tǒng)為水利治理管理和決策提供支撐；網(wǎng)信部門要確保建成的系統(tǒng)管用、實(shí)用、好用。

　　數(shù)字賦能。推動(dòng)新一代信息技術(shù)與水利業(yè)務(wù)深度融合，推動(dòng)水利業(yè)務(wù)智能化，發(fā)揮數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化對(duì)水利現(xiàn)代化加速器、催化劑作用，推進(jìn)水利決策科學(xué)化、水利治理管理精細(xì)化、水利公共服務(wù)高效化。

　　提升能力。在“四預(yù)”功能支撐下，實(shí)現(xiàn)水利工程的實(shí)時(shí)監(jiān)控、優(yōu)化調(diào)度，提升水旱災(zāi)害防御、水資源集約節(jié)約利用、水資源優(yōu)化配置和大江大河大湖生態(tài)治理保護(hù)等能力。

　　（２）建設(shè)主線

　　數(shù)字化是把物理世界在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中進(jìn)行虛擬仿真，利用數(shù)字技術(shù)驅(qū)動(dòng)模式創(chuàng)新、流程再造。

　　網(wǎng)絡(luò)化是利用通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，把分布在不同地點(diǎn)的計(jì)算機(jī)及各類電子終端設(shè)備互聯(lián)起來，按照一定網(wǎng)絡(luò)協(xié)議相互通信以達(dá)到所有用戶可以共享軟件、硬件和數(shù)據(jù)資源。

　　智能化是使對(duì)象具備靈敏準(zhǔn)確的感知功能、正確的思維與判斷功能、自適應(yīng)的學(xué)習(xí)功能以及行之有效的執(zhí)行功能而進(jìn)行的工作。智能化是從人工、自動(dòng)到自主的過程。

　　數(shù)字化奠定基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資源的獲取和積累；網(wǎng)絡(luò)化構(gòu)造平臺(tái)，促進(jìn)數(shù)據(jù)資源的流通和匯聚；智能化展現(xiàn)能力，通過多源數(shù)據(jù)融合分析呈現(xiàn)信息應(yīng)用的類人智能，幫助人類更好認(rèn)知事物和解決問題。

　　（３）實(shí)施路徑

　　構(gòu)建數(shù)字化場(chǎng)景。以自然地理、干支流水系、水利工程、經(jīng)濟(jì)社會(huì)信息為主要內(nèi)容，對(duì)物理流域進(jìn)行全要素、水利治理管理活動(dòng)全過程數(shù)字化映射，并實(shí)現(xiàn)物理流域與數(shù)字孿生流域之間動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)信息交互和深度融合，保持兩者同步性、孿生性。重點(diǎn)是構(gòu)建數(shù)字流場(chǎng)，主要任務(wù)是建設(shè)數(shù)據(jù)底板，為智慧水利提供海量數(shù)據(jù)支撐。

　　開展智慧化模擬。在數(shù)據(jù)底板的基礎(chǔ)上，構(gòu)建水利專業(yè)模型、智能識(shí)別模型、可視化模型和模擬仿真引擎等組成的模型平臺(tái)，以及水利對(duì)象關(guān)聯(lián)關(guān)系、預(yù)報(bào)調(diào)度方案、業(yè)務(wù)規(guī)則、歷史場(chǎng)景、專家經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)引擎等組成的知識(shí)平臺(tái)，為智慧水利提供細(xì)化、量化、動(dòng)態(tài)、直觀的計(jì)算分析等功能。重點(diǎn)是支撐模擬仿真，主要任務(wù)是建設(shè)模型平臺(tái)和知識(shí)平臺(tái)，為智慧水利提供算法驅(qū)動(dòng)。

　　實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)化決策。在防洪調(diào)度、水資源管理與調(diào)配、水生態(tài)過程調(diào)控等預(yù)演的基礎(chǔ)上，生成決策建議方案。重點(diǎn)是制定最優(yōu)化方案，主要任務(wù)是科學(xué)制定預(yù)案，以便最大程度提前規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)、提高效益、減少損失。

