高質量發展 數字化加力
——數字孿生山東黃河建設紀實

文／本刊報道組

東平湖清河門孿生場景

自水利部部署推進智慧水利建設以來，山東黃河河務局雷厲風行，在黃委的領導下，按照水利部“需求牽引、應用至上、數字賦能、提升能力”的要求，迅速在全局部署推動數字孿生山東黃河建設工作，取得了令人矚目的進展。初冬時節，本刊記者趕赴山東，真切地感受到數字孿生建設在山東黃河的快速進展以及邊建設、邊應用的熱潮。

日新月異，智慧水利呼嘯而來

黨的十八大以后，習近平總書記就我國水安全問題發表重要講話，提出了“節水優先、空間均衡、系統治理、兩手發力”的治水思路，為新時期治水工作提供了必須始終遵循的根本方針、必須始終堅守的重大原則、必須始終堅持的思想方法、必須始終把握的基本要求。同時，以習近平同志為核心的黨中央著眼全局、把握大勢，主動順應信息革命時代潮流，高度重視、全面布局、統籌推進網絡安全和信息化工作，習近平總書記強調，要全面貫徹網絡強國戰略，把數字技術廣泛應用于政府管理服務，推動政府數字化、智能化運行，為推進國家治理體系和治理能力現代化提供有力支撐，并提出了提升流域設施數字化、網絡化、智能化水平的明確要求。黨中央、國務院作出相關部署，國家“十四五”規劃綱要明確要求“構建智慧水利體系，以流域為單元提升水情測報和智能調度能力”。國家“十四五”新型基礎設施建設規劃進一步提出，要推動大江大河大湖數字孿生、智慧化模擬和智能業務應用建設。

水利部黨組深入學習貫徹習近平總書記重要講話精神和重要指示批示精神，按照國家“十四五”規劃綱要和“十四五”新型基礎設施建設規劃要求，加快建設數字孿生流域，構建智慧水利體系，推動新階段水利高質量發展，于2021年6月作出“把智慧水利建設作為推動新階段水利高質量發展六條實施路徑之一”的決策部署。

智慧水利是指在傳統水利工程基礎上，以先進的信息技術手段為基礎，充分利用物聯網、大數據、人工智能等技術，實現水資源管理、水環境保護、水災防治、水生態修復等方面的高效安全運營和智能化監測管理。智慧水利具有高效、安全、可控、可靠、可持續發展等優勢，有助于提高水資源利用效率，優化水生態環境，防范自然災害和人為事故，改善人民生活質量。我國的智慧水利大致起步于2007年，當時水利行業經過“信息化起步”，水利部發布了《水利信息化建設規劃綱要》，明確了智慧水利的發展方向和目標，之后智慧水利在全國開始推廣；“十三五”期間發布了《全國城市市政基礎設施規劃建設“十三五”規劃》以及《智慧水利總體方案》?！笆奈濉币詠?，國家多次在政策層面推動智慧水利體系的構建，水利部相繼出臺《關于大力推進智慧水利建設的指導意見》《智慧水利建設頂層設計》《“十四五”智慧水利建設規劃》《“十四五”期間推進智慧水利建設實施方案》等系列文件，明確要求“在業務需求分析的基礎上，重點梳理‘2+N’業務的‘四預’流程”“加強水利工程設施智慧化改造與建設、數字孿生流域、數字孿生工程、‘四預’功能要求等標準制定”，加快構建具有“四預”功能的水利智能業務應用體系，助力推進智慧水利建設。在此之前印發實施的《長江三角洲區域一體化發展規劃綱要》和之后印發實施的《黃河流域生態保護和高質量發展規劃綱要》等，都對數字孿生流域建設提出了明確具體的要求。

我國江河水系眾多，保護治理是一個龐大復雜的系統工程，必須堅持數字賦能，依托現代信息技術變革治理理念和治理手段。水利部要求必須落實黨中央、國務院重大決策部署，大力推進數字孿生流域建設。

