鹿城區(qū)水利全域數(shù)字化管護的探索

程勁鋼，楊建勇，張哲任

（1. 溫州市鹿城區(qū)農(nóng)業(yè)農(nóng)村局（區(qū)水利局），浙江 溫州 325000；2. 浙江禹貢信息科技有限公司，浙江 杭州 310052）

1 引言

鹿城區(qū)水利全域數(shù)字化管護平臺項目的建設(shè)是全面貫徹習(xí)近平新時代“節(jié)水優(yōu)先、空間均衡、系統(tǒng)治理、兩手發(fā)力”的十六字治水新思路，也是貫徹落實國家水利部提出“水利工程補短板（信息化是最大短板）”的總基調(diào)，推進(jìn)新時代水利現(xiàn)代化建設(shè)的重要舉措，更是對浙江省數(shù)字化改革總體方案得進(jìn)一步深化，鹿城區(qū)水利全域數(shù)字化管護平臺建設(shè)對于推動數(shù)字政府建設(shè)，提高政府服務(wù)效率，創(chuàng)新工程管理模式，降低管理成本，提高水利智慧化管理能力，加強社會公眾服務(wù)和行業(yè)監(jiān)管能力，保障水利工程安全及人民生命安全具有重要意義[1]。

（1）“智慧水利”建設(shè)需要

根據(jù)《水利網(wǎng)信水平提升三年行動計劃》、《加快推進(jìn)智慧水利的指導(dǎo)意見》、《智慧水利總體方案》等政策文件，要求構(gòu)建覆蓋全國江河水系、水利工程設(shè)施體系、水利管理運行體系的基礎(chǔ)大平臺，建立物理分布、邏輯統(tǒng)一且服務(wù)于各層級、各專業(yè)水利業(yè)務(wù)應(yīng)用的水利大數(shù)據(jù)，建立涵蓋洪水、干旱、水工程安全運行、水工程建設(shè)、水資源開發(fā)利用等主要水利業(yè)務(wù)需求的應(yīng)用大系統(tǒng)，建立多層級、一體化、主動感知智能防御的網(wǎng)絡(luò)大安全，通過智慧水利的建設(shè)，為國家水治理體系和治理能力現(xiàn)代化提供有力支撐。

（2）數(shù)字政府改革的需要

圍繞《浙江省數(shù)字化改革總體方案》的相關(guān)工作要求，明確以黨建統(tǒng)領(lǐng)，業(yè)務(wù)為本，數(shù)字賦能，在水利行業(yè)中，聚焦水旱災(zāi)害防御、河湖庫保護、節(jié)水供水、公共服務(wù)等重點領(lǐng)域，抓住一到兩個關(guān)鍵點全力攻關(guān)，大膽推進(jìn)機制創(chuàng)新，不斷提升水利“整體智治”水平。以云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、5G等新一代信息技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用為引領(lǐng)，以區(qū)域特色應(yīng)用場景為抓手，推進(jìn)水資源保障、河湖庫保護、水災(zāi)害防御、水發(fā)展規(guī)劃、水事務(wù)監(jiān)管和水政務(wù)協(xié)同等業(yè)務(wù)領(lǐng)域的數(shù)字化改革，為實現(xiàn)水治理體系和治理能力的現(xiàn)代化具有重要意義。

（3）信息化設(shè)備和應(yīng)用的需要

鹿城區(qū)農(nóng)業(yè)農(nóng)村局歷來十分重視數(shù)字化建設(shè)，近年來投入大量資金開展了數(shù)字化建設(shè)工作。2016年起陸續(xù)建設(shè)鹿城區(qū)水利工程運行管理平臺、山洪災(zāi)害預(yù)警平臺二期、洪水風(fēng)險圖管理系統(tǒng)、水利工程監(jiān)控可視化系統(tǒng)。2020年，從海洋氣象部門接入實時監(jiān)測的潮位數(shù)據(jù)包括郭公山潮水位站、靈昆潮位站、梅岙站、花園頭站、青田圩仁站（鶴城站）進(jìn)行防潮形勢人工研判。鹿城區(qū)著手謀劃鹿城區(qū)水利全域水利數(shù)字化建設(shè)，涵蓋水利數(shù)據(jù)倉、統(tǒng)一門戶建設(shè)、數(shù)字海塘、數(shù)字水閘、水域數(shù)字化管理等內(nèi)容，數(shù)字化建設(shè)項目已列入年度鹿城區(qū)政府投資計劃。鹿城區(qū)水利信息化經(jīng)過多年的發(fā)展，雖然取得了一定的成績，但仍有許多與新時期水利信息化建設(shè)要求不相適應(yīng)的地方。