　　（４）建設(shè)重點(diǎn)

　　算據(jù)是物理流域及其影響區(qū)域的數(shù)字化表達(dá)，是構(gòu)建數(shù)字孿生流域的基礎(chǔ)，包括自然地理、干支流水系、水利工程基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，業(yè)務(wù)管理數(shù)據(jù)，地理空間數(shù)據(jù)，經(jīng)濟(jì)社會(huì)信息等各類數(shù)據(jù)。

　　算法是物理流域自然規(guī)律的數(shù)學(xué)表達(dá)，是構(gòu)建數(shù)字孿生流域的關(guān)鍵，包括水利專業(yè)模型、智能識(shí)別模型、可視化模型以及水利對(duì)象關(guān)聯(lián)關(guān)系、預(yù)報(bào)調(diào)度方案、業(yè)務(wù)規(guī)則、歷史場(chǎng)景、專家經(jīng)驗(yàn)等內(nèi)容。

　　算力是數(shù)字孿生流域高效穩(wěn)定運(yùn)行的重要支撐，包括計(jì)算資源、存儲(chǔ)資源、網(wǎng)絡(luò)通信資源、會(huì)商環(huán)境等。

　　（５）“四預(yù)”之間的關(guān)系

　　“四預(yù)”之間環(huán)環(huán)相扣、層層遞進(jìn)，是數(shù)字孿生流域的出發(fā)點(diǎn)和落腳點(diǎn)。

　　“預(yù)報(bào)”是基礎(chǔ)，對(duì)各類水安全要素進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，為預(yù)警工作贏得先機(jī)。

　　“預(yù)警”是前哨，對(duì)各類危害及次生災(zāi)害的預(yù)警信息指導(dǎo)水利工作一線，為啟動(dòng)預(yù)演提供指引。

　　“預(yù)演”是關(guān)鍵，在數(shù)字孿生流域中對(duì)典型歷史事件場(chǎng)景下的水利工程調(diào)度進(jìn)行精準(zhǔn)復(fù)演，確保所構(gòu)建的模型系統(tǒng)準(zhǔn)確，對(duì)設(shè)計(jì)、規(guī)劃或未來預(yù)報(bào)場(chǎng)景下的水利工程運(yùn)用進(jìn)行模擬仿真，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，科學(xué)制定和優(yōu)化調(diào)度方案。

　　“預(yù)案”是目標(biāo)，確定工程調(diào)度運(yùn)用、非工程措施和組織實(shí)施方式，確保預(yù)案的可操作性。

　　三、建設(shè)具有“四預(yù)”功能的智慧水利體系目標(biāo)和任務(wù)

　　智慧水利建設(shè)是一項(xiàng)創(chuàng)新性工作，需要統(tǒng)籌謀劃、分步實(shí)施。

　　１．建設(shè)目標(biāo)

　　“十四五”期間建成全國統(tǒng)一、及時(shí)更新的數(shù)據(jù)底板以及多級(jí)協(xié)同的模型平臺(tái)和知識(shí)平臺(tái)，迭代提升信息化基礎(chǔ)設(shè)施，建成七大江河數(shù)字孿生流域并在重點(diǎn)防洪地區(qū)實(shí)現(xiàn)“四預(yù)”，在跨流域重大引調(diào)水工程、跨省重點(diǎn)河湖基本實(shí)現(xiàn)水資源管理與調(diào)配“四預(yù)”，Ｎ項(xiàng)業(yè)務(wù)智能應(yīng)用水平大幅度提升，數(shù)據(jù)共享和網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)能力明顯增強(qiáng)，為新階段水利高質(zhì)量發(fā)展提供有力支撐和強(qiáng)力驅(qū)動(dòng)。

　　到2023年年底完成數(shù)字孿生流域建設(shè)94項(xiàng)先行先試任務(wù)并取得預(yù)期成果。到2025年年底基本建成具有“四預(yù)”功能七大江河數(shù)字孿生流域。

　　２．主要建設(shè)任務(wù)

