鹿城区水利全域数字化管护的探索

程劲钢，杨建勇，张哲任

（1. 温州市鹿城区农业农村局（区水利局），浙江 温州 325000；2. 浙江禹贡信息科技有限公司，浙江 杭州 310052）

1 引言

鹿城区水利全域数字化管护平台项目的建设是全面贯彻习近平新时代“节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力”的十六字治水新思路，也是贯彻落实国家水利部提出“水利工程补短板（信息化是最大短板）”的总基调，推进新时代水利现代化建设的重要举措，更是对浙江省数字化改革总体方案得进一步深化，鹿城区水利全域数字化管护平台建设对于推动数字政府建设，提高政府服务效率，创新工程管理模式，降低管理成本，提高水利智慧化管理能力，加强社会公众服务和行业监管能力，保障水利工程安全及人民生命安全具有重要意义[1]。

（1）“智慧水利”建设需要

根据《水利网信水平提升三年行动计划》、《加快推进智慧水利的指导意见》、《智慧水利总体方案》等政策文件，要求构建覆盖全国江河水系、水利工程设施体系、水利管理运行体系的基础大平台，建立物理分布、逻辑统一且服务于各层级、各专业水利业务应用的水利大数据，建立涵盖洪水、干旱、水工程安全运行、水工程建设、水资源开发利用等主要水利业务需求的应用大系统，建立多层级、一体化、主动感知智能防御的网络大安全，通过智慧水利的建设，为国家水治理体系和治理能力现代化提供有力支撑。

（2）数字政府改革的需要

围绕《浙江省数字化改革总体方案》的相关工作要求，明确以党建统领，业务为本，数字赋能，在水利行业中，聚焦水旱灾害防御、河湖库保护、节水供水、公共服务等重点领域，抓住一到两个关键点全力攻关，大胆推进机制创新，不断提升水利“整体智治”水平。以云计算、大数据、物联网、人工智能、5G等新一代信息技术的创新应用为引领，以区域特色应用场景为抓手，推进水资源保障、河湖库保护、水灾害防御、水发展规划、水事务监管和水政务协同等业务领域的数字化改革，为实现水治理体系和治理能力的现代化具有重要意义。

（3）信息化设备和应用的需要

鹿城区农业农村局历来十分重视数字化建设，近年来投入大量资金开展了数字化建设工作。2016年起陆续建设鹿城区水利工程运行管理平台、山洪灾害预警平台二期、洪水风险图管理系统、水利工程监控可视化系统。2020年，从海洋气象部门接入实时监测的潮位数据包括郭公山潮水位站、灵昆潮位站、梅岙站、花园头站、青田圩仁站（鹤城站）进行防潮形势人工研判。鹿城区着手谋划鹿城区水利全域水利数字化建设，涵盖水利数据仓、统一门户建设、数字海塘、数字水闸、水域数字化管理等内容，数字化建设项目已列入年度鹿城区政府投资计划。鹿城区水利信息化经过多年的发展，虽然取得了一定的成绩，但仍有许多与新时期水利信息化建设要求不相适应的地方。

2 现状分析

2019年1月，全国水利工作会议分析了当前治水形势，明确指出水利信息化列为四大短板之一，强调强大的信息系统是水利监管的重要支撑。水利信息化被提到前所未有的高度，迎来重大机遇和挑战。本项目建设是补齐水利信息化短板、加强行业监管的重要举措，对提升水利全域数字化监督、运行、管理和维护能力，为区域水利发展提供重要支撑[2]。

近年来上下各级单位和部门在水利数字化建设中投入大量资金，陆续开展了各类数字化平台和系统建设，目前已建成有各级水利工程运行管理平台、山洪灾害预警平台、水利工程监控可视化系统、水雨情测报系统、标准化平台、自动化操作系统等各类系统和操作平台，登录用户账户多、信息资料上传多，提高了对基层水利人的信息化要求。2021年根据数字化改革要求，鹿城区着手谋划全域水利数字化建设，涵盖水利数据仓、统一门户建设、集成各平台登录统一门户，通过数字海塘、数字调度、数字水域管理、智能物业化等内容建设，经过一年多整合提升鹿城区水利信息化取得了重大成效。

