海河流域典型蓄滞洪区经济状况及其数字孪生建设思考

张亚玲，王计平

（1.天津市龙网科技发展有限公司，天津 300170；2.中国林业科学研究院天津林业科学研究所，天津 300274）

2021 年12 月23 日，水利部召开推进数字孪生流域建设工作会议，李国英部长立足新阶段水利高质量发展全局，全面系统深入阐述了为什么要建设数字孪生流域、怎样建设数字孪生流域、如何保障推进数字孪生流域建设等重大问题，为当前和今后一个时期全国水利系统推进数字孪生流域建设提供了行动指南[1]。蓄滞洪区是利用湖泊、洼地滞蓄调节洪水的区域，它作为江河流域防洪减灾体系的重要组成部分，不仅在流域防洪安全中发挥不可替代的重要作用，同时在保障区内民生、促进流域经济社会发展中扮演重要角色。利用蓄滞洪区有计划主动分蓄流域超额洪水是保障流域整体防洪安全、减少洪水灾害损失的有效措施和重要手段。由于蓄滞洪区的区位特殊性，特别是水文单元与经济区划之间的不匹配，其治理与发展一直存在社会管理薄弱、信息化建设滞后等突出问题，制约着流域水利数字化、智慧化建设。人口、经济等数据资料是流域蓄滞洪区重要的基础信息，蓄滞洪区经济社会信息的快速掌握与精准分析能够为流域洪水调度决策、灾情评估等工作提供重要的数据支持。研究和实现蓄滞洪区经济社会数据的数字化智能化应用，提升蓄滞洪区现代化管理水平，补齐防洪“短板”问题，在数字孪生流域建设中不容忽视。为此，本文以数字孪生流域建设为背景和需求引领，以海河流域蓄滞洪区为对象，通过对其主要经济社会指标变动情况进行分析，多角度掌握海河流域蓄滞洪区内经济社会状况，探究经济社会基础信息建设与数据挖掘对策，为促进蓄滞洪区安全科学管理和推进数字孪生流域建设提供必要的依据。

1 蓄滞洪区基本情况

蓄滞洪区是海河流域防洪体系的重要组成部分[2]。按照2009 年国务院批复的《全国蓄滞洪区建设与管理规划》，全流域共规划国家级蓄滞洪区28处，涉及北三河、永定河、大清河、子牙河、漳卫河5大河系，分布于北京市、天津市、河北省、山东省、河南省5 个省（直辖市）。根据2012 年《海河流域蓄滞洪区建设与管理规划》统计结果，28 处蓄滞洪区总面积10 693 km2，可蓄滞洪水总量198亿m3。海河流域平原区围坡、垄岗、河渠、洼淀等地貌类型纵横交错分布、相互分割，其众多的洼淀历史上就是行洪、排涝、蓄滞的场所。从历史运用情况来看，1949—2000年共计启用128处/次，平均每年启用2.45处/次，流域蓄滞洪区启用机率比较高。长期以来，海河流域蓄滞洪区治理发展存在安全设施不足、管理薄弱、信息化建设滞后等问题，致使安全有效蓄滞洪水与区内居民安居、防洪安全及经济发展之间的矛盾日益突出。特别是2021 年海河流域经历罕见夏秋连汛，流域11 处蓄滞洪区启用发挥了重要的防洪效益，但也暴露出流域蓄滞洪区防洪工程基础偏弱、管理水平相对落后等诸多问题。

2 区内主要经济社会指标信息变化情况

结合《关于加强蓄滞洪区建设与管理的若干意见》（2006 年）、《全国蓄滞洪区建设与管理规划》（2009 年）、《海河流域蓄滞洪区建设与管理规划》（2012 年）、《海河流域蓄滞洪区基础信息测量及复核项目总体设计》（2015 年）等规划设计文件成果，辅助相关研究文献，以蓄滞洪区为基本统计单元，采用外业资料调查收集结合地方填报的信息获取、内业数据整编校核及数理统计的工作模式，完成蓄滞洪区内不同行政区、不同河系的主要经济社会指标数据统计，包括人口数量、耕地面积、农业总产值、工业总产值、社会生产总值（GDP）、固定资产总值等信息。数据年份选择流域蓄滞洪区建设与规划水平年（2004 年）和统计复核水平年（2014 年）为依据，采用统计比对方法，分析海河流域经济社会发展状况及其差异。