在這個日新月異的時代，“智慧水利”幾乎是呼嘯著向人們走來。

追星趕月，數字孿生呼之欲出

大河之興，必須牢牢把握歷史的機遇。

大河之進，必須時時迎接時代的挑戰。

山東具有光榮的歷史，是人民治黃的發祥地，黃河第一艘機淤固堤吸泥船“紅心一號”，引黃濟津、引黃入冀、引黃濟青等跨流域調水，標準化堤防工程獲得中國建設工程魯班獎等現代治黃的經典，都產生于山東。面對呼嘯而來的新時代，山東黃河與時俱進，開拓創新，煥發出一種卓爾不群的風采。尤其近年來，山東黃河河務局找準自身定位，主動擔當作為，為黃河流域生態保護和高質量發展取得重要階段性成效奉獻了力量。山東位于黃河的下游，但山東黃河部門的工作從來都是力爭上游，在數字孿生建設上，他們又是集全局之力、全員之智，善謀善為，多措并舉，以最佳的狀態、最快的速度，向著這一最新的目標進發。

水利部部長李國英調研指導數字孿生山東黃河建設

2023年10月31日，山東黃河水利先進技術（設備）及數字孿生建設成果推介會

措施之一，加強領導，機制助推。

我們到達山東黃河河務局時，正趕上該局召開數字孿生建設成果推介會，局有關領導和相關部門負責人都出席了會議，局長趙銀亮作了專題講話。他首先肯定了數字孿生山東黃河建設取得的顯著成效，數字孿生山東黃河框架基本搭建，各業務平臺功能實現了較大突破，在基礎空間數據、平臺建設等方面產出了很多有價值的成果，整體基礎比較扎實等等。之后，他就數字孿生建設成果應用的推進提出了5點要求，其講話深入淺出，通宏洞微。這次會議，對數字孿生山東黃河建設成果的應用推進有著決定性的意義。

2023年5月22日，“熱愛科學 崇尚科學”2023年山東黃河科技活動周啟動儀式

實際上，像這一類的會議，自從數字孿生山東黃河建設開展以來，已經開了多次。除了以會議的形式加強統籌領導之外，還注重利用機制來保障，研究建立了三大機制，強力助推。一是建設協同機制。成立組織機構，局領導牽頭統籌數字孿生山東黃河建設和網絡安全工作，成立數字孿生山東黃河建設領導小組，科技處督導實施、協調調度，信息中心建設實施、強化研發，機關各部門對接應用、積極探索，各市河務（管理）局跟進落實、突出特色，縱橫協同，多級聯動，形成了數字孿生建設協同格局。二是建設實施機制。編制實施方案，依據水利部《智慧水利建設頂層設計》《數字孿生流域建設技術大綱（試行）》等要求，結合山東治黃發展現狀和實際需求，深入機關部門、市縣局、基層段(所）開展調研，精準對接，摸清需求，編制信息化“十四五”建設規劃、數字孿生平臺優化升級方案、網絡安全防護可研報告等，厘清數字孿生山東黃河整體建設思路，做好信息化工作發展總體部署。三是有效激勵機制。集聚人才優勢，組建數字孿生數據底板科研小組，有效統籌各級數字孿生科創人才，整合各單位建設成果，全面提升數字孿生數據底板建設水平；開設《數字孿生山東黃河》專欄，登載數字孿生工作部署和工作動態，重點宣傳數字孿生山東黃河建設過程中涌現出的新技術、新設備和優秀人才；組織數字孿生技術優秀應用案例，提高基層數字孿生建設積極性。

黃委黨組書記、主任祖雷鳴調研數字孿生山東黃河建設及應用情況

措施之二，不等不靠，主動作為。

好事要做好，好事還要快做。為了讓數字孿生山東黃河建設早日在山東黃河保護治理中發揮作用，山東黃河河務局加快建設步伐，一邊積極籌措建設資金，累計投入自有資金1.3億元，積極開展“三個全覆蓋”“山東黃河治理保護信息化平臺優化升級”和“應急通信和網絡安全提升”等項目建設；一邊主動加強與部委、地方的溝通對接，積極爭取在規劃、資金方面的支持，為數字孿生山東黃河建設提供多方位資金保障。

措施之三，加強調研，有的放矢。

“需求牽引、應用至上”，不馳于空想，不騖于虛聲。為了了解掌握各單位在黃河保護治理實踐中的真正需求，山東黃河河務局各級注重加強調研，局領導數次到基層開展專題調研，或趁檢查其他工作時加入數字孿生建設的內容。局機關部門負責人經常到基層就與自己相關的業務進行調研，局信息中心為了“智巡”App能夠更加貼合一線基層管理段（所）的工作實際，先后跑了十幾家基層段（所）開展調研，了解基層的需求，聽取一線職工的意見。

