數字孿生珠江建設方案初探

摘要：建設數字孿生珠江是推動珠江流域水利發展進入新階段、轉變傳統水利工作模式、提高流域水利治理和管理現代化水平的關鍵舉措。為了促進數字孿生珠江建設高質量推進，本文遵循智慧水利、數字孿生流域建設框架和要求，立足珠江流域治理管理“四統一”的迫切需求，對數字孿生珠江建設的目標和原則進行了詳細闡述，并明確了建設的范圍、任務和重點建設內容，同時，按照“急用先建、統籌謀劃、共建共享、確保實效”的原則，提出“十四五”時期推進數字孿生珠江切實落地的重點工程項目，以期為未來一段時期的數字孿生珠江建設提供指導和依據。

關鍵詞：數字孿生流域；數字孿生珠江；數字孿生平臺；“2+N”智能應用；信息化基礎設施；網絡安全體系；保障體系；共建共享

2023年2月，中共中央、國務院印發的《數字中國建設整體布局規劃》中明確要求構建以數字孿生流域為核心的智慧水利體系。水利部部長李國英指出[1-2]，智慧水利是新階段水利高質量發展的最顯著標志和六條實施路徑之一，數字孿生流域是智慧水利的核心與關鍵 [3-5]。

2022年9月，水利部印發《數字孿生流域建設總體方案》[6]明確數字孿生流域的定義，即以物理流域實體為基礎，以多源時空數據為支撐，以多維數學模型為核心，以水利專業知識為驅動力，對流域全要素和水利治理管理活動全過程進行映射、模擬和預演。數字孿生流域與真實流域同步運行并支持交互，實現對真實流域的實時監控，從而發現問題并優化治理管理措施。

珠江流域（含西江、北江、東江、珠江三角洲諸河）跨越云南、貴州、廣西、廣東、江西、湖南6省（自治區），以及香港、澳門特別行政區和越南東北部，流域面積超過45萬平方千米。近年來，珠江—西江經濟帶、北部灣城市群、粵港澳大灣區、中國（海南）自由貿易試驗區等國家戰略相繼實施，特殊地理地貌條件和經濟區位分布決定了珠江流域新老水問題管理治理具有復雜性、長期性和艱巨性。因此，推進數字孿生珠江建設是構建網絡強國、數字中國、智慧社會的必然要求，是貫徹落實智慧水利、數字孿生流域總體部署的直接體現，是推進新階段水利高質量發展的強力驅動，更是強化流域治理、規劃、管理、調度“四統一”的重要舉措。珠江委立足珠江－西江經濟帶、北部灣城市群、粵港澳大灣區、中國（海南）自由貿易試驗區等國家戰略，實施對珠江流域治理管理提出的新要求、新任務，并結合智慧水利、數字孿生流域建設工作部署，提出數字孿生珠江建設方案，全局性謀劃建設思路、總體框架、建設目標、主要任務以及近遠期任務安排，作為“十四五”時期推進數字孿生珠江建設的指導和依據。

一、數字孿生珠江建設目標與范圍

（一）建設目標

數字孿生珠江“十四五”建設目標是：利用新一代信息技術在虛擬數字世界中創建一個與珠江流域物理實體相互映射、同步仿真、協同交互、高度一致且可以前瞻性預演的數字孿生體，圍繞流域水系上下游、左右岸、干支流架構以及重要部位、重點工程、重要斷面，整合自然環境特征、經濟社會狀況等約束條件，系統分析流域規劃、工程建設、調度運用、管理活動等對流域整體的作用和影響，為實現流域治理管理“四統一”提供有力的技術支撐；并在此基礎上構建“2+N”智能業務應用體系，基本實現珠江流域重點影響地區和重點關注區域的水旱災害防御“四預”、水資源管理與調配“四預”，使水資源節約保護、水工程建設管理、水工程運行管理、河湖保護與管理、水政監察、水土保持、水利行政、水利監督等N項業務應用智能化水平得到顯著提升。

