福州市智慧水利建设实践与思考

林 芳 黄子航 陈鸿图

（福州市水利局，福州 350007）

福州市地处东南沿海，地域特征明显，境内多山，河流众多，水资源丰富但分配不均，水旱灾害频发。2021年来，福州市遵循“开放应用、整合通用、强化共用”原则，围绕“市级部署、市县共用”的目标，运用大数据、人工智能、数字孪生等新型技术手段，挖掘与分析水利行业信息，按照“两中心、一张图、两平台、N应用”框架总体规划，先急后缓，分期实施智慧水利平台。2022年上线运行后，福州智慧水利平台（一期）情况良好，基本实现数据集约化、管理数字化、决策智能化的建设目标。

1 建设背景

1.1 信息化建设现状

福州市水雨情监测站点超420处，共享视频站点270处；依托福州市政务大数据等平台，共享气象、水文、生态等相关部门监测站点334处；建成的政务网、政务外网、互联网、联通专线等网络已覆盖全市水利部门；建成的福州市山洪灾害监测预警系统用于水利部门省市县3级信息集中采集与交换；建成或部署业务应用系统18个，其中市级6个、县（区）级12个，主要集中在山洪灾害监测预警、智慧河长、水土保持监管、水雨情自动测报、水利智能可视化等方面。水利信息基础设施、水利数据采集基本满足了日常业务管理需要，水利感知体系、基础数据库、业务应用系统初具规模，为进一步提高全市水利信息化水平提供有利条件。

1.2 信息化建设短板与不足

目前，已建的各类水利信息化系统功能需求单一，应用主要集中在采集、监视、展示，系统集成与扩展性弱；系统间基础数据相对封闭，数据建设存在“建多用少”“一数多源”“数据冲突”等问题，数据共享难度大；站点布局不足，信息采集类别不全，全新感知技术应用不足，全流域感知体系尚未建成；智能移动办公服务欠缺，数字孪生等新技术应用不足，水旱灾害防御、水资源管理与调配、水工程建设和运行管理、城乡供水、水利监督等智慧化水平较低。

1.3 智慧化建设需求

智慧化已成为水利行业发展水平的重要指标。福州市将“福州智慧水利”纳入新型智慧城市标杆市建设清单，将“实施数字治水活动，构建科学精准、智慧治理的水管理体系”纳为“推进全域治水建设更加美好海滨山水城市的实施意见”主要任务。

2 建设思路

福州市响应水利部智慧水利及数字孪生流域建设的具体举措，按照“需求牵引、应用至上、数字赋能、提升能力”总体要求，依托福州市时空信息公共服务平台、福州市政务大数据平台等“数字福州”建设成果，通过智能感知、基础支撑、水利数据资源中心、数字孪生流域、智慧水利应用、保障体系等主体建设成果，完善提升水利感知网和水利信息网，打造“两中心、一张图、两平台、N 应用”支撑体系，实现水安全、水生态、水环境、水监管等业务应用，预报、预警、预演、预案“四预”功能，为新阶段福州水利高质量发展提供有力支撑和强力驱动（表1）。

表1 福州智慧水利主要场景建设（规划）表

3 一期建设成果

福州智慧水利按照“市级统建、县级创新，先急后缓、分步实施”的原则建设。目前，一期已上线运行，通过数据中心构建、新技术应用、模型构筑，实现数据管理集约化、灾害防御智能化，河湖治理数字化，为福州市全域治水提供有力支撑（图1）。

图1 福州智慧水利（一期）建设内容

3.1 打造水利数据资源中心，实现数据管理集约化

（1）海量数据融合共享。汇交省市县3 级水利数据，气象、水文、建设、生态、林业、国土等相关行业和社会数据。监测站点接入总量835 个，数据共享接口总数52 个。建成监测数据库、业务管理数据库、基础信息数据库、元数据库、业务主题数据库等水利标准数据库5个，录入省市县水利数据64 项、相关部门涉水数据13 项。通过数据的汇集、共享、交换，以及水利数据库、数据资源目录与大数据服务等，并运用量子云控技术，通过随机密钥，一次一密的方式，解决多源异构数据接入管理、不同系统数据互联互通和泛在服务等问题，为跨层级、跨部门、跨业务的数据服务提供全生命周期管理和防护。