2.1 主要经济社会指标信息整体变化特征

由2004—2014 年海河流域蓄滞洪区主要经济社会指标比较来看，蓄滞洪区整体人口数量从2004年的521.16 万人增加到2014 年的580.62 万人，上升了11.41%；耕地面积在11 a 间从68.4 万hm2下降到63.56万hm2，下降了7.08%；社会生产总值从2004年的584亿元增加到2014年的2 445.52亿元，增幅达到了318.54%；工业总产值在11 a 间由366.8 亿元增加到3 018.76 亿元，增幅达到了747.54%；固定资产总值由2004 年的747.92 亿元增加到1 078.38 亿元，上升比例44.18%。由此可见，海河流域蓄滞洪区人口数量大，内部平均人口密度达到了543 人/km2，远远超过了全国平均水平，结合当前流域防洪安全情势和需求，严格控制蓄滞洪区内部人口增长任务越来越迫切[3]。在过去11 a 间，社会生产总值、工业总产值经济指标大幅度增加，固定资产总值占国民经济的比重较大，整体经济发展较快。同时，海河流域蓄滞洪区耕地面积有减少趋势。

2.2 不同行政区主要经济社会指标信息差异

海河流域蓄滞洪区涉及河北、河南、天津、北京、山东5省（直辖市），以2014年为统计复核水平年，主要经济社会指标统计详见表1。

由表1 可知，蓄滞洪区内河北省除工业总产值排第二位外，其余指标均为区内最大，总人口占比65.84%，耕地占比61.79%、农业总产值占比55.65%，社会总产值占比47.22%，固定资产总值占比45.73%；天津市工业总产值占比最大，占全区总量的43.67%，其他指标均仅次于河北省；山东省的总人口最少；北京市的耕地面积、农业总产值、工业总产值、社会总产值、固定资产总值最小。从人均水平来看，蓄滞洪区内河南省人均社会总产值最小为2.27 万元，山东省最大为18.79 万元，天津次之为9.03 万元；山东、天津2 省市人均固定资产总值比较高，分别为5.17万、4.44万元。通过主要经济社会指标信息统计比较，可以看出，海河流域蓄滞洪区内不同行政区之间主要经济社会指标信息差异很大，河北、天津2 省市是区内主要经济社会指标比重较大的地区，天津市以工业产值为主，河北省以农业产值为主，山东省人均社会生产总值最高。

表1 海河流域蓄滞洪区不同行政区主要经济社会指标统计

2.3 不同河系主要经济社会指标信息差异

海河流域蓄滞洪区涉及北三河、永定河、大清河、子牙河、漳卫河5 条河系，主要经济社会指标统计详见表2。

表2 海河流域蓄滞洪区不同河系主要经济社会指标统计

由表2 可知，大清河系蓄滞洪区面积占比达到50%，系内各项经济社会指标比重在全流域蓄滞洪区内较大，工业总产值、GDP 和固定资产总值占比分别为60%、59%和57%。经济社会重心主要分布在大清河、子牙河一带，人口、GDP 和固定资产总值占比均达到了河系整体的70%以上。从人均来看，北三河系内人均农业总产值、固定资产总值最大，分别为1.33万、2.81万元；永定河系内人均GDP最高，为5.69 万元；大清河系内人均工业总产值最大达7.01万元，人均农业总产值最低为0.61 万元。从单位面积经济效益来看，漳卫河系内蓄滞洪区在农业总产值、工业总产值、固定资产总值和GDP 上，均显著高于其他河系，分别为684.5 万、5 282.29万、1 341.36万和3 227.33 万元/km2；永定河系、大清河系内单位面积农业总产值较低；子牙河系内单位面积工业总产值、GDP 最低；永定河系内单位面积固定资产总值最低，其次为子牙河系。蓄滞洪区经济社会指标及效益表现在不同河系间差异较大，应加强经济社会复核与优化管理。