措施之四，務實創新，不斷改進。

在數字孿生山東黃河建設中，對于一些先進技術（設備）的研發與應用，研發人員從實際出發，經常進行創新與改進。2021年3月，“智慧山東黃河防汛平臺”在初審時聽到不少意見，一下收到20多條整改意見。研發團隊沒有氣餒，而是知恥后勇，全員放棄休假，白天加強與使用者的溝通交流、進一步了解需求；夜里團隊內部互通有無，反復修改、優化，終于趕在汛前完成了改進任務，實現了平臺搭建和上線運行。

“智巡”App開始投入運用后，為一線基層管理段人員帶來很大便利，唯有每日晨會的記錄，仍然要用人工。信息中心在征求反饋意見時了解到這一點，馬上在軟件中添加了“晨會打卡”這一功能，這一改進解決了基層管理段工作的一個常見的問題，深受一線人員的歡迎。

措施之五，開放治河，強強聯手。

人民治黃為人民，人民治黃靠人民。山東黃河河務局深知這一點，在黃河的保護治理中，一直秉承開放治河的理念，攜手地方共建共享。為了提高數字孿生山東黃河建設的科技含量，山東黃河河務局深化同中科院空天院、山東大學、華北水利水電大學、華為技術有限公司、浪潮集團、山東聯通公司等單位對接合作，建設高能級科創合作平臺，簽訂戰略合作框架協議。同時，為了更好地開放治河，產學研協同促進科技成果轉化，山東黃河河務局組建了山東黃河科創中心、科學技術協會，與山東大學、山東華特控股集團共建山東黃河水沙研究中心，與山東大學聯建黃河工程技術重點實驗室，與山東聯通公司聯建5G+數字孿生實驗室。山東黃河科創中心是開展黃河保護治理關鍵技術和重大問題的研發與應用、推動科技成果轉化的“多維融合”平臺，具備統籌聚集科創資源、推動關鍵技術研究、強化創新成果推廣應用和轉化、凝聚人才力量、強化數字孿生場景應用、推廣展示科技創新成果以及全方位支撐科技項目研發等功能，對于突破一批關鍵技術和重大技術瓶頸、保障山東在科技創新支撐黃河流域發展走在前列起到了重要的推進作用。

山東黃河河務局以追星趕月的姿態，向著數字孿生奮力沖刺，篤行不怠。

山東黃河河務局與山東聯通戰略合作協議簽約儀式

斬關奪隘，山東黃河足智多能

在水利部、黃委的領導下，遵循“需求牽引、應用至上、數字賦能、提升能力”工作要求，山東黃河河務局以算據、算法、算力建設為支撐，以數字化場景、智能化模擬、精準化決策為路徑，創新布局搭建“四個一”（一網一平臺一系統一支撐）的數字孿生山東黃河暨云黃河·山東建設框架，扎實推進數字孿生流域先行先試工作任務，初步實現了數字黃河與物理黃河同步仿真運行、虛實交互、迭代優化。

一是織就“天空地河”一體化信息感知網。

無人機飛控平臺

接入視頻監控點2898路，覆蓋山東黃河堤防、險工、控導、跨河橋梁等重點工程部位，配備無人機219架，覆蓋所屬市、縣局及121個基層段（所），建設遠程視頻會商系統176套，實現了省、市、縣、段（所）、工程現場五級視頻會商，率先在流域內實現視頻監控、無人機和遠程視頻會商系統“三個全覆蓋”；同時，結合遙感數據運用、水下地形及根石探測技術，從“天空地河”4個空間維度進行全領域、全業務、全鏈條數據采集。截至目前，已累計采集、存儲數據資源約47TB（太字節），為防汛調度、工程巡查、河湖清“四亂”等業務工作提供“第一手”實時數據，為數字孿生平臺靜態化場景建立和動態化場景驅動提供數據支撐。