（2）多时空数据综合应用。基于福州市时空信息公共服务平台提供的基础地理信息，萃取水利空间数据，利用大数据、遥感、云计算等技术手段，搭建水利“一张图”（图2）；接入福州市时空信息公共服务平台三维建模数据、倾斜摄影数据，实现倾斜摄影成果、三维地表模型MPT 等三维数据与工程布置、管理范围区等二维平面数据的在线叠加查看。水利“一张图”具有多时空、多对象、多视角动态管理和综合分析能力，解决海量数据分散、无序、不直观等问题，展示全市超2 000个水利工程基础信息、近百万条水质监测、近千万条水雨情等专题信息，以数据大屏形式为业务应用提供快速、直观、有效的信息服务。

图2 水利“一张图”功能架构图

3.2 运用专业模型和新技术，实现灾害防御智能化

（1）多阶段预报预警。基于气象部门未来24 h 降水量格点预报数据、地形、地貌、人口分布、社会经济、历史山洪灾害调查资料等，结合前期降水量、土壤含水量的影响，构建24 h 动态气象风险预警模型（图3）；并采用分布式水文模型，对永泰县大樟溪、清凉溪、粗溪、富泉溪，福清市龙江，连江县牛溪6条中小流域建模（图4），根据24 h、6 h、3 h的气象预警，进行多阶段递进预报预警。2305号台风“杜苏芮”影响期间，生成山洪风险预警报告41期，山洪灾害风险专题服务497份，发送预警短信12 044条。

图3 多阶段渐进式预报预警体系

图4 小流域面雨量界面

（2）实时高效监测调度。集成福建省数字水安视频一张网、闽江中心视频平台、铁塔视频监控系统和永泰县、福清市视频平台；运用北斗卫星+4G 双信道通信技术，对全市16座大中型水库水雨情监测站点进行提升改造，解决了监测方式单一、监测数据中断等问题。台风“杜苏芮”影响期间，依托福州智慧水利平台，提前对溪源、白眉、界竹口3 座中型水库预泄腾库，分别腾出库容553万m³、252万m³、2 211万m³；跨区域协调大樟溪流域永泰县界竹口水库、莒口水闸与上游泉州涌口水库联合调度，预留1.2 亿m³防洪库容；调度东张、山仔、溪源等16 座大中型水库，拦蓄雨洪7.19 亿m³。山仔水库、溪源水库、白眉水库削峰率分别达14.2%、80.1%、24.8%。

3.3 建设智能应用系统，实现河湖管理数字化

（1）河湖管理常态高效。河湖长制系统（图5）接入已建视频站点，利用图像处理技术、检测技术和识别技术，通过视频图像特征分类学习、可扩展算法和图像数据集，围绕识别抛投垃圾、垃圾漂浮、倒排污水、区域入侵、“四乱”问题、水尺水位等河湖场景，集中处理、分析识别、报警预警、取证记录；对接省级、县级河湖长制平台，e福州微信公众号，福州市政务大数据，12314等平台，实时共享相关数据和接受群众监督举报。2022年12月以来，各级河长、河道专管员上线使用219 257人次，线上巡河累计45万次，巡河发现问题2 352条，已办结2 347条，办结率为99.78%；接收公众投诉建议问题212条，办结率为100%，公众满意度100%。

图5 河湖长制专题界面

（2）水政执法精准规范。在闽江流域福州段的下游，新建前端视频监控站点，采用远距离云台监控摄像机对监控区域进行全覆盖，24 h 监控采集识别分析船舶特征、违法行为特征等，定位跟踪和监控记录非法采砂船舶，解决判定人工化、远程取证难等问题，实现7×24 h 智能视频监控自动取证（图6）。2022 年12 月后，辅助开展涉水执法行动1 100 余次，取缔违法堆砂场6 处，查扣违法采砂船3 艘；运用水政执法App 开展巡查297 人次，发现水政问题136 条，通过系统立案处理5起。