　　主要包括建設(shè)數(shù)字孿生平臺(tái)、信息化基礎(chǔ)設(shè)施、水利智能業(yè)務(wù)應(yīng)用以及網(wǎng)絡(luò)安全體系等四部分內(nèi)容。

　　（１）數(shù)字孿生平臺(tái)

　　數(shù)據(jù)底板。水利部本級(jí)建設(shè)覆蓋全國的L1級(jí)數(shù)據(jù)底板，主要包括全國陸域范圍的30m空間分辨率的數(shù)字高程模型（DEM）、2m空間分辨率的數(shù)字正射影像圖（DOM）、30m空間分辨率的流域下墊面地表覆蓋數(shù)據(jù)以及局部重點(diǎn)區(qū)域數(shù)字表面模型（DSM）。流域管理機(jī)構(gòu)和省級(jí)水行政主管部門建設(shè)覆蓋大江大河大湖及其主要支流江河流域重點(diǎn)區(qū)域的L2級(jí)數(shù)據(jù)底板，長(zhǎng)度約５萬km，面積約18萬km2。此外，水利部本級(jí)制定統(tǒng)一的水利數(shù)據(jù)模型和水利網(wǎng)格模型，并與各流域管理機(jī)構(gòu)和省級(jí)水行政主管部門協(xié)同建設(shè)數(shù)據(jù)引擎。

　　模型平臺(tái)。水利部本級(jí)組織各流域管理機(jī)構(gòu)共同建設(shè)水文、水力學(xué)、泥沙動(dòng)力學(xué)、水資源、水土保持、水生態(tài)、水利工程安全等7大類水利專業(yè)通用模型，各流域管理機(jī)構(gòu)和省級(jí)水行政主管部門根據(jù)具體需要建設(shè)流域特色模型；水利部本級(jí)建設(shè)遙感識(shí)別、視頻識(shí)別、語音識(shí)別等3類智能識(shí)別模型，以及自然背景、流場(chǎng)動(dòng)態(tài)、水利工程、機(jī)電設(shè)備等4類可視化模型。水利部本級(jí)與各流域管理機(jī)構(gòu)和省級(jí)水行政主管部門協(xié)同建設(shè)模擬仿真引擎。

　　知識(shí)平臺(tái)。水利部本級(jí)建設(shè)通用知識(shí)庫和水利知識(shí)引擎，各流域管理機(jī)構(gòu)和省級(jí)水行政主管部門根據(jù)需要定制擴(kuò)展具有流域特色的水利知識(shí)庫和水利知識(shí)引擎，并實(shí)現(xiàn)服務(wù)調(diào)用和共享交換。水利部本級(jí)編制水利知識(shí)庫建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范以及全國65條主要河流323個(gè)重要斷面的預(yù)報(bào)方案庫、水利對(duì)象關(guān)聯(lián)關(guān)系圖譜等知識(shí)庫。流域管理機(jī)構(gòu)建設(shè)約40場(chǎng)次歷史大洪水場(chǎng)景庫以及預(yù)警規(guī)則庫、調(diào)度預(yù)案庫等知識(shí)庫。

　　（２）信息化基礎(chǔ)設(shè)施

　　水利感知網(wǎng)。水利部本級(jí)建設(shè)感知數(shù)據(jù)匯集平臺(tái)、視頻級(jí)聯(lián)集控平臺(tái)和水利遙感服務(wù)平臺(tái)，并牽頭開展陸地水資源衛(wèi)星工程項(xiàng)目建設(shè)。各流域管理機(jī)構(gòu)和省級(jí)水行政主管部門建設(shè)流域、區(qū)域感知數(shù)據(jù)匯集平臺(tái)，擴(kuò)展定制視頻級(jí)聯(lián)集控平臺(tái)流域節(jié)點(diǎn)、區(qū)域節(jié)點(diǎn)和水利遙感服務(wù)平臺(tái)流域節(jié)點(diǎn)、區(qū)域節(jié)點(diǎn)，升級(jí)改造各類監(jiān)測(cè)站，并裝備無人機(jī)、無人船等。