（二）建設范圍與任務分工

從建設范圍上看，數字孿生珠江建設覆蓋流域層級治理管理業務重點關注區域和業務應用，重點建設范圍包括流域重點江河湖泊、重要水利工程、重要堤防聯圍、重點防洪城市、蓄滯洪區等。同時，結合珠江委本級、省級水行政主管部門和水利工程管理單位的事權劃分，對各建設主體重點任務進行統籌安排，見表1。

二、數字孿生珠江建設內容

以水利部印發的《智慧水利頂層設計》[8]和《數字孿生流域建設技術大綱（試行）》[9-10]為根本遵循，數字孿生珠江建設包括數字孿生平臺、“2+N”智能業務應用、監測設備設施及運行環境、網絡安全體系和保障體系。

（一）數字孿生平臺

數字孿生平臺包括數字孿生珠江數據底板、模型平臺、知識平臺等組成部分。

1.數字孿生珠江數據底板

在全國L1級數據底板基礎上，整合接入大藤峽、百色等18宗流域控制性水利樞紐工程實景模型和工程影響區域數字場景，建設西江干流大斷面、重點防洪城市梧州、珠江三角洲重要堤防聯圍及潖江蓄滯洪區數字場景，形成覆蓋西江干流清水江口至思賢滘河段、北江干流飛來峽至思賢滘河段、東江干流新豐江河口至石龍水文站、郁江、柳江、桂江、賀江等重要支流、珠江三角洲網河區、珠江河口的L2級數據底板，同時完善數據對象建模，建設具備匯集、治理、挖掘、服務和一張圖聚合展示等功能的數據引擎。

2.數字孿生珠江模型平臺

在充分共享利用行業內通用的水利專業模型基礎上，突出珠江流域特色，重點建設預報、調度、洪水淹沒、水資源分析評價、風暴潮、波浪水動力、水土保持、大壩安全風險分析預警、閘泵群聯合調度等水利專業模型；建設巖溶地區石漠化、水質監測、河湖動態監管、生產建設項目水土保持等遙感智能識別模型；建設洪水、水尺、漂浮物、黑臭水體等視頻智能識別模型；建設涵蓋珠江流域河湖水系、水利工程及影響區域的多尺度可視化模型；建設耦合可視化渲染和模型數值計算功能的數學模擬仿真引擎，構建支撐模型標準化管理、全周期應用的數字孿生珠江模型平臺。

3.數字孿生珠江知識平臺

以知識圖譜為技術框架，整合接入水利部建設的通用水利知識，充分結合珠江流域特色需求，建設珠江流域水利知識庫以及提供知識圖譜和知識服務的水利知識引擎，以支撐正向智能推理和反向溯因分析，為數字孿生珠江提供智能內核。

（二）“2+N”智能業務應用

按照流域治理管理“四統一”要求，針對流域防洪安全和水資源管理等重點業務場景，建設流域防洪“四預”和水資源管理與調配“四預”應用系統。同時，貫徹“四預”理念，推進建設水資源節約保護、水工程建設管理、水工程運行管理、河湖保護與管理、水政監察、水土保持、水利行政、水利監督等N項業務應用，形成流域層面的“2+N”智能業務應用體系，以有力支持科學管理和精準決策。

（三）監測設備設施及運行環境

提升以32個珠江三角洲水文站、26個省界站、6個水文監測中心為代表的傳統水利監測站網體系，實現信息采集提檔升級。同時，按需加強遙感、視頻、無人機、無人船等新型監測手段以及感知終端的智能升級和新一代物聯通信技術應用，以實現對72座流域控制性水利工程、流域在建水利工程和珠江委開展質量監督的項目、水域岸線開發利用河段、水土保持重點工程、水土流失防治區和石漠化區域、珠江河口等區域的空天地一體化監測，從而提升水利信息網帶寬、優化網絡架構，并根據數字孿生平臺和業務應用建設需求適量擴充基礎運行環境，改造機房和監控會商環境。

（四）網絡安全體系

按照等保2.0標準，采用提升完善和新建相結合的方式，對珠江委本級網絡和西江調度指揮中心網絡開展安全縱深防御體系、安全監測預警體系、安全應急響應體系、國產密碼應用體系、安全運營體系等五個方面的完善建設。