图6 水政执法专题界面

4 智慧水利建设尚需提升

福州智慧水利（一期）建设上线以来，依托常态化水工程调度指挥中心，取得了一定成效，但总体仍处于起步阶段，在透彻感知、应用场景、智能分析、整体协同等方面，还存在问题与不足。

（1）透彻感知不足。50 km²以上河流水文自动监测设施仅为43%，沿河乡镇等重要区域未设立监测站点，需新增山洪灾害监测站点22个。“十四五”期间，同时纳入雨水情、大坝安全自动监测建设的小型水库有88座，单独纳入雨水情自动监测建设的小型水库62座，单独纳入安全大坝自动监测建设的小型水库38座。以流域为单元整体感知能力不足，多要素感知不足，北斗卫星、测雨雷达、5G、无人机等新技术应用尚在初步探索，水安全、水环境等涉水工程、河道工情自动智能监测薄弱。

（2）应用场景建设不足。水资源管理与调配、水利工程建设管理等应用场景未建立，已建系统应用模块的链接大多仅实现了数据记录管理和简单的数据报表统计，缺乏有效业务流程管理和数据挖掘分析。流域防洪智慧化方面，山洪灾害风险多阶段分析、多渠道预警发布、公众靶向预警功能还需提升；以流域为单元，水情测报和智能调度能力尚在初级阶段。

（3）整体协同能力不足。全市建有信息化系统18个，主要满足市、县（区）本级业务和各业务处室的单一业务功能需求，数量多，但构建分散，缺乏统一的数据标准格式与应用架构，数据有效共享共用率低。图片、视频、图像等数据资源存储能力不足，需求不同，汇聚共享利用率低。

5 对策与建议

（1）加强感知体系建设。以流域为单元，统筹规划，补充水工程水情监测，开展水位、流量、大坝安全等要素自动监测，敏感河段、重点水域在线监测，开展堤防安全监测、水下地形测量。完善在建水工程建设全过程数据信息智能采集处理，补齐提升已建水利工程雨水情和安全监测设施。加强雷达X 波段测面雨量、北斗堤防安全监测、水下地形测量、无人机自动巡航等多种监测手段和新一代通信技术的应用。

（2）推进重要业务应用场景建设。整合原各业务信息化管理系统，拓展延伸功能模块，统一登录入口。搭建水库智慧化运行平台，录入基础数据、跟踪作业情况、上传巡查记录，通过物联感知、数据分析、技术诊断、监测预警，可视化展示水库运行管理全过程数据。在河长制综合管理系统基础上，开发河湖治理线上考核模块，融合河湖长制、水旱灾害防御工作考核内容，建立全过程考核体系。加快推进水资源管理与调配、农水农电、水利工程建设和运行管理、干旱灾害防御等应用场景建设，提升业务应用水平。

（3）强化“四预”能力建设。提升山洪灾害监测预警平台“四预”功能，推动岭里等水库来水预报和调度模型建设，智能化提升改造库、湖、闸、站等水系要素，对闽江、龙江、敖江流域进行全要素数字映射，完成闽江流域“一线多点”、龙江流域“一江四溪”、敖江流域“一线四库”的数字孪生总体布局。

（4）提升协同共享能力建设。继续推进县区水利数据分中心建设，补充数据库的历史资料收集、整编和入库应用，完善数据更新机制。增加数据存储和交换容量规模，完善备份及恢复系统。构建视频集控体系，加快相关图片、视频、图像等数据资源存储能力建设。深化量子密码加密，对市县节点中的传输层和相关应用场景如水库水闸控制、水库大坝安全监测等场景运用量子安全加密，确保数据传输存储和工程运行安全。

6 结 语

智慧水利建设实施方案，以及数字孪生流域建设等系列文件，为智慧水利建设指明方向。福州市提出“推进全域治水建设更加美好海滨山水城市的实施意见”和“十四五”数字福州专项规划，为福州智慧水利建设提出新的要求。下一步，福州智慧水利聚焦治理和监管能力不足等短板，强化业务与信息技术深度融合，构建科学精准、智慧治理的水管理体系，不断推动水利事业高质量发展。