“十四五”智慧水利建設(shè)水資源管理業(yè)務(wù)應(yīng)用架構(gòu)探討

孫 健，萬 毅

（水利部水資源管理中心，100038，北京）

強化水資源管理是保障經(jīng)濟社會高質(zhì)量發(fā)展的重要支撐手段，需要通過利用網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、智慧化先進成果，提升水資源管理科學(xué)性、時效性和智能化，切實提高水資源管理領(lǐng)域預(yù)報、預(yù)警、預(yù)演、預(yù)案（以下簡稱“四預(yù)”）能力。以水利部關(guān)于“十四五”期間智慧水利建設(shè)指導(dǎo)意見、頂層設(shè)計、規(guī)劃和方案等文件為依據(jù)，立足水利部本級水資源管理工作目標(biāo)和任務(wù)，以業(yè)務(wù)應(yīng)用需求開展深入分析，總結(jié)水資源管理信息化能力現(xiàn)狀和存在的主要問題，提出水資源管理與調(diào)配系統(tǒng)建設(shè)思路，為水資源管理信息化建設(shè)工作提供參考。

一、水資源管理信息化能力現(xiàn)狀

覆蓋中央、流域和省區(qū)3 個層級的國家水資源管理系統(tǒng)，是國家水資源監(jiān)控能力建設(shè)項目（以下簡稱“國控項目”）的重要成果，在現(xiàn)有水資源監(jiān)測體系和業(yè)務(wù)管理信息體系中具有核心地位。

1.監(jiān)測感知能力現(xiàn)狀

在河湖斷面監(jiān)測方面，國家水資源管理系統(tǒng)水利部本級系統(tǒng)已對805個有水資源監(jiān)測需求的省界斷面實現(xiàn)430 個斷面的監(jiān)測；對全國第一批生態(tài)流量管控的41 個重點河湖83 個重要控制斷面，已接入74 個斷面監(jiān)測數(shù)據(jù)；對65條已批復(fù)或已開展跨省江河水量分配工作的335個河流控制斷面，已接入131個斷面監(jiān)測數(shù)據(jù)。

在地下水監(jiān)測方面，國家地下水監(jiān)測工程（水利部分）已完成建設(shè)，構(gòu)建了1個國家地下水監(jiān)測中心、7個流域監(jiān)測中心、32個省級監(jiān)測中心、280 個地市分中心和10 298個地下水自動監(jiān)測站。在取水口監(jiān)測方面，截至2020年年底，國控項目在全國累計完成18 713戶41 851個監(jiān)測點建設(shè)，覆蓋取水許可證11 632份，監(jiān)測許可水量共計2563.24 億m3，年度監(jiān)測實際水量3308.29億m3。

2.信息平臺能力現(xiàn)狀

國控項目基本建成了包括1個中央平臺、7個流域平臺、32 個省級平臺，共40 個節(jié)點在內(nèi)的國控系統(tǒng)，已基本建成水利部、流域、省(自治區(qū)、直轄市）三級水資源管理信息平臺和取用水、水功能區(qū)、大江大河省界斷面三大監(jiān)控體系，在水利業(yè)務(wù)網(wǎng)內(nèi)形成覆蓋五級的水資源通用管理業(yè)務(wù)標(biāo)準(zhǔn)化體系，對重要取水口和水源地等關(guān)鍵對象完成實時監(jiān)測信息同步，構(gòu)建了相對完備的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，對水資源管理提供了較好的建設(shè)基礎(chǔ)和應(yīng)用支撐。

水利部不斷推動取用水管理政務(wù)信息系統(tǒng)整合共享，自2021 年起在試點地區(qū)開展了取用水管理政務(wù)信息系統(tǒng)整合工作，著手建設(shè)取用水管理“大系統(tǒng)、大平臺和大數(shù)據(jù)”，實現(xiàn)水利部、流域機構(gòu)取用水管理業(yè)務(wù)辦理系統(tǒng)與地方各級取用水管理相關(guān)政務(wù)信息系統(tǒng)的互聯(lián)互通，初步形成可覆蓋全國的取用水管理政務(wù)服務(wù)平臺，服務(wù)全國取水許可電子證照辦理、用水統(tǒng)計調(diào)查直報、取水工程（設(shè)施）核查登記等業(yè)務(wù)，并逐步納入各地已建成的取水許可審批、取水計劃、水資源稅費收繳等系統(tǒng)功能。