2 現(xiàn)狀分析

2019年1月，全國水利工作會議分析了當(dāng)前治水形勢，明確指出水利信息化列為四大短板之一，強調(diào)強大的信息系統(tǒng)是水利監(jiān)管的重要支撐。水利信息化被提到前所未有的高度，迎來重大機遇和挑戰(zhàn)。本項目建設(shè)是補齊水利信息化短板、加強行業(yè)監(jiān)管的重要舉措，對提升水利全域數(shù)字化監(jiān)督、運行、管理和維護能力，為區(qū)域水利發(fā)展提供重要支撐[2]。

近年來上下各級單位和部門在水利數(shù)字化建設(shè)中投入大量資金，陸續(xù)開展了各類數(shù)字化平臺和系統(tǒng)建設(shè)，目前已建成有各級水利工程運行管理平臺、山洪災(zāi)害預(yù)警平臺、水利工程監(jiān)控可視化系統(tǒng)、水雨情測報系統(tǒng)、標(biāo)準(zhǔn)化平臺、自動化操作系統(tǒng)等各類系統(tǒng)和操作平臺，登錄用戶賬戶多、信息資料上傳多，提高了對基層水利人的信息化要求。2021年根據(jù)數(shù)字化改革要求，鹿城區(qū)著手謀劃全域水利數(shù)字化建設(shè)，涵蓋水利數(shù)據(jù)倉、統(tǒng)一門戶建設(shè)、集成各平臺登錄統(tǒng)一門戶，通過數(shù)字海塘、數(shù)字調(diào)度、數(shù)字水域管理、智能物業(yè)化等內(nèi)容建設(shè)，經(jīng)過一年多整合提升鹿城區(qū)水利信息化取得了重大成效。

鹿城區(qū)的水庫、海塘、堤防、泵水閘等工程在面對此類自然災(zāi)害時，起到阻攔海溢、攔蓄洪水、供應(yīng)水資源等作用，為降低災(zāi)害影響和損失方面發(fā)揮了重要功能，為社會經(jīng)濟穩(wěn)定發(fā)展提供重要保障。

3 存在問題

根據(jù)鹿城區(qū)水利管理現(xiàn)狀，亟需通過信息技術(shù)手段改變行業(yè)粗放管理現(xiàn)狀，實現(xiàn)從經(jīng)驗管理向科學(xué)監(jiān)管轉(zhuǎn)變，也是保障工程安全運行、發(fā)揮工程社會效益的迫切需要。

（1）尚未形成完整的感知體系

已建成一批水雨情、水量、視頻、運管平臺、山洪災(zāi)害、洪水風(fēng)險圖等水利數(shù)據(jù)采集設(shè)施，但是在采集種類、采集密度、設(shè)備維護和設(shè)備更新、智能化應(yīng)用等方面和水利業(yè)務(wù)工作的需求還有差距，還沒有形成完整的水利信息化基礎(chǔ)設(shè)施體系。

（2）軟件與業(yè)務(wù)尚待深度融合

應(yīng)用系統(tǒng)和水利業(yè)務(wù)工作還未充分深度融合，信息化基本還停留在信息采集和查詢的深度，還沒有對水旱災(zāi)害防御、物業(yè)化管理、水域管理等的業(yè)務(wù)流程進(jìn)行專題的深入分析，業(yè)務(wù)流程還是以手工為主進(jìn)行，未充分利用信息化手段優(yōu)勢。各類應(yīng)用系統(tǒng)對水利管理業(yè)務(wù)的支撐在深度和廣度及各系統(tǒng)的融合度還不能滿足工作需求。