3 数字孪生流域蓄滞洪区经济社会数据建设思路

由前文可知，蓄滞洪区经济社会情况在不断变化中，从河系、行政的角度分析，差异明显。及时掌握这些变化规律及趋势，有助于管理部门制定科学合理的洪水调度决策方案，在洪灾发生时尽可能减少人民生命财产损失。此外，经济社会数据还是灾情评估及洪水调度决策调整的数据支撑和有力依据。因此，如何快速精准地掌握经济社会数据，使之在数字孪生流域建设中能为完善业务规则、构建知识图谱和水利专业模型发挥作用，实现在蓄滞洪区防洪管理中的数字映射、智能模拟。

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、水利知识为驱动的智慧水利模型平台，可以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，并实现与物理流域同步仿真运行、虚实交互、迭代优化。蓄滞洪区是数字孪生流域建设防洪工作中的重要组成部分，主要涉及数据建设、模型建设、知识图谱建设等。数据建设包括蓄滞洪区DOM 和DEM 等空间数据、蓄滞洪区水利基础数据和业务管理数据以及跨行业共享数据。其中，经济社会数据可主要通过行业共享的方式获取。数据共享需要在完善的共享管理制度下开展，通过符合共享标准和协议的操作平台，在网络安全监督机制的规范下，明确业务和数据共享规则，实现通用接口的数据共享。通过共享得到的经济社会数据，将参与到数据模型、水利知识图谱、水利专业模型等的建设和运行中。蓄滞洪区经济社会数据共享建设思路，如图1所示。

图1 蓄滞洪区经济社会数据共享建设思路

4 思考与建议

通过对海河流域蓄滞洪区主要经济社会指标统计分析，可以看出，随着经济社会的发展和人口数量的增长，蓄滞洪区在承担防洪、蓄洪等多种功能的同时，已经成为事实上的居住聚集区和农业与工业区。保障区内居民生命财产安全，协调处理好分蓄洪区和区内发展关系，迫切需要加强蓄滞洪区经济社会基础信息建设与优化管理。随着数字孪生流域建设工作的开展，蓄滞洪区经济社会数据的时效性、精准性和信息化管理水平亟需提升。在此，针对流域蓄滞洪区经济社会建设提出几点建议。

（1）加大对流域蓄滞洪区经济社会及相关基础设施信息建设的投入力度，加强对蓄滞洪区基础信息相关系统的管理与完善，研究构建蓄滞洪区基础信息知识图谱，做好数据治理与挖掘，夯实流域水利数字化、智能化建设的基础。目前，海河流域蓄滞洪区基础信息还不能适应蓄滞洪区建设与管理要求，是蓄滞洪区这一防洪体系薄弱环节中的“薄弱环节”。海河流域大部分蓄滞洪区多年未启用，区内人口数量较多，经济发展迅猛，各类基础设施建设不断加强，一些蓄滞洪区经济社会相关资料的准确性和可靠性不能满足洪水调度决策、灾情评估等工作要求，需要常态化、动态化、系统化进行经济社会资料收集整理和复核入库，形成一套全面、完整、准确的蓄滞洪区经济社会发展指标等的基础信息数据、数字成果，以更好地促进数字孪生流域建设。

（2）积极与国土空间规划对接，加强资源整合与共享，实现空间及相关基础信息互联互通[4]。在国土空间规划语境和空间体系下，对全域、全要素的关注已成为共识，特别是“三生”空间对土地用途、功能的管制，强调各种空间要素和资源要素的利用和科学配置，与流域蓄滞洪区防洪体系布局、区内土地资源合理利用、经济社会要素管理关系密切，应加强蓄滞洪区基础信息、水文水情信息与国土空间信息数据联系和统一，实现蓄滞洪区数据资源的跨部门、跨层级、跨业务、跨系统的融合与共享，推动区内土地资源及各类要素空间信息动态更新与高效管理，根据国土空间规划、流域防洪规划等，优化行蓄滞洪区布局，明确行蓄滞洪功能要求，实施行蓄滞洪工程建设，确保行蓄滞洪区有效运用。

（3）积极对接和融入海河数字流域智慧建设工作[5]，充分考虑新一代信息技术与区内工作业务的深入融合，以实现数字化场景、智慧化模拟、精准化决策为路径，着力整合下垫面条件、水文、水利工程、经济社会等资源和已有基础设施信息化工作，制定具有预报、预警、预演、预案功能的流域蓄滞洪区智慧管理应用系统，进一步明确当前和今后一段时期蓄滞洪区信息化建设任务书、时间表和路线图，使之成为“十四五”流域信息化建设与管理的重点内容。