鹿城区的水库、海塘、堤防、泵水闸等工程在面对此类自然灾害时，起到阻拦海溢、拦蓄洪水、供应水资源等作用，为降低灾害影响和损失方面发挥了重要功能，为社会经济稳定发展提供重要保障。

3 存在问题

根据鹿城区水利管理现状，亟需通过信息技术手段改变行业粗放管理现状，实现从经验管理向科学监管转变，也是保障工程安全运行、发挥工程社会效益的迫切需要。

（1）尚未形成完整的感知体系

已建成一批水雨情、水量、视频、运管平台、山洪灾害、洪水风险图等水利数据采集设施，但是在采集种类、采集密度、设备维护和设备更新、智能化应用等方面和水利业务工作的需求还有差距，还没有形成完整的水利信息化基础设施体系。

（2）软件与业务尚待深度融合

应用系统和水利业务工作还未充分深度融合，信息化基本还停留在信息采集和查询的深度，还没有对水旱灾害防御、物业化管理、水域管理等的业务流程进行专题的深入分析，业务流程还是以手工为主进行，未充分利用信息化手段优势。各类应用系统对水利管理业务的支撑在深度和广度及各系统的融合度还不能满足工作需求。

（3）智慧化应用尚待深度提升

水利信息化项目建设在知识化、智慧化方面的应用不足，智慧水利建设的发展战略以及关键实施途径仍处在探索过程中，建设成功的智慧化案例还较少。需要充分利用水利模型建设的基础上，利用大数据、人工智能等技术，在洪水风险分析、风暴潮预报预警、水利工程智能化运行方面进一步加强数字化应用建设，形成对决策的有力支撑。

（4）网络安全保障尚有提升空间

由于历史原因，不同时期建设的水利业务系统安防标准不一，数据资源、网络环境等整体安全防护水平不高，国产密码运用不足，应用安全防护措施无法适应新的网信安全需求。同时，系统运行维护机制还不健全。因此，网络安全保障措施还需进一步提升以满足水利数字化转型长效运营的需求。

本项目实现了水利部智慧水利和省厅水平台建设要求的地方智慧水利实施项目，响应浙江省政府数字化改革要求的重要举措。

4 解决方案

围绕“水利工程补短板，水利行业强监管”水利工作总基调，并以浙江省数字化改革总体方案为指导，立足鹿城区水利信息化发展现状，充分运用大数据、物联网、移动互联、人工智能等新一代信息技术[3]，逐步构建天空地一体化水利感知网，聚焦数据共享和跨业务、跨部门协同，建设集在线互联、数据共享、业务协同、决策支持等功能于一体的鹿城区水利全域数字化管护平台，全面推进水利数字化改革，强力驱动鹿城区水治理体系和治理能力的现代化。通过海塘安澜工程和海塘感知设施基础建设，提升海塘基础防御能力；加强海塘管理数字化改革，创新制度，重塑流程；开展技术创新和研究应用，打造多跨协同场景。主要核心技术包括：

（1）多模态组件化技术

针对鹿城区域海塘防潮能力动态研判场景，打造了可拓展多模态组件12个，形成组件库。根据实际业务需要，各个组件组合生成固定核心业务场景，当前场景不满足需求时，可随机组合配置个性化场景，实现应用内组合和跨部门组合的场景可拓化打造，打通部门之间应用场景配置和数据共享的壁垒。