（3）智慧化應(yīng)用尚待深度提升

水利信息化項目建設(shè)在知識化、智慧化方面的應(yīng)用不足，智慧水利建設(shè)的發(fā)展戰(zhàn)略以及關(guān)鍵實施途徑仍處在探索過程中，建設(shè)成功的智慧化案例還較少。需要充分利用水利模型建設(shè)的基礎(chǔ)上，利用大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)，在洪水風(fēng)險分析、風(fēng)暴潮預(yù)報預(yù)警、水利工程智能化運行方面進(jìn)一步加強數(shù)字化應(yīng)用建設(shè)，形成對決策的有力支撐。

（4）網(wǎng)絡(luò)安全保障尚有提升空間

由于歷史原因，不同時期建設(shè)的水利業(yè)務(wù)系統(tǒng)安防標(biāo)準(zhǔn)不一，數(shù)據(jù)資源、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境等整體安全防護水平不高，國產(chǎn)密碼運用不足，應(yīng)用安全防護措施無法適應(yīng)新的網(wǎng)信安全需求。同時，系統(tǒng)運行維護機制還不健全。因此，網(wǎng)絡(luò)安全保障措施還需進(jìn)一步提升以滿足水利數(shù)字化轉(zhuǎn)型長效運營的需求。

本項目實現(xiàn)了水利部智慧水利和省廳水平臺建設(shè)要求的地方智慧水利實施項目，響應(yīng)浙江省政府?dāng)?shù)字化改革要求的重要舉措。

4 解決方案

圍繞“水利工程補短板，水利行業(yè)強監(jiān)管”水利工作總基調(diào)，并以浙江省數(shù)字化改革總體方案為指導(dǎo)，立足鹿城區(qū)水利信息化發(fā)展現(xiàn)狀，充分運用大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)、人工智能等新一代信息技術(shù)[3]，逐步構(gòu)建天空地一體化水利感知網(wǎng)，聚焦數(shù)據(jù)共享和跨業(yè)務(wù)、跨部門協(xié)同，建設(shè)集在線互聯(lián)、數(shù)據(jù)共享、業(yè)務(wù)協(xié)同、決策支持等功能于一體的鹿城區(qū)水利全域數(shù)字化管護平臺，全面推進(jìn)水利數(shù)字化改革，強力驅(qū)動鹿城區(qū)水治理體系和治理能力的現(xiàn)代化。通過海塘安瀾工程和海塘感知設(shè)施基礎(chǔ)建設(shè)，提升海塘基礎(chǔ)防御能力；加強海塘管理數(shù)字化改革，創(chuàng)新制度，重塑流程；開展技術(shù)創(chuàng)新和研究應(yīng)用，打造多跨協(xié)同場景。主要核心技術(shù)包括：

（1）多模態(tài)組件化技術(shù)

針對鹿城區(qū)域海塘防潮能力動態(tài)研判場景，打造了可拓展多模態(tài)組件12個，形成組件庫。根據(jù)實際業(yè)務(wù)需要，各個組件組合生成固定核心業(yè)務(wù)場景，當(dāng)前場景不滿足需求時，可隨機組合配置個性化場景，實現(xiàn)應(yīng)用內(nèi)組合和跨部門組合的場景可拓化打造，打通部門之間應(yīng)用場景配置和數(shù)據(jù)共享的壁壘。

