甘肅省智慧水保系統現狀與展望

摘 要： 2020年至今，甘肅省水土保持系統已建模塊為甘肅省水土保持智慧化監管建立了良好的環境和數據基礎。但隨著水土保持行業的持續發展、智慧水利技術架構的不斷升級，以及新技術的深度廣泛應用，現有模塊已不能完全滿足當前智慧水土保持管理需求。在已建水土保持業務模塊的基礎上，通過補充數據資源、完善數字化場景，創建專業模型、實現智慧化模擬，升級業務應用、支撐精準化決策，升級構建甘肅省智慧水保系統，以實現典型水土保持業務場景的智慧化計算與模擬，更全面、科學、精準支撐甘肅省水土保持工作決策。

關鍵詞： 智慧化系統；水土保持；現狀；展望；甘肅省

中圖分類號： S157" 文獻標識碼： C" DOI：10.3969/j.issn.1000-0941.2025.01.009

［引用格式］ 李瑞平，李文龍，楊樂，等.甘肅省智慧水保系統現狀與展望[J].中國水土保持，2025（1）：32-35.

2020年至今，甘肅省水利廳堅持“整合已建、統籌在建、規范新建”的建設思路，按照《甘肅智慧水利建設項目設計—建設—采購—試運行（EPC）總承包—總體設計方案》的設計要求和建設任務，建設了甘肅省智慧水利大平臺，全面推進了全省水利業務與信息技術的深度融合。其中，水土保持業務板塊建設了相應的信息化系統，以全面支撐甘肅省水土保持業務管理工作，為甘肅省水土保持智慧化監管建立了良好的環境和數據基礎。為全面提升甘肅省水土保持信息化水平，筆者梳理了甘肅省智慧水保建設現狀及發展趨勢，在已建水土保持業務模塊的基礎上，將數字孿生技術與甘肅省水土保持業務場景深度融合，通過補充數據資源、創建專業模型、升級業務應用，擴建甘肅省智慧水保系統，為甘肅省實現典型水土保持業務場景的智慧化提供參考。

1 甘肅省水土保持系統現狀及發展趨勢

2020年，甘肅省開展了“甘肅智慧水利項目——水土保持系統”建設，建設內容包括“天地空一體化”感知體系、水土保持信息系統和淤地壩監測預警系統。其中，“天地空一體化”感知體系——淤地壩感知體系包括水位（泥位）監測站、雨量計、視頻監控站、水尺監測監控系統，太陽能供電、避雷模塊，通信模塊，主控系統，三維全景攝影測量系統等；水土保持信息系統包括生產建設項目監督管理系統、生產建設項目自動識別系統、遙感監管協同工作系統、目標責任考核系統、移動一體化系統、生產建設項目可視化系統等；淤地壩監測預警系統包括實時數據展示系統、淤地壩申報信息管理系統等。

在甘肅智慧水利2021年度項目中，又補建了淤地壩感知體系及水土保持綜合治理系統。其中，補建的淤地壩感知體系是在2020年度9座試點淤地壩的基礎上，另選取39座淤地壩，以拓展淤地壩智能監管應用范圍，實現壩前視頻圖像、雨量、水位、三維全景監控，更大限度地發揮淤地壩在安全度汛方面的作用；水土保持綜合治理系統補建了綜合治理信息展示系統、重點治理工程管理系統、數據直報系統、水土保持綜合治理APP等，形成了省、市、縣三級用戶過程可控、信息留痕、協調聯動的電子化、網絡化管理平臺。

但隨著水土保持行業的持續發展、智慧水利技術架構的不斷升級，以及新技術的深度廣泛應用，智慧水土保持建設要求也在不斷提升，甘肅省水土保持系統現有模塊已不能完全滿足當前智慧水土保持管理需求。2022年12月，中共中央辦公廳、國務院辦公廳印發《關于加強新時代水土保持工作的意見》，明確要求推進遙感、大數據、云計算等現代信息技術與水土保持深度融合，要圍繞水土流失規律與機理、水土保持與水沙關系、水土保持碳匯能力等加強基礎研究和關鍵技術攻關。2024年全國水利工作會議指出，要強化水土流失綜合治理，完成土壤侵蝕等模型集成應用，提升水利智能業務水平。《2024年水土保持工作要點》強調，要推進重要淤地壩“四預”能力建設。以上政策的出臺與實施，為甘肅省智慧水保深化發展提供了方向。