　　水利信息網(wǎng)。水利部本級(jí)、各流域管理機(jī)構(gòu)和省級(jí)水行政主管部門優(yōu)化調(diào)整網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，推進(jìn)IPv6規(guī)模部署和應(yīng)用，擴(kuò)大互聯(lián)網(wǎng)帶寬。此外，水利部本級(jí)建設(shè)北斗水利短報(bào)文服務(wù)平臺(tái)，升級(jí)水利衛(wèi)星通信網(wǎng)。各流域管理機(jī)構(gòu)和省級(jí)水行政主管部門組織有關(guān)單位建設(shè)水利工程工控網(wǎng)等。

　　水利云。建設(shè)一級(jí)水利云水利部本級(jí)節(jié)點(diǎn)和7個(gè)流域管理機(jī)構(gòu)節(jié)點(diǎn)，其中水利部本級(jí)節(jié)點(diǎn)包括500臺(tái)基礎(chǔ)計(jì)算服務(wù)器資源、100PG存儲(chǔ)資源、300臺(tái)高性能計(jì)算服務(wù)器資源、30臺(tái)人工智能并行計(jì)算服務(wù)器資源；各流域管理機(jī)構(gòu)節(jié)點(diǎn)共包括540臺(tái)基礎(chǔ)計(jì)算服務(wù)器資源、32PB存儲(chǔ)資源、70臺(tái)高性能計(jì)算服務(wù)器資源、45臺(tái)人工智能并行計(jì)算服務(wù)器資源；省級(jí)水行政主管部門依托政務(wù)云、自建云等建設(shè)二級(jí)水利云。

　　（３）水利智能業(yè)務(wù)應(yīng)用

　　流域防洪。水利部本級(jí)、各流域管理機(jī)構(gòu)和省級(jí)水行政主管部門在國家防汛抗旱指揮系統(tǒng)工程、中小河流水文監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)、山洪災(zāi)害防治等項(xiàng)目建設(shè)成果基礎(chǔ)上，基于數(shù)字孿生平臺(tái)，搭建“１＋７＋３２”的流域防洪“四預(yù)”業(yè)務(wù)平臺(tái)。

　　水資源管理與調(diào)配。水利部本級(jí)基于數(shù)字孿生平臺(tái)，整合國家水資源信息管理系統(tǒng)、國家地下水監(jiān)測(cè)工程建設(shè)成果等，對(duì)接省級(jí)水資源管理與調(diào)配系統(tǒng)，擴(kuò)展水資源調(diào)配“四預(yù)”等功能，搭建國家水資源管理與調(diào)配系統(tǒng)。各流域管理機(jī)構(gòu)和省級(jí)水行政主管部門在此基礎(chǔ)上結(jié)合流域特點(diǎn)整合相關(guān)系統(tǒng)、擴(kuò)展功能、接入數(shù)據(jù)，搭建流域和區(qū)域水資源管理與調(diào)配系統(tǒng)。

　?。雾?xiàng)業(yè)務(wù)。水利部本級(jí)在已有信息系統(tǒng)基礎(chǔ)上，結(jié)合國家水利綜合監(jiān)管平臺(tái)，整合升級(jí)改造水利工程建設(shè)與運(yùn)行管理、河湖管理、水土保持、農(nóng)村水利水電、節(jié)水管理與服務(wù)、南水北調(diào)工程管理、水行政執(zhí)法、水利監(jiān)督、水文管理、水利行政、水利公共服務(wù)等業(yè)務(wù)應(yīng)用。各流域管理機(jī)構(gòu)和省級(jí)水行政主管部門在國家水利綜合監(jiān)管平臺(tái)基礎(chǔ)上，結(jié)合流域和區(qū)域業(yè)務(wù)特點(diǎn)整合相關(guān)系統(tǒng)、擴(kuò)展功能、接入數(shù)據(jù)，搭建流域、區(qū)域Ｎ項(xiàng)業(yè)務(wù)系統(tǒng)。