自2019 年起，全國省界斷面水文水資源監(jiān)測信息系統(tǒng)開始建設(shè)，針對水量分配監(jiān)管、生態(tài)流量管控等業(yè)務(wù)對水文監(jiān)測數(shù)據(jù)規(guī)范化管理和整編應(yīng)用的需求，提供水文水資源監(jiān)測站網(wǎng)管理、數(shù)據(jù)報送、預(yù)報預(yù)警、指標(biāo)評價、分析報表等管理業(yè)務(wù)支撐。實現(xiàn)對全國省界斷面和重要控制斷面的基本信息、評價指標(biāo)、歷年均值等重要基礎(chǔ)信息的管理，實現(xiàn)全國近900 個斷面月度、年度水資源監(jiān)測數(shù)據(jù)的報送流程管理和監(jiān)控，可對日數(shù)據(jù)整編報送管理并進行短期預(yù)報及預(yù)警，可根據(jù)不同時間序列進行指標(biāo)評價和統(tǒng)計。

3.水資源管理業(yè)務(wù)應(yīng)用現(xiàn)狀

水資源管理業(yè)務(wù)應(yīng)用信息化建設(shè)主要包括基礎(chǔ)設(shè)施體系、數(shù)據(jù)資源體系、應(yīng)用支撐體系和業(yè)務(wù)應(yīng)用體系4個部分（見圖1）。

圖1 水資源管理業(yè)務(wù)應(yīng)用信息化建設(shè)現(xiàn)狀

基礎(chǔ)設(shè)施體系依托水利感知體系獲取水資源管理業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)信息，形成水資源管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)底板。目前水利感知體系獲取數(shù)據(jù)信息的方式途徑包括水文站網(wǎng)監(jiān)測、取水口在線計量和人工填報。通過水利專網(wǎng)等路徑為數(shù)據(jù)信息提供計算、存儲和網(wǎng)絡(luò)媒介通道。

數(shù)據(jù)資源體系包括國家水資源管理系統(tǒng)建設(shè)形成的數(shù)據(jù)中臺和數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)中臺包括數(shù)據(jù)管理平臺和數(shù)據(jù)資源目錄，具備數(shù)據(jù)資源治理、安全管理、質(zhì)量管理、運維管理和共享交換等功能。按照數(shù)據(jù)類型存儲水利感知體系上傳的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、空間數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、監(jiān)測數(shù)據(jù)和多媒體數(shù)據(jù)，可分門別類存儲在相應(yīng)數(shù)據(jù)庫中。

應(yīng)用支撐體系依托國家水資源管理系統(tǒng)現(xiàn)有業(yè)務(wù)，初步具備模型平臺和知識平臺雛形，具備水資源專業(yè)模型、可視化模型、業(yè)務(wù)規(guī)則和專家經(jīng)驗等模型和內(nèi)容。國家水資源管理系統(tǒng)具備三級平臺，在此基礎(chǔ)上初步具備水資源管控一張圖功能，同時與國家地下水監(jiān)測工程系統(tǒng)和全國水文、水雨情監(jiān)測系統(tǒng)等之間通過數(shù)據(jù)共享交換通道獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。

業(yè)務(wù)應(yīng)用體系依托國家水資源管理系統(tǒng)三級平臺，在水利部、流域、省（自治區(qū)、直轄市）通用基礎(chǔ)業(yè)務(wù)應(yīng)用基礎(chǔ)上，結(jié)合水利部本級管理工作需求，具備水量監(jiān)控與統(tǒng)計、生態(tài)流量管控、取水許可證照成果統(tǒng)計等業(yè)務(wù)功能。同時通過數(shù)據(jù)交換渠道獲取的數(shù)據(jù)信息，實現(xiàn)地下水水位變化通報功能。

二、水資源管理業(yè)務(wù)信息化建設(shè)存在的不足

1.透徹感知能力不夠

目前以國家水資源管理系統(tǒng)為主體的監(jiān)測體系信息感知覆蓋范圍和要素不全，監(jiān)測能力還不能滿足部本級水利業(yè)務(wù)和管理需要。

在河湖斷面數(shù)據(jù)監(jiān)測方面，各級監(jiān)測信息向部本級平臺的總體接入率不高。重要河流涉及水量分配斷面的信息接入率為39%，省界水量斷面接入率為53%，部分水量分配、生態(tài)流量控制相關(guān)的站點至今尚未啟動建設(shè)，一些已建站點的枯水期監(jiān)測頻次和指標(biāo)達不到評價要求。