（2）風(fēng)暴潮預(yù)警預(yù)報模型

對鹿城區(qū)的風(fēng)暴潮影響進(jìn)行計算 ，建立了基于郭公山天文潮預(yù)報、臺風(fēng)預(yù)報及風(fēng)圈影響、氣象短臨降雨預(yù)報等因素融合地理、水文、水動力學(xué)模型，建立重點防洪排澇區(qū)域甌江、戍浦江風(fēng)暴潮風(fēng)險研判、山洪災(zāi)害風(fēng)險預(yù)警等數(shù)字化模塊，推進(jìn)流域預(yù)報調(diào)度一體化建設(shè)，完善區(qū)域水利防洪排澇“概化圖”“剖面圖”“風(fēng)險圖”三張圖，提升海塘、山洪災(zāi)害預(yù)報、甌江洪水演進(jìn)、水利工程調(diào)度和保護區(qū)風(fēng)險評估等數(shù)字水平的風(fēng)暴潮預(yù)警預(yù)報模型，建立了 “藍(lán)、黃、橙、紅”的風(fēng)暴潮四色預(yù)警體系，實現(xiàn)了海塘防潮動態(tài)預(yù)警，為保障鹿城區(qū)人民提前做好風(fēng)暴潮風(fēng)險防御工作發(fā)揮了重要作用[4]。

（3）搶險調(diào)度最優(yōu)路徑模型

結(jié)合鹿城區(qū)及溫州地區(qū)搶險物資倉庫、搶險隊伍、社會救援力量等數(shù)據(jù)，協(xié)同交通部門的路徑數(shù)據(jù)、應(yīng)急部門的避災(zāi)點數(shù)據(jù)、公共管理部門的醫(yī)院信息等數(shù)據(jù)，當(dāng)風(fēng)險來臨時通過最優(yōu)路徑計算模型生成搶險救援調(diào)度最優(yōu)方案，為領(lǐng)導(dǎo)及搶險專家提供科學(xué)的決策依據(jù)，從而贏得了寶貴的搶險救援時間。

（4）三維孿生數(shù)字海塘技術(shù)

針對七都海塘環(huán)島開展了三維孿生數(shù)字海塘技術(shù)的應(yīng)用，將環(huán)島海塘堤防、核心泵閘站、低洼易淹沒點等采用傾斜攝影、GIS、三維引擎等核心技術(shù)，綜合打造了七都三維孿生數(shù)字海塘，實現(xiàn)了海塘防潮淹沒預(yù)演預(yù)練、歷史臺風(fēng)影響模擬復(fù)盤、泵閘站狀態(tài)模擬交互等功能。

（5）全要素二維碼管理技術(shù)

擴展浙江省水利工程運行管理系統(tǒng)海塘管理模塊，強化綜合全要素管理，納入了規(guī)劃、設(shè)計、建設(shè)等報告、圖紙、斷面、樁號等全過程資料，通過二維碼實現(xiàn)紅（黃）綠燈“一碼監(jiān)管”，實現(xiàn)事故紅碼和隱患黃碼的動態(tài)追蹤、定時清綠。

5 措施

根據(jù)水利部《智慧水利總體方案》、《浙江省數(shù)字化改革總體方案》，結(jié)合鹿城區(qū)水利全域數(shù)字化管護平臺建設(shè)要點要求，本項目建設(shè)措施如下：

完善基礎(chǔ)設(shè)施體系建設(shè)。基礎(chǔ)設(shè)施體系建設(shè)主要包括中心控制室建立、物聯(lián)感知設(shè)備的部署及數(shù)據(jù)接入、區(qū)域海塘防潮預(yù)警場景三維模型等內(nèi)容。

數(shù)據(jù)資源體系建設(shè)。根據(jù)省水利數(shù)字化改革要求建設(shè)鹿城區(qū)水利數(shù)據(jù)資源體系，梳理數(shù)據(jù)資源目錄、建成綜合數(shù)據(jù)庫、實現(xiàn)數(shù)據(jù)初始化與匯聚及數(shù)據(jù)共享交換。一是全面整合水利數(shù)據(jù)資源，通過整編水利基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資源和省級統(tǒng)建應(yīng)用、區(qū)級自建應(yīng)用數(shù)據(jù)資源，進(jìn)行數(shù)源劃分，確定數(shù)源責(zé)任，并將本次整編的數(shù)據(jù)資源100%錄入水利數(shù)據(jù)倉，初步形成水利信息資源管理機制和管理規(guī)范，實現(xiàn)“一數(shù)一源、一數(shù)一責(zé)”的管理目標(biāo)。二是與運管平臺無縫銜接，接入省廳水利工程運行管理平臺及溫州市相關(guān)水利信息化系統(tǒng)，實現(xiàn)系統(tǒng)之間的集成與融合。