　　（４）網(wǎng)絡(luò)安全體系

　　水利部本級(jí)在網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)體系建設(shè)基礎(chǔ)上，強(qiáng)化數(shù)據(jù)安全防護(hù)，進(jìn)一步加強(qiáng)重要數(shù)據(jù)保護(hù)和地理空間數(shù)據(jù)安全使用；建立健全水利行業(yè)關(guān)鍵信息基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)安全監(jiān)測(cè)預(yù)警制度，建設(shè)水利關(guān)鍵信息基礎(chǔ)設(shè)施安全保護(hù)平臺(tái)。各流域管理機(jī)構(gòu)和省級(jí)水行政主管部門在現(xiàn)有安全體系建設(shè)基礎(chǔ)上，提升縱深防御、監(jiān)測(cè)預(yù)警、應(yīng)急響應(yīng)等網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)能力，重點(diǎn)保護(hù)水利關(guān)鍵信息基礎(chǔ)設(shè)施。

　　３．建設(shè)布局

　　按照“突出重點(diǎn)、急用先建”原則布局，“十四五”期間主要覆蓋大江大河大湖及其重要支流的重要水利設(shè)施，包括長(zhǎng)江、黃河、淮河、海河、珠江、松花江及遼河、太湖等大江大河大湖干流，以及180條主要支流及其他重點(diǎn)河流、20個(gè)重點(diǎn)湖泊、98個(gè)行蓄滯洪區(qū)、123個(gè)重點(diǎn)水庫、140個(gè)重點(diǎn)水閘、14個(gè)重要引調(diào)水工程、47處其他水利工程等。

　　業(yè)務(wù)上按照“大數(shù)據(jù)、大平臺(tái)、大安全”原則布局，底層數(shù)據(jù)通過數(shù)字孿生平臺(tái)橫向貫通，業(yè)務(wù)應(yīng)用層相對(duì)獨(dú)立，涵蓋流域防洪、水資源管理與調(diào)配和Ｎ項(xiàng)業(yè)務(wù)。各級(jí)水行政主管部門之間按照“三級(jí)部署、多級(jí)應(yīng)用”原則布局，部署在水利部本級(jí)、流域管理機(jī)構(gòu)和省級(jí)水行政主管部門三級(jí)，支撐各級(jí)水行政主管部門業(yè)務(wù)應(yīng)用。

　　４．推進(jìn)數(shù)字孿生流域共建共享

　　數(shù)字孿生流域建設(shè)涉及上下游、左右岸、干支流及地表地下，量大、面廣，單靠一個(gè)單位是無法完成的，必須推進(jìn)共建共享。

　　以流域?yàn)閱卧⒖臻g為邊界、制度標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，水利部本級(jí)、流域管理機(jī)構(gòu)、省級(jí)水行政主管部門的三級(jí)數(shù)字孿生平臺(tái)建設(shè)為依托，數(shù)字孿生流域資源共享平臺(tái)為抓手，打牢數(shù)據(jù)底板共建共享重點(diǎn)，突破模型平臺(tái)共建共享難點(diǎn)，開展知識(shí)平臺(tái)共建共享試點(diǎn)，兼顧算力資源共建共享，構(gòu)建整體謀劃、協(xié)同推進(jìn)的整合集約共建機(jī)制，完善統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、聯(lián)通共融的高效可控共享機(jī)制，推進(jìn)數(shù)據(jù)、模型、知識(shí)、算力等資源共建共享。

　　構(gòu)建全國統(tǒng)一的數(shù)字孿生流域資源共享平臺(tái)，制定統(tǒng)一的數(shù)據(jù)、模型、知識(shí)等資源服務(wù)封裝、接口調(diào)用、運(yùn)行監(jiān)控、質(zhì)量評(píng)估、異常反饋等標(biāo)準(zhǔn)，開發(fā)注冊(cè)、維護(hù)、下載、調(diào)用、監(jiān)控、運(yùn)營以及用戶、權(quán)限、評(píng)估等功能，逐步支持水利行業(yè)內(nèi)外用戶實(shí)現(xiàn)算據(jù)、算法、算力等資源的共建共享。