2 業務模塊現狀及擬建任務

2.1 補充數據資源，完善數字化場景

截至2024年7月，甘肅省已積累水土保持信息化數據共1 786 GB（見表1），年新增數據115 GB，基本滿足現有水土保持業務信息化場景需求。但對于水土保持數字化場景而言，目前數據量尚不足以全面支撐其應用，需進行數據資源補充。從甘肅省實際需求出發，結合智慧水保建設思路與發展現狀[1]，歸納梳理了甘肅省待補充的數據資源，見表2。

2.2 創建專業模型，實現智慧化模擬

在已建水土保持業務系統中，成功應用了監督監管項目信息匹配同步模型、生產建設項目自動化識別模型等，實現了水土保持監督和監管業務的一體化管理與人為水土流失快速發現。然而從整體上看，目前甘肅省水土保持系統的智慧化應用仍有欠缺，應面向甘肅省水土保持高質量發展需求，構建水土保持方案智能審查、重點棄渣場水土流失風險評估、水土流失綜合治理緊迫度計算、治理措施精準化配置、綜合治理項目水土保持碳匯能力評估、重點淤地壩防汛“四預”、淤地壩風險評估等專業模型，以提升甘肅省水土保持工作的科學化、高效化和精準化。

2.3 升級業務應用，支撐精準化決策

2.3.1 監測評價業務應用

針對水土流失監測評價業務方向，甘肅省暫未開發建設本地化業務應用系統。水土流失監測評價需要建立水土保持監測站點監測、區域水土流失監測評價等數字孿生場景[2]。目前，水利部已初步建成全國水土流失動態監測系統解譯與模型計算平臺V1.0，實現了遙感影像協同解譯、土壤侵蝕模型計算結果統計與動態分析、成果審查與報送等功能[3]，可滿足當前甘肅省對區域水土流失監測評價業務信息化的需求。但是，針對水土保持監測站點監測場景，尚缺少相關信息化系統支撐。因此，針對監測評價業務，可通過建立水土保持監測站點監測數字孿生場景及業務應用，實現對甘肅省國家級、省級水土保持監測站點的數字孿生體構建與可視化展示，支持站點基本信息管理、實時數據監控及監測成果的半自動流程化整編，具體可包括水土保持監測“一張圖”、監測站點詳情、成果整編管理等模塊。

2.3.2 預防監督業務應用

針對人為水土流失預防監督業務，甘肅省已完成生產建設項目監督管理系統、生產建設項目自動識別系統、遙感監管協同工作系統等的建設，服務于14個市（州）86個縣（市、區）水行政主管部門，自2021年投入運行以來，全面支撐了甘肅省生產建設項目的流程化監督管理及遙感監管工作。然而，當前系統在水土保持方案審查、人為水土流失預報預警、重點項目實時監控等方面仍存在不足，需補充建設相關功能模塊，以進一步提升水土流失預防監督智慧化水平。在方案智能審查方面，可通過接入多源共享數據，從地理位置合理性、程序合規性兩方面對待批生產建設項目水土保持方案進行智能化審查，以提升水土保持方案審查過程智能化水平和審查效率；在人為水土流失風險評估方面，可基于棄渣場水土流失風險評估模型，結合重點棄渣場基礎信息、無人機巡查信息，以及風力、降雨等氣象預報信息，定期對棄渣場水土流失風險進行評估；在重點項目實時監控方面，可接入重點生產建設項目自建視頻監控數據（針對重點水土保持措施、水土流失風險區），支持水行政主管部門對生產建設項目進行遠程監控，以彌補現場水土保持監測、監督的盲區和死角。

2.3.3 綜合治理業務應用

針對水土流失綜合治理業務，甘肅省已完成重點治理工程管理系統、水土保持綜合治理APP、綜合治理信息展示系統等的建設，服務于14個市（州）86個縣（市、區）水行政主管部門，自2022年投入運行以來，全面支撐了甘肅省國家及省級小流域綜合治理項目流程化管理及圖斑精細化管理工作。然而，當前系統在綜合治理項目規劃階段尚存在不足，不能實現水土流失治理緊迫度計算和治理措施精準化配置，需補充建設相關功能模塊，以進一步提升水土流失綜合治理智慧化水平。在水土流失治理緊迫度計算方面，可綜合應用縣（市、區）綜合治理緊迫度計算模型和小流域綜合治理緊迫度模型，逐步細化綜合治理項目目標縣（市、區）和目標小流域，輔助甘肅省水行政主管部門科學、合理安排水土流失綜合治理項目；在治理措施精準化配置方面，可以“水保斑”[4]為基本單元，基于決策樹分析模型，綜合分析歷史治理措施、土地利用類型、植被覆蓋度、坡度等下墊面條件，提出精準化治理措施。