（五）保障體系

建立網信部門統籌，綜合部門保障，業務部門負責需求分析、業務應用和數據更新，技術支撐部門負責建設與維護管理的長效機制，建立健全體制機制、人才隊伍、標準規范、技術創新、運維管理、宣傳培訓等保障體系，并加大投入、加強監督。

三、數字孿生珠江建設重點項目謀劃

為了保障數字孿生珠江建設順利實施、切實落地，流域各級實施主體需強化重點項目有序立項并籌集建設資金，依托重點項目帶動整體建設的開展。因此，需要按照“共建共享”[11]原則，珠江委、流域各省（自治區）、水利工程管理單位應當根據事權、江河水系分布和業務職能統籌規劃、協同推進。流域層面擬推進重點項目包括珠江流域數字孿生平臺、粵港澳大灣區水安全監控工程、數字孿生水文建設、珠江流域水工程防災聯合調度系統、國家水利綜合監管平臺珠江流域特色監管系統等。其中，珠江數字孿生平臺重點開展數字孿生西江干流及珠江三角洲建設，并與流域各省（自治區）數字孿生建設項目相銜接，共同構建覆蓋珠江流域片主要干流、重要支流及業務關注河段（區域）的數字孿生體；數字孿生水文建設重點開展傳統水利監測站網建設，基于珠江數字孿生平臺提升水文業務管理能力和水平；粵港澳大灣區水安全監控工程重點提升空天地一體化監測感知能力，建設水資源管理與調配及N項業務應用；珠江流域水工程防災聯合調度系統依托數字孿生珠江平臺，聚焦流域防洪業務，開展防災聯合調度管理應用建設；珠江流域特色監管應用系統在國家水利綜合監管平臺框架下，強化流域特色監管。流域各省級水行政主管部門初步謀劃的數字孿生建設項目見表2。

四、結束語

數字孿生珠江建設是一項集多領域、多層級、多專業為一體，具有顯著創新性、迭代性、探索性的復雜系統工程。近年來，珠江委立足流域水旱災害防御迫切需求，選取西江干流大藤峽以下至思賢滘河段開展數字孿生流域先行先試建設，已在數據底板、模型和知識平臺、信息化基礎設施、防洪抗旱“四預”應用、網絡安全體系等方面取得重要階段性成果，并實現技術探索。“十四五”期間是推進數字孿生珠江建設向縱深發展的重要時期，相關部門要錨定流域治理管理“四統一”目標，以數字孿生珠江建設方案為指導和依據，切實處理好流域與區域、當下與長遠、整體與局部的關系，強化新一代信息技術與水利的融合應用，以“試點”帶動“整體”，扎實、穩步、有序地推進數字孿生珠江建設，推動珠江流域水利網信事業發展再上新臺階，并為推動新階段水利高質量發展、實現流域治理管理“四統一”提供有力支撐和強力驅動。

參" 考" 文" 獻

[1]李國英.在2022年全國水利工作會議上的講話[J].中國水利，2022（2）：1-10.

[2]李國英.推動新階段水利高質量發展為全面建設社會主義現代化國家提供水安全保障[J].中國水利，2021（16）：1-5.

[3]趙建平，馬曉媛，黃一為.水利部部署數字孿生流域建設工作[N].中國水利報，2021-12-24（001）.

[4]本刊輯.水利高質量發展主題下數字孿生流域建設[J].中國水利，2022（9）：65.

[5]本報評論員.加快推進數字孿生流域建設[N].中國水利報，2022-6-23（001）.

[6]中華人民共和國水利部.數字孿生流域建設總體方案[R].2022．

[7]何治波，吳珊珊，張文明.珠江流域防汛抗旱減災體系建設與成就[J].中國防汛抗旱，2019，29（10）：71-79.

[8]中華人民共和國水利部.智慧水利頂層設計[R].2020．

[9]中華人民共和國水利部.數字孿生流域建設技術大綱（試行）[R].2022．

[10]謝文君，李家歡，李鑫雨，等.《數字孿生流域建設技術大綱（試行）》解析[J].水利信息化，2022（4）：6-12.

[11]錢峰，周逸琛.數字孿生流域共建共享相關政策解讀[J].中國水利，2022（20）：14-17.