其間，基礎監測感知和網絡覆蓋領域大幅精進。被譽為“壩岸智能衛士”的根石監測預警關鍵技術，主要由陣列式多斷面根石感知裝置（智感）、智能探水桿（智探）及工程安全監測預警平臺組成，保障了防洪工程安全運用，降低了工程巡查人員勞動強度，滿足了運行管理單位現代化管理的需要；被命名為“勵智”的精測快報物聯網水位站，創建了最實用、方便、快捷的水位觀測與應用新模式，適用于容重不為1的天然水體的水位觀測，最適合水體含沙量高、河口等受海水影響水流密度變化大的地點的水位觀測，推廣應用前景廣闊；自主研發的“智犇安瀾號”防汛移動基站正式上崗值守?！爸菭陌矠懱枴背袚笓]所、守險房、補給站、通信站等多種角色，不僅解決了防汛專用網絡覆蓋“最后一公里”的難題，還切實減輕了基層職工工作負擔，賦予智慧防汛新力量。智慧山東黃河防汛平臺等信息化成果先后投入應用。

冰凌監測算法

艾山卡口孿生場景

二是建成具有“四預”功能的數字孿生平臺。

數據底座日趨豐富。匯集黃河山東段水文、監測、業務信息，關聯工程要素與業務詳情和監測數據；細化深挖壩垛數據，實現二維場景與三維模型動態轉換，關聯壩垛斷面與三維模型的空間位置和信息關聯；實現一鍵搜索自定義范圍內防汛隊伍情況、倉庫庫存統計等物料信息；全面升級山東黃河一張圖?；谒拷y一的L1級數據底板，建成全域L2級中精度數據底板、重點河段L2級高精度數據底板和重要水閘BIM建模。

“四預”引擎不斷優化。冰凌監測、浮橋拆除、壩岸坍塌、垃圾傾倒、水位識別5類成熟智能算法廣泛應用于188處工程關鍵部位；堤防工程隱患監測、非法擺攤監測、涉水安全監測、主溜線4類新研發智能識別算法，試點應用于378處工程關鍵部位，實現全局范圍樣本適用和算法通用；研發7個水利專業模型，搭建模型平臺，實現模型統一管理和調用服務；充分運用已有知識，抽取系統業務關聯關系和綜合信息檢索需求，初步構建山東黃河知識平臺。

算力規模持續擴容。采用超融合技術部署云平臺，存儲、計算、網絡分別達到2.8PB（千萬億字節）、千萬級運算和百GB（吉字節）帶寬。

典型場景先行先試。按照水利部、黃委要求建設東平湖和濟南示范段，實現防洪“四預”業務應用。集成水雨情、視頻監控等監測數據和“壩岸智能衛士”監測預警信息，耦合水沙演進、主溜識別、冰凌監測等算法成果，實現濟南段關鍵水利要素的全過程精準模擬；基于調洪演算模型，科學調度大汶河洪水和黃河分滯洪運用，實現干流河道洪水變化、人口遷移安置、圍堰/壩體破除、閘門啟閉調度、湖水位變化等全過程模擬。

三是研發推廣“2+N”智能業務應用系統。

聚焦水旱災害防御、水資源管理與調度等重點內容開發的智能業務系統。在防汛會商、工程巡查、工程建設監管、河湖監管、取用水督察監管、安全生產監管等方面，成功打造“信息化+人工智能”全鏈條工作模式，部分甚至全面取代了人工巡查，簡化了工作流程，提升了工作效率。

濱州黃河空中巡查監管交互系統

智慧山東黃河防汛平臺,整合水情、雨情、工情、險情，實現防汛要素信息化、業務電子化和流程管理鏈條化；關聯政務、防汛等系統，實現值班數據一體集成、分級管理；集成視頻監控、無人機、遠程會商，運用水利專業模型，實現多模型交互滾動預測預報，分級分類預警，多尺度滾動預演，優選最佳調度方案，成功助力2023年調水調沙和防洪調度演練。

智慧檔案管理一體化系統，覆蓋檔案管理全業務流程，關聯辦公自動化、科技評審、工程管理等多業務系統，推廣應用至系統內外65家單位。年初，助力山東黃河河務局獲批國家數字檔案室建設試點（水利部首家）；日前，高分通過水利檔案工作規范化管理特級單位綜合評估。