2.3.4 淤地壩管理業務應用

針對淤地壩管理，甘肅省已完成淤地壩監測預警實時數據展示系統、淤地壩信息申報管理系統等的建設，服務于22個縣（市、區）水行政主管部門，自2021年投入運行以來，全面支撐了淤地壩監測預警、申報管理等工作。然而，在衛星遙感應用、經驗模型預報預警等方面仍存在不足，不能全面滿足重點淤地壩“四預”、全省淤地壩風險評估等需求，需補充建設相關功能模塊，以進一步提升淤地壩安全度汛能力。在監測預警方面，可補充天基、地基遙感監測手段，基于高分辨率InSAR衛星開展典型淤地壩形變監測示范，建設淤地壩巡查內外業一體化系統，以進一步提升淤地壩監測能力，助力淤地壩安全度汛；在重點淤地壩“四預”系統方面，可基于淤地壩及其控制區和影響區的產匯流、水土流失、洪水演進、潰壩等模型，進行淤地壩洪水預報、監測和預警、淹沒和潰壩過程模擬預演，以實現工程調度和搶險預案可視化，輔助水行政主管部門分析模擬重點淤地壩險情的發生、發展、處置過程；在全省淤地壩風險評估方面，可基于淤地壩風險評估體系，結合淤地壩質量、結構、滲流、最高洪水位、有無溢洪道、剩余淤積年限、淤積庫容、有無防汛道路、有無預警系統、有無防汛預案、有無責任人、下游威脅對象等影響因子，從水文風險、運行風險、管理風險、工程風險、危害等方面全面評估全省淤地壩風險狀況，輔助水行政主管部門對全省淤地壩進行分級管理。

2.3.5 碳匯能力評估業務應用

針對碳匯能力評估，甘肅省暫未開發建設本地化業務應用系統。挖掘水土保持碳匯潛力，建立小流域綜合治理項目碳匯管理系統，符合國務院《2030年前碳達峰行動方案》工作要求[5]。通過水土保持措施保碳、減排、增匯能力評估公式，結合土壤有機碳含量監測數據，實現小流域綜合治理項目碳匯量計算，為綜合治理項目水土保持碳匯價值的實現奠定數據基礎，具體可包括碳匯監測與核算、專題圖制作、統計分析等模塊。

3 系統總體架構

將已建基礎與擬建任務進行集成、融合，采用“四橫兩縱”總體架構設計（見圖1），構建甘肅省智慧水保系統。其中“四橫”包括基礎設施、水土保持數據底板、水土保持智能化模型、水土保持智慧化應用模塊，“兩縱”包括標準規范體系、安全體系模塊。圖1中白色代表甘肅省已建基礎，深灰色代表擬建模塊，淺灰色代表已建架構需后續全面升級。系統建成后，將拓展甘肅省水土保持信息化深度和廣度，全面支撐甘肅省水土保持數字化管理與精準化決策。

4 結束語

基于甘肅省智慧水利總體架構，采用數字孿生模擬可視化技術，在與已建系統集成融合的基礎上，結合新時代智慧化發展要求，不斷補建水土保持業務模塊，逐步升級完善系統平臺，可以科學、合理、有效地提升甘肅省水土保持智慧化管理水平。然而，在水土保持智慧系統建設中仍面臨一些困難與不確定性：①數據“壁壘”仍存在，需打通與發展改革、住建等部門的數據共享渠道；②對于重點棄渣場水土流失風險評估、水土保持碳匯能力評估和重點淤地壩防汛“四預”等模型，其參數的選擇與率定需符合甘肅省本地化要求；③開展高分辨率InSAR衛星淤地壩形變監測時，需探索研究高分辨率InSAR衛星在淤地壩形變方面的應用廣度和監測精度。以上問題還需逐一深入分析探討，進行可行性研究與設計方案細化，可考慮分期逐步開展智慧化模塊建設。

參考文獻：

[1] 趙永軍，馬松增，羅志東，等.“十四五”時期智慧水土保持建設思路[J].中國水土保持，2022（10）：74-78.

[2] 張紅麗，趙永軍，林麗萍，等.我國智慧水土保持數字化場景組成及其設計探討[J].水利信息化，2023（3）：36-39，51.

[3] 張紅麗，林麗萍，趙永軍，等.智慧水利水土保持分系統構建及應用[J].人民黃河，2023，45（增刊2）：85-87.

[4] 羅志東.我國水土保持基礎管理單元“水保斑”的認識與探索[J].中國水土保持科學，2015，13（4）：127-131.

[5] 李智廣，王海燕，王雋雄.碳達峰與碳中和目標下水土保持碳匯的機理、途徑及特征[J].水土保持通報，2022，42（3）：312-317，380.

（責任編輯 張緒蘭）