在地下水監(jiān)測方面，部本級可直接獲取動態(tài)水位、水質(zhì)信息的站點以國家地下水監(jiān)測工程建設(shè)成果為主，一些地下水超采區(qū)內(nèi)的國控站點覆蓋程度不足，數(shù)據(jù)質(zhì)量有待進一步提升。

在取水口監(jiān)測方面，各地計量能力不均衡，部本級平臺直接獲取、可供研判趨勢和動態(tài)決策的取用水信息不充分。國控系統(tǒng)雖然對規(guī)模以上頒證取用水戶實現(xiàn)了在線計量，但該類取用水戶數(shù)量少，且區(qū)域間分布不平衡。農(nóng)業(yè)用水的取水口計量率相對較低；全國工業(yè)和生活取水總體取水口計量率較高，但多為自動化程度低的離線計量，設(shè)備精度和穩(wěn)定性水平參差不齊。

2.聯(lián)通與共享程度不高

一是內(nèi)部信息系統(tǒng)聯(lián)通整合不夠。部本級國家水源管理系統(tǒng)取用水監(jiān)控功能與全國取水許可電子證照系統(tǒng)、用水統(tǒng)計調(diào)查直報系統(tǒng)尚未實現(xiàn)數(shù)據(jù)動態(tài)同步和業(yè)務(wù)整合，用于“四預(yù)”的業(yè)務(wù)無法聯(lián)動，數(shù)據(jù)重復(fù)報送、“一數(shù)多源”、“臟數(shù)據(jù)”頻繁入庫等問題依然存在。全國省界斷面水文水資源監(jiān)測信息系統(tǒng)的服務(wù)范圍還不夠廣泛，與具體調(diào)度業(yè)務(wù)結(jié)合還不夠緊密。二是外部數(shù)據(jù)資源共享不足。目前對于水資源管理業(yè)務(wù)聯(lián)系緊密的相關(guān)行業(yè)相關(guān)數(shù)據(jù)還未能實現(xiàn)動態(tài)共享。

3.管理支撐能力不強

雖然水利部、流域、?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）三級系統(tǒng)實現(xiàn)了業(yè)務(wù)協(xié)同，但部本級工作人員直接通過信息系統(tǒng)開展業(yè)務(wù)辦理、監(jiān)測預(yù)警、實時告警和監(jiān)管的工作環(huán)節(jié)還不完整。系統(tǒng)統(tǒng)計分析功能和數(shù)據(jù)處理機制不完善，系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)實用性不強，難以滿足業(yè)務(wù)需求，對專題業(yè)務(wù)的支撐條件不足，對水資源評價分析、日常管理、考核監(jiān)督、宏觀決策的支撐作用不強，系統(tǒng)平臺應(yīng)用效果與實現(xiàn)“四預(yù)”功能要求之間有一定差距。

三、完善水資源管理業(yè)務(wù)應(yīng)用的工作思路

堅持“需求牽引、應(yīng)用至上、數(shù)字賦能、提升能力”總要求，積極落實《“十四五”期間推進智慧水利建設(shè)實施方案》工作內(nèi)容，搭建水資源管理與調(diào)配系統(tǒng)，完善水資源管理業(yè)務(wù)應(yīng)用，完成水資源領(lǐng)域數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化水平躍升。

1.數(shù)字化上切實提升對水資源要素的感知能力

（1）提高對自然水體的監(jiān)測能力

通過建設(shè)完善水雨情和地下水監(jiān)測站網(wǎng)，根據(jù)水量分配、生態(tài)流量管控和地下水超采治理等業(yè)務(wù)需求，進一步增加站點密度和監(jiān)測指標(biāo)，提高監(jiān)測頻次和傳輸能力，對水利部發(fā)布的重要河湖、地下水超采區(qū)的監(jiān)測覆蓋率達到100%。

（2）提高取水口監(jiān)測計量水平

規(guī)模以上非農(nóng)業(yè)取水口（地表水許可水量50萬m3以上、地下水許可水量5 萬m3以上）全部實現(xiàn)在線計量，大中型灌區(qū)干渠渠首取水口全部實現(xiàn)在線計量，規(guī)模以上農(nóng)機井（井內(nèi)徑200 mm以上）全部安裝計量器具或納入“以電折水”管理。