應(yīng)用支撐體系建設(shè)。為上層應(yīng)用提供技術(shù)支撐能力，主要包括統(tǒng)一門戶二次開發(fā)、海塘潮位警戒值核定、預(yù)警短信組件、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理組件、實時數(shù)據(jù)匯集組件、三維模型等。

業(yè)務(wù)應(yīng)用體系建設(shè)。建設(shè)三大應(yīng)用場景，包括海塘防潮風(fēng)險態(tài)勢評估應(yīng)用場景、甌江流域水旱災(zāi)害防御應(yīng)用場景、工程物業(yè)綜合管控應(yīng)用場景，并實現(xiàn)業(yè)務(wù)在浙政釘上應(yīng)用。服務(wù)器設(shè)在區(qū)大數(shù)據(jù)中心，通過云主機、數(shù)據(jù)庫的形式，建設(shè)建立網(wǎng)絡(luò)完全防護系統(tǒng)，并開展安全二級等級保護測評工作。

6 取得成效

6.1 運行實效

（1）全省首次出臺區(qū)級海塘管理辦法，助力數(shù)字化改革制度創(chuàng)新。制定并發(fā)行專門針對區(qū)域海塘運行管理的《鹿城區(qū)海塘管理辦法（試行）》和《鹿城區(qū)海塘物業(yè)化管理考核辦法（試行）》，創(chuàng)新制度作為海塘防潮數(shù)字化提升的依據(jù)。

（2）研發(fā)省級工程運管海塘管理模塊，推動數(shù)字化改革全省推廣。原浙江省水利工程運行管理海塘管理模塊，僅有海塘塘身相關(guān)管理，通過本次防潮能力研判項目成功增補了：塘前、塘后、保護區(qū)、附屬設(shè)施、交叉建筑物等管理，包括數(shù)據(jù)更新機制，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理，管理結(jié)構(gòu)和管理流程等。實現(xiàn)了海塘全過程綜合展示和管理、業(yè)務(wù)流程信息化監(jiān)督和管理，并面向全省開放和推廣應(yīng)用。

（3）開展七都數(shù)字孿生海塘建設(shè)，打造數(shù)字化應(yīng)用孿生海塘。積極響應(yīng)水利部李國英部長提出的水利工程數(shù)字孿生理念，將七都海塘環(huán)島14.8 km的海塘、泵閘等，依托GIS、三維傾斜攝影、BIM建模等技術(shù)、打造七都孿生數(shù)字海塘。

（4）打造風(fēng)暴潮預(yù)警預(yù)報場景，提升數(shù)字化防潮排澇能力。采用組件化封裝技術(shù)打造海塘防潮態(tài)勢研判、防潮預(yù)演預(yù)報、防潮風(fēng)險預(yù)警、防潮搶險預(yù)案等小切口場景應(yīng)用，實現(xiàn)預(yù)警隱患一鍵督辦，汛前汛中災(zāi)害評估，海塘風(fēng)險快速調(diào)度。

（5）建設(shè)完善水工程安全物聯(lián)感知體系，升級數(shù)字化水工程安全防護。七都、十里閘泵站、戍浦江大閘、仰義水閘安全物聯(lián)感知體系建設(shè)，包括水平位移監(jiān)測、垂直沉降監(jiān)測、自動化采集等。建設(shè)成水閘泵站可視化監(jiān)管和工程數(shù)字化管理，為鹿城水平臺智慧應(yīng)用提供基礎(chǔ)感知體系數(shù)據(jù)支撐。

（6）匯聚打通縱向橫向數(shù)據(jù)共享通道，建設(shè)鹿城區(qū)水利數(shù)據(jù)倉庫。縱向?qū)崿F(xiàn)與浙江省水平臺、溫州市水平臺、現(xiàn)地監(jiān)測和自動化控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享。橫向?qū)崿F(xiàn)與溫州市資規(guī)局、溫州市氣象局、鹿城區(qū)應(yīng)急救援等相關(guān)部門的數(shù)據(jù)共享。