有力有序有效地推進具備來水需水預報、取水許可預警、實時調度與計劃管理預演、智能檢索與預案生成等功能的智慧水資源管理平臺，聯動貫通的“智巡”App和工程運行維護智能管理平臺，廣泛應用于“黃河下游引黃涵閘改建工程（山東段）”和“黃河下游（‘十四五’）防洪工程”的工程建設項目管理平臺，融合安全生產風險查找、研判、預警、防范、處置和責任等風險管控“六項機制”的安全生產與水利監督平臺，初步部署應用的水行政執法與河湖監管平臺等智能業務應用系統等。

四是打造整體合一的泛在支撐體系。

“基礎支撐”強化應用數據安全治理，補充數據安全防護、應用系統漏洞掃描加固、Web應用安全防護等服務，初步構建全局覆蓋、全域共享、全程可控的全天候動態網絡安全監測預警體系，實現多層級、多用戶廣泛共享的數據安全。

“科技支撐”聚焦黃河流域生態保護和高質量發展重大國家戰略落實落地，推進河地融合，成立科協、科創中心等，開啟協同治理科技攻關模式；開展“揭榜掛帥”核心技術攻堅和重大項目建設，提升信息化智能化技術能力；在2023年10月舉行的山東黃河水利先進技術（設備）及數字孿生建設成果推介會上，推介了91項科技成果。

“人才支撐”構建了“1248”創新團隊體系，即1個領軍創新團隊，2個拔尖創新團隊，4個重點創新團隊和8個基礎創新團隊；集聚“科創+應用”人才優勢，成就了“數字孿生科創軍”“智行應用先鋒隊”2個專業團隊。

數字孿生山東黃河起步快速而穩健，在邊建設、邊應用的過程中改進、提升、完善，取得了諸多標志性成果，山東黃河保護治理模式正在悄然轉變。與此同時，一方面，依托數字孿生山東黃河建設的積累優勢和既有成果，著力推進陜西黃河河務局信息化專項幫扶；另一方面，結合自身實際，努力探索實現數字孿生流域建設與數字孿生工程、數字孿生水網建設的有機鏈接和信息互饋。

一條足智多能的山東黃河正奔涌而來。

煥新出發，智慧黃河闊步前行

數字孿生山東黃河建設是數字孿生黃河建設的一部分，是數萬黃河干部職工貫徹落實水利部部署，大力開展數字孿生黃河建設的一個縮影。

作為水利部派出的黃河流域管理機構，又是水利部數字孿生流域建設先行先試工作的重點單位，黃委對水利部相關部署的落實快速而有力。水利部關于推進智慧水利建設的指導意見和實施方案剛剛出臺，黃委立即成立了由主要負責人擔任組長的黃委數字孿生黃河建設領導小組和領導小組辦公室，全面凝聚合力，高位推動數字孿生黃河建設。明確統籌協調部門，抽調技術骨干組建工作專班，先行推進數字孿生黃河建設規劃編制。2022年，經過多輪現狀分析摸排、反復調研需求、廣泛征求意見、院士專家咨詢等，編制完成《數字孿生黃河建設規劃（2022—2025）》《數字孿生黃河建設規劃實施方案》，成為7大流域管理機構中首部發布的數字孿生流域建設規劃?！稊底謱\生黃河建設規劃（2022—2025）》系統總結了“十三五”以來“三條黃河”建設取得的成效，在水利部數字孿生流域整體框架下，研究提出了數字孿生黃河建設框架、規劃目標、建設任務、重點工程及組織實施、保障體系等，為“十四五”時期數字孿生黃河建設提供了重要依據。黃委把數字孿生黃河建設作為推動黃河保護治理現代化的重要引擎，深入總結“數字黃河”工程建設經驗，著力推進原型黃河、模型黃河、數字孿生黃河深度聯動，打造“三條黃河”升級版，形成更加科學高效的決策場，高位謀劃，印發了《黃河一張圖數據共享與使用管理辦法（試行）》《數字孿生黃河建設項目管理辦法》《數字孿生黃河數字化場景構建技術導則（試行）》等文件，推動數字孿生黃河建設在三個方面取得了重要進展。

濟南段水沙沖淤

第一，全流域一盤棋推進數字孿生建設。著眼全流域以“一河一圖一平臺”為建設重點，率先在需求迫切的下游構建三門峽至河口統一的數字化場景，逐步建設、整合數字孿生三門峽、古賢、小浪底、萬家寨等成果，推進山東黃河河務局、河南黃河河務局對口幫扶陜西黃河河務局和山西黃河河務局數字孿生黃河建設，統建涵蓋中下游干流和重要水利工程的數字孿生黃河。協助相關?。▍^）開展數字孿生湟水、寧夏賀蘭山東麓山洪、大汶河等支流建設，持續推進流域共建共享。