（3）完成水資源數(shù)據(jù)底板構(gòu)筑

以“一數(shù)一源”原則完成水資源管理對象的基礎(chǔ)、業(yè)務(wù)、監(jiān)測、空間和多媒體五類信息匯交和治理，保障信息可靠實用。以水利一張圖為核心平臺，實現(xiàn)自然水體到取用水端全流程全要素的基礎(chǔ)信息和監(jiān)測信息數(shù)字模擬上圖，為用戶提供“一圖通覽”服務(wù)。

2.網(wǎng)絡(luò)化上全面提升多網(wǎng)互通和廣泛服務(wù)能力

（1）提升網(wǎng)絡(luò)互通水平

在水利部和省（自治區(qū)、直轄市）級平臺主節(jié)點全部實現(xiàn)水資源信息在水利業(yè)務(wù)網(wǎng)、國家政務(wù)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)的互通，與稅務(wù)、電力等部門實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連通，依托國家政務(wù)服務(wù)平臺和政務(wù)網(wǎng)絡(luò)資源提供統(tǒng)一服務(wù)，推動各地具備取水審批、計量監(jiān)控、統(tǒng)計上報和稅費征收等關(guān)鍵業(yè)務(wù)“一網(wǎng)通辦”條件。

（2）完善基層信息服務(wù)

依據(jù)業(yè)務(wù)和信息安全需求在不同網(wǎng)段合理部署水資源數(shù)據(jù)和應(yīng)用，滿足多層級信息同步和共享的要求，基本實現(xiàn)全國全部縣級以上水行政監(jiān)管需求和持證取用水戶可便捷接入政務(wù)系統(tǒng)并享受動態(tài)服務(wù)。

（3）創(chuàng)新移動互聯(lián)應(yīng)用

發(fā)揮移動互聯(lián)網(wǎng)和移動終端泛在、智能、普惠的突出優(yōu)勢，不斷提升網(wǎng)絡(luò)服務(wù)基礎(chǔ)能力，在計量信息采集、監(jiān)管業(yè)務(wù)反饋、政策執(zhí)行評價和社情輿情跟蹤等環(huán)節(jié)中創(chuàng)新工作模式。

3.智能化上顯著提升分析研判和科學(xué)決策能力

（1）提升模型的應(yīng)用支撐能力

通過提升流域區(qū)域水循環(huán)和水平衡模型支撐水平，充分整合水文監(jiān)測體系和開發(fā)利用數(shù)據(jù)，滿足動態(tài)分析不同保證率下流域區(qū)域水資源量、可用水量的需求，滿足對水資源情勢“動態(tài)掌控”需求。

（2）提升平臺的多源整合能力

完善國家水資源管理系統(tǒng)和全國取用水政務(wù)服務(wù)平臺業(yè)務(wù)模型，綜合分析取用水監(jiān)測、用水統(tǒng)計、水資源稅費征收和重點監(jiān)控用水戶等取用水端信息，形成對總體趨勢的綜合研判和對具體問題的精準(zhǔn)定位能力，以多部門數(shù)據(jù)共享為基礎(chǔ)，通過大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)，實現(xiàn)對水資源監(jiān)管風(fēng)險的科學(xué)研判和動態(tài)管控。

（3）實現(xiàn)水資源業(yè)務(wù)“四預(yù)”管理

在預(yù)報方面，在充分掌握現(xiàn)狀、歷史和規(guī)律機制基礎(chǔ)上，對未來發(fā)生的重要水資源管理事件，按照業(yè)務(wù)標(biāo)準(zhǔn)進行預(yù)測預(yù)報。在預(yù)警方面，完善水資源管理風(fēng)險閾值和指標(biāo)，建立發(fā)布機制，使信息直達責(zé)任單位，處置措施和效果可及時反饋。在預(yù)演方面，融合水資源管理對象動態(tài)信息，在信息平臺模擬實際業(yè)務(wù)場景和事件過程，設(shè)定不同情景目標(biāo)進行風(fēng)險形勢分析，對調(diào)度方案進行模擬仿真預(yù)演。在預(yù)案方面，結(jié)合水資源管控對象和指標(biāo)現(xiàn)狀，對預(yù)演結(jié)果進行分析評估，滾動調(diào)整應(yīng)對措施，提高預(yù)案的科學(xué)性和可操作性。

四、水資源管理業(yè)務(wù)應(yīng)用架構(gòu)設(shè)計

1.總體架構(gòu)