（2）风暴潮预警预报模型

对鹿城区的风暴潮影响进行计算 ，建立了基于郭公山天文潮预报、台风预报及风圈影响、气象短临降雨预报等因素融合地理、水文、水动力学模型，建立重点防洪排涝区域瓯江、戍浦江风暴潮风险研判、山洪灾害风险预警等数字化模块，推进流域预报调度一体化建设，完善区域水利防洪排涝“概化图”“剖面图”“风险图”三张图，提升海塘、山洪灾害预报、瓯江洪水演进、水利工程调度和保护区风险评估等数字水平的风暴潮预警预报模型，建立了 “蓝、黄、橙、红”的风暴潮四色预警体系，实现了海塘防潮动态预警，为保障鹿城区人民提前做好风暴潮风险防御工作发挥了重要作用[4]。

（3）抢险调度最优路径模型

结合鹿城区及温州地区抢险物资仓库、抢险队伍、社会救援力量等数据，协同交通部门的路径数据、应急部门的避灾点数据、公共管理部门的医院信息等数据，当风险来临时通过最优路径计算模型生成抢险救援调度最优方案，为领导及抢险专家提供科学的决策依据，从而赢得了宝贵的抢险救援时间。

（4）三维孪生数字海塘技术

针对七都海塘环岛开展了三维孪生数字海塘技术的应用，将环岛海塘堤防、核心泵闸站、低洼易淹没点等采用倾斜摄影、GIS、三维引擎等核心技术，综合打造了七都三维孪生数字海塘，实现了海塘防潮淹没预演预练、历史台风影响模拟复盘、泵闸站状态模拟交互等功能。

（5）全要素二维码管理技术

扩展浙江省水利工程运行管理系统海塘管理模块，强化综合全要素管理，纳入了规划、设计、建设等报告、图纸、断面、桩号等全过程资料，通过二维码实现红（黄）绿灯“一码监管”，实现事故红码和隐患黄码的动态追踪、定时清绿。

5 措施

根据水利部《智慧水利总体方案》、《浙江省数字化改革总体方案》，结合鹿城区水利全域数字化管护平台建设要点要求，本项目建设措施如下：

完善基础设施体系建设。基础设施体系建设主要包括中心控制室建立、物联感知设备的部署及数据接入、区域海塘防潮预警场景三维模型等内容。

数据资源体系建设。根据省水利数字化改革要求建设鹿城区水利数据资源体系，梳理数据资源目录、建成综合数据库、实现数据初始化与汇聚及数据共享交换。一是全面整合水利数据资源，通过整编水利基础数据资源和省级统建应用、区级自建应用数据资源，进行数源划分，确定数源责任，并将本次整编的数据资源100%录入水利数据仓，初步形成水利信息资源管理机制和管理规范，实现“一数一源、一数一责”的管理目标。二是与运管平台无缝衔接，接入省厅水利工程运行管理平台及温州市相关水利信息化系统，实现系统之间的集成与融合。

应用支撑体系建设。为上层应用提供技术支撑能力，主要包括统一门户二次开发、海塘潮位警戒值核定、预警短信组件、基础数据管理组件、实时数据汇集组件、三维模型等。

业务应用体系建设。建设三大应用场景，包括海塘防潮风险态势评估应用场景、瓯江流域水旱灾害防御应用场景、工程物业综合管控应用场景，并实现业务在浙政钉上应用。服务器设在区大数据中心，通过云主机、数据库的形式，建设建立网络完全防护系统，并开展安全二级等级保护测评工作。

6 取得成效

6.1 运行实效

（1）全省首次出台区级海塘管理办法，助力数字化改革制度创新。制定并发行专门针对区域海塘运行管理的《鹿城区海塘管理办法（试行）》和《鹿城区海塘物业化管理考核办法（试行）》，创新制度作为海塘防潮数字化提升的依据。

（2）研发省级工程运管海塘管理模块，推动数字化改革全省推广。原浙江省水利工程运行管理海塘管理模块，仅有海塘塘身相关管理，通过本次防潮能力研判项目成功增补了：塘前、塘后、保护区、附属设施、交叉建筑物等管理，包括数据更新机制，基础数据管理，管理结构和管理流程等。实现了海塘全过程综合展示和管理、业务流程信息化监督和管理，并面向全省开放和推广应用。