第二，全鏈條驅動“三條黃河”提檔升級。建設天空地一體化原型黃河監測感知網。全流域衛星遙感廣泛應用，建設黃委無人機應用平臺，匯聚全河4000余處視頻監控。建成現代化水文監測站網體系，實現3411個水情站點實時報汛。自主研發雷達在線測速儀、含沙量測量系統、根石走失監測預警系統等特色監測設備投入應用。建設17個水土保持監測站（點），新建一批野外科學觀測站。

持續發展和運用“模型黃河”。持續開展“模型黃河”洪水預演試驗，對黃河下游河道沖淤、洪水漫灘、工情險情、河勢變化等進行預警預報,為“原型黃河”研究和“數字孿生黃河”建設提供物理參數。同步開展“模型黃河”數字孿生建設，增強物理模型和數學模型的聯動性、協同性、參證性。

深化“三條黃河”耦合聯動。三花間降雨徑流模型、黃河水工程聯合調度模型、黃河泥沙通用模型等基本完成標準化改造，建設黃河模型平臺。自主研發云河地球、智河視界等三維仿真引擎，驅動了數學模型動態耦合模擬?！叭龡l黃河”聯動應用，形成更加科學高效的決策場。

第三，全覆蓋支撐黃河保護治理業務開展。將防洪、水資源管理調度作為建設重點，同步開展水土保持和淤地壩、河防工程管理、河湖管理保護等業務應用系統建設，初步形成“2+N”智能業務應用體系。

建設黃河防汛會商預演系統，開展2021年黃河秋汛洪水復盤，支撐2022年涇河洪水防御和年度防凌會商，進行2023年調水調沙預演計算和防洪調度演練，通過正算反推，精準控制水庫水位、泄流時機和河道立方米不利情況，滿足了涵閘改建期下游灌溉及生態流量需求；建設淤地壩信息管理系統，形成黃土高原全部1.68萬座中型以上淤地壩多維時空數據庫，初步實現“四預”功能，在黃土高原7個?。▍^）部署應用，利用系統進行24次防汛會商，發送強降雨提醒5.23萬壩次；建設河防工程管理系統，整合黃委工程建設、運行管理、河湖管理、防汛搶險等相關業務，整合20多年根石探測和工程日常巡查成果，接入基于遙感的河勢變化成果，賦能防洪工程安全管理。

北店子閘管所無人機巡查楊莊引黃閘

濱州黃河數字孿生3D模型

在多項關鍵技術取得重大突破性進展的同時，數字孿生黃河建設也在實踐中形成了黃河獨具的特色與亮點：一是升級“三條黃河”科學決策場，提高決策精準化水平；二是海量異構多源數據資源豐富，數字孿生成果共享；三是應用至上，急用先建、邊建邊用，緊緊圍繞防汛工作，建設河防工程管理系統、河湖管理保護系統、淤地壩管理系統。同步建設水資源管理與節約保護系統。

下一步，數字孿生黃河建設工作，將繼續按照李國英部長的要求，加強統籌協調，強化資源整合和力量協同，推行數字孿生水利建設“曬比促”，加快完成三門峽、故縣、黃藏寺、花果山及禹潼段等重點工程數字孿生建設工作；加快實施數字孿生古賢工程建設，與黃河下游、禹潼段等匯聚融合，形成黃河中下游直管河道的統一的數字孿生場景。長風破浪會有時，直掛云帆濟滄海。

新時期的智慧黃河建設，將充分運用云計算、大數據、物聯網、人工智能、數字孿生等新一代信息技術，構建黃河治理保護全要素的天空地一體化水利感知網和治河管河業務全覆蓋的高速穩定安全的新一代水利信息網，建成具有水利全要素數字化映射、全息精準模擬、超前仿真推演和評估優化的數字孿生流域，為黃河流域水治理體系和治理能力現代化提供有力支撐與強力驅動。

一條更擁有科技創新能力、更富有人文內涵、更具有輝煌前景的智慧黃河，已煥新出發，闊步前行。