水資源管理與調(diào)配系統(tǒng)水資源管理業(yè)務(wù)應(yīng)用依托于水利部正在建設(shè)的智慧水利總體框架，調(diào)用數(shù)字孿生流域提供的算據(jù)、算法、算力等資源（圖2）。

圖2 水資源管理業(yè)務(wù)應(yīng)用信息化建設(shè)總體框架

基礎(chǔ)設(shè)施體系：水利感知體系通過構(gòu)建一體化的取水監(jiān)測計量體系，實現(xiàn)對水資源管理與調(diào)配業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)信息的動態(tài)感知。依托水利云、政務(wù)云和互聯(lián)網(wǎng)提供的計算、存儲和網(wǎng)絡(luò)資源進行建設(shè)和部署，并根據(jù)后續(xù)建設(shè)需要，建設(shè)相應(yīng)安全防護體系，保障水利數(shù)據(jù)資源和業(yè)務(wù)應(yīng)用的安全、穩(wěn)定、高效運行。

數(shù)據(jù)資源體系：基于水利數(shù)據(jù)倉現(xiàn)有數(shù)據(jù)資源，按照水利部智慧水利數(shù)字孿生流域數(shù)據(jù)倉建設(shè)、運維技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)取水?dāng)?shù)據(jù)縱向跨層級、橫向多跨的共享交換，并按照水利數(shù)據(jù)倉數(shù)據(jù)管理機制，開展數(shù)據(jù)治理、質(zhì)量管理、安全管理和運維管理。

應(yīng)用支撐體系：基于水利部藍證統(tǒng)一身份認(rèn)證和全國一體化政務(wù)服務(wù)平臺提供的統(tǒng)一門戶、統(tǒng)一身份和統(tǒng)一應(yīng)用支撐能力，整合已有系統(tǒng)平臺功能應(yīng)用和新建立的數(shù)字孿生平臺模型平臺、知識平臺，構(gòu)建部本級水資源管理與調(diào)配系統(tǒng)應(yīng)用支撐體系。

業(yè)務(wù)應(yīng)用體系：依托各級系統(tǒng)平臺應(yīng)用現(xiàn)狀，全面梳理水資源管理與調(diào)配核心業(yè)務(wù)，調(diào)用功能服務(wù)，匯集數(shù)據(jù)信息，完善開發(fā)用水量統(tǒng)計與分析、取用水監(jiān)管、河湖生態(tài)流量監(jiān)管等新重點業(yè)務(wù)應(yīng)用，構(gòu)建部本級水資源管理與調(diào)配系統(tǒng)業(yè)務(wù)應(yīng)用體系。

政策制度體系：在智慧水利數(shù)字孿生平臺政策體系框架下，完善水資源管理與調(diào)配系統(tǒng)建設(shè)政策制度，優(yōu)化系統(tǒng)運行維護等規(guī)定，協(xié)調(diào)推進系統(tǒng)建設(shè)工作，保障協(xié)調(diào)推進。

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系：根據(jù)智慧水利數(shù)字孿生平臺建設(shè)數(shù)據(jù)共享、技術(shù)應(yīng)用、政務(wù)服務(wù)、安全運維、系統(tǒng)集成等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系，結(jié)合水資源管理與調(diào)配業(yè)務(wù)標(biāo)準(zhǔn)體系框架，指導(dǎo)系統(tǒng)建設(shè)、運行、維護等工作。

組織保障體系：按照水資源管理調(diào)配系統(tǒng)建設(shè)實施方案工作任務(wù)和責(zé)任分工，加強組織領(lǐng)導(dǎo)，完善建設(shè)與運維機制，確保系統(tǒng)建設(shè)工作順利開展。

2.數(shù)據(jù)架構(gòu)

數(shù)據(jù)底板匯聚水利云、政務(wù)云和互聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)母黝悢?shù)據(jù)，為模型平臺和知識平臺提供數(shù)據(jù)服務(wù)，支撐水資源管理業(yè)務(wù)應(yīng)用。根據(jù)不同數(shù)據(jù)來源和數(shù)據(jù)類型，將各類數(shù)據(jù)按照統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、數(shù)據(jù)基準(zhǔn)和注冊接入方式匯集到水資源數(shù)據(jù)信息平臺中。水資源管理業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流程由數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)集成、數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)應(yīng)用4 個部分組成（圖3）。

圖3 水資源管理業(yè)務(wù)應(yīng)用數(shù)據(jù)流程