（7）全面統(tǒng)籌精細(xì)研發(fā)各類業(yè)務(wù)模塊，打造數(shù)字化特色區(qū)級應(yīng)用。打造了一批具有區(qū)域特色的小切開場景應(yīng)用，如組件化水利一張圖、海塘工程名錄、風(fēng)暴潮預(yù)警預(yù)報、預(yù)演預(yù)練、預(yù)警預(yù)案、風(fēng)險管理、督辦中心等。

6.2 水治理成效

（1）海塘安瀾基礎(chǔ)建設(shè)。通過海塘安瀾工程建設(shè)，投入資金超過30多億，加固海塘23 km，提升海塘防洪標(biāo)準(zhǔn)從50年一遇提升到100年一遇；其中臥旗山海塘工程榮獲錢江杯和大禹獎。

（2）海塘管理制度創(chuàng)新。出臺全省首個縣區(qū)級海塘管理辦法，修訂制度和電子文件226項，再造流程36項。

（3）數(shù)據(jù)資源管理體系。打通鹿城區(qū)水利標(biāo)化管理平臺、鹿城區(qū)山洪災(zāi)害平臺、溫瑞平管理中心運行平臺等16個，融合水位觀測、潮位數(shù)據(jù)和雨量數(shù)據(jù)，應(yīng)急管理救援倉庫和避災(zāi)點數(shù)據(jù)，標(biāo)化平臺視頻系統(tǒng)、巡查數(shù)據(jù)和隱患數(shù)據(jù)等，通過七都等8個屬地街道、海塘管理各物業(yè)管理公司、城東水利管理所、溫州市城市發(fā)展中心采集共享數(shù)據(jù)已達(dá)508萬條。實現(xiàn)了數(shù)據(jù)集成與多跨共享交換，最大限度管控風(fēng)險減少損失。

（4）核心技術(shù)創(chuàng)新成果。獲得國家軟件著作權(quán)1項，公開發(fā)表論文5篇；成果獲鹿城區(qū)社科聯(lián)立項并結(jié)題，獲市水利局水利數(shù)字化改革優(yōu)秀案例。

（5）核心成果推廣應(yīng)用。核心基礎(chǔ)管理模塊被浙江省水利廳水利工程運行管理系統(tǒng)采納融合，面向全省推廣應(yīng)用，其中拓展基礎(chǔ)管理模塊17個，新增字段109項，匯聚了特性數(shù)據(jù)570萬條，實時數(shù)據(jù)7類307個點523萬條。

（6）核心場景社會效益。組件化框架設(shè)計，打造可拓展組件12個，形成組件庫。結(jié)合組件化技術(shù)、風(fēng)暴潮預(yù)警預(yù)報技術(shù)、三維數(shù)字孿生技術(shù)等，提升區(qū)域海塘防潮能力，動態(tài)研判風(fēng)險過程，實現(xiàn)風(fēng)險“四預(yù)”閉環(huán)管控，社會效益顯著。

（7）治理成效媒體采納。數(shù)字化場景獲中國水利部《中國水利報》頭版報道，獲中宣部《學(xué)習(xí)強國》特推。

將省級統(tǒng)建應(yīng)用以及鹿城區(qū)自建應(yīng)用，統(tǒng)一集成到鹿城區(qū)水利全域數(shù)字化管護平臺，形成鹿城區(qū)水利行業(yè)統(tǒng)一工作平臺?；谒麛?shù)據(jù)倉，實現(xiàn)已有水利數(shù)據(jù)的實時統(tǒng)計和監(jiān)控，實現(xiàn)省區(qū)縣協(xié)同辦公。提升水利信息安全防護體系。依托政務(wù)云資源，按照“五統(tǒng)一”要求建設(shè)水利信息安全防護體系，接入平臺的業(yè)務(wù)模塊二級等保達(dá)標(biāo)率達(dá)100%，鹿城區(qū)水利全域數(shù)字化管護平臺網(wǎng)絡(luò)安全保障能力符合相關(guān)要求。