　　數(shù)據(jù)底板方面，水利部本級(jí)、流域管理機(jī)構(gòu)和省級(jí)水行政主管部門按照統(tǒng)一的水利數(shù)據(jù)模型標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建數(shù)據(jù)引擎，按照各自共享清單將數(shù)據(jù)資源注冊(cè)到數(shù)字孿生流域資源共享平臺(tái)并負(fù)責(zé)維護(hù)，用戶可通過數(shù)據(jù)引擎綁定服務(wù)接口或下載一次性數(shù)據(jù)資源產(chǎn)品集等方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)調(diào)用。

　　模型平臺(tái)方面，水利部本級(jí)、流域管理機(jī)構(gòu)和省級(jí)水行政主管部門按照兼容性要求構(gòu)建模擬仿真引擎，按照各自共享清單將模型資源注冊(cè)到數(shù)字孿生流域資源共享平臺(tái)并負(fù)責(zé)維護(hù)，用戶可下載模型映像到本地或采用在線調(diào)用模型服務(wù)接口等方式實(shí)現(xiàn)模型調(diào)用。

　　知識(shí)平臺(tái)方面，水利部本級(jí)組織各流域管理機(jī)構(gòu)和省級(jí)水行政主管部門構(gòu)建統(tǒng)一的水利知識(shí)引擎，按照各自共享清單將知識(shí)資源注冊(cè)到數(shù)字孿生流域資源共享平臺(tái)并負(fù)責(zé)維護(hù)，用戶可采用知識(shí)引擎綁定服務(wù)接口等方式實(shí)現(xiàn)在線調(diào)用。

　　５．開展以數(shù)字孿生流域建設(shè)為核心的先行先試

　　智慧水利建設(shè)體系龐大、任務(wù)繁重、時(shí)間緊迫，需要按照頂層設(shè)計(jì)和相關(guān)技術(shù)文件要求，總體謀劃、科學(xué)組織、多方協(xié)同、合力推進(jìn)。其中數(shù)字孿生流域建設(shè)是一項(xiàng)技術(shù)難度大、實(shí)施復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)和試點(diǎn)建設(shè)。

　　以數(shù)字孿生流域建設(shè)為主線，以數(shù)字孿生水利工程建設(shè)為切入點(diǎn)和突破口，以實(shí)現(xiàn)水利業(yè)務(wù)“四預(yù)”功能為目的，在大江大河重點(diǎn)河段、主要支流及重要水利工程開展數(shù)字孿生流域建設(shè)先行先試，示范引領(lǐng)數(shù)字孿生流域建設(shè)有力有序有效推進(jìn)，加快構(gòu)建智慧水利體系。

　　開展數(shù)字孿生流域建設(shè)，著重解決水利行業(yè)數(shù)據(jù)資源體系不完備、基礎(chǔ)設(shè)施配套不完善、網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險(xiǎn)高、數(shù)據(jù)分析和支撐能力弱、保障體系不健全等突出問題，打通內(nèi)部數(shù)據(jù)孤島，釋放數(shù)據(jù)價(jià)值，提升水利信息化資源共享、數(shù)據(jù)服務(wù)能力、分析計(jì)算、決策支撐、智能應(yīng)用和可視化表達(dá)能力，提升水治理體系和治理能力現(xiàn)代化，非常必要和迫切。

　　水利部正依托國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃《多尺度流域水資源和水利設(shè)施遙感監(jiān)測(cè)應(yīng)用示范（SQ2021YFB3900015）》開展數(shù)字孿生流域關(guān)鍵技術(shù)研究，研發(fā)數(shù)字孿生流域原型系統(tǒng)，同時(shí)部署開展56家單位94項(xiàng)數(shù)字孿生流域先行先試任務(wù)，并把數(shù)字孿生水利工程作為切入點(diǎn)和突破口，探索一批可復(fù)制、可推廣的優(yōu)秀案例、典型模式和技術(shù)路徑，為全面建成具有“四預(yù)”功能的智慧水利體系積累經(jīng)驗(yàn)。