（3）开展七都数字孪生海塘建设，打造数字化应用孪生海塘。积极响应水利部李国英部长提出的水利工程数字孪生理念，将七都海塘环岛14.8 km的海塘、泵闸等，依托GIS、三维倾斜摄影、BIM建模等技术、打造七都孪生数字海塘。

（4）打造风暴潮预警预报场景，提升数字化防潮排涝能力。采用组件化封装技术打造海塘防潮态势研判、防潮预演预报、防潮风险预警、防潮抢险预案等小切口场景应用，实现预警隐患一键督办，汛前汛中灾害评估，海塘风险快速调度。

（5）建设完善水工程安全物联感知体系，升级数字化水工程安全防护。七都、十里闸泵站、戍浦江大闸、仰义水闸安全物联感知体系建设，包括水平位移监测、垂直沉降监测、自动化采集等。建设成水闸泵站可视化监管和工程数字化管理，为鹿城水平台智慧应用提供基础感知体系数据支撑。

（6）汇聚打通纵向横向数据共享通道，建设鹿城区水利数据仓库。纵向实现与浙江省水平台、温州市水平台、现地监测和自动化控制系统的数据共享。横向实现与温州市资规局、温州市气象局、鹿城区应急救援等相关部门的数据共享。

（7）全面统筹精细研发各类业务模块，打造数字化特色区级应用。打造了一批具有区域特色的小切开场景应用，如组件化水利一张图、海塘工程名录、风暴潮预警预报、预演预练、预警预案、风险管理、督办中心等。

6.2 水治理成效

（1）海塘安澜基础建设。通过海塘安澜工程建设，投入资金超过30多亿，加固海塘23 km，提升海塘防洪标准从50年一遇提升到100年一遇；其中卧旗山海塘工程荣获钱江杯和大禹奖。

（2）海塘管理制度创新。出台全省首个县区级海塘管理办法，修订制度和电子文件226项，再造流程36项。

（3）数据资源管理体系。打通鹿城区水利标化管理平台、鹿城区山洪灾害平台、温瑞平管理中心运行平台等16个，融合水位观测、潮位数据和雨量数据，应急管理救援仓库和避灾点数据，标化平台视频系统、巡查数据和隐患数据等，通过七都等8个属地街道、海塘管理各物业管理公司、城东水利管理所、温州市城市发展中心采集共享数据已达508万条。实现了数据集成与多跨共享交换，最大限度管控风险减少损失。

（4）核心技术创新成果。获得国家软件著作权1项，公开发表论文5篇；成果获鹿城区社科联立项并结题，获市水利局水利数字化改革优秀案例。

（5）核心成果推广应用。核心基础管理模块被浙江省水利厅水利工程运行管理系统采纳融合，面向全省推广应用，其中拓展基础管理模块17个，新增字段109项，汇聚了特性数据570万条，实时数据7类307个点523万条。

（6）核心场景社会效益。组件化框架设计，打造可拓展组件12个，形成组件库。结合组件化技术、风暴潮预警预报技术、三维数字孪生技术等，提升区域海塘防潮能力，动态研判风险过程，实现风险“四预”闭环管控，社会效益显著。

（7）治理成效媒体采纳。数字化场景获中国水利部《中国水利报》头版报道，获中宣部《学习强国》特推。

将省级统建应用以及鹿城区自建应用，统一集成到鹿城区水利全域数字化管护平台，形成鹿城区水利行业统一工作平台。基于水利数据仓，实现已有水利数据的实时统计和监控，实现省区县协同办公。提升水利信息安全防护体系。依托政务云资源，按照“五统一”要求建设水利信息安全防护体系，接入平台的业务模块二级等保达标率达100%，鹿城区水利全域数字化管护平台网络安全保障能力符合相关要求。