2024优秀案例丨湖北三峡库区智慧水利综合管理平台

水安全是涉及国家长治久安的大事，习近平总书记提出了“节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力”的治水思路，指导治水工作实现了历史性转变。为贯彻落实习近平总书记的“十六字”治水思路，水利部印发了《关于大力推进智慧水利建设的指导意见》、《智慧水利建设顶层设计》和《“十四五”智慧水利建设规划》等政策文件，助力推动智慧水利建设，加快构建具有预报、预警、预演、预案功能的智能水利体系，为新阶段水利高质量发展提供有力支撑和强力驱动。

长江三峡工程是国之重器，是保护和治理长江的关键性骨干工程，具有防洪、发电、航运等巨大的综合效益。与此同时，长江流域频繁的洪涝、气象灾害，严重影响危害着流域内经济社会发展和生态环境；长江三峡智慧水利建设仍存在明显短板和薄弱环节，包括监测要素不全、技术手段不够先进、支撑决策精准化程度不高等问题。

在国家“智慧水利”建设背景下，为了推进湖北三峡库区智慧水利建设，本项目按照“1+4”的建设模式，完成湖北三峡库区智慧水利综合管理平台和夷陵、秭归、兴山、巴东四个库区县（区）智慧水利感知体系建设，推动宜昌市水利信息化工作由“数字水利”向“智慧水利”转型，强化“预报、预警、预演、预案”四预措施，实现业务管理一体化、水利资源共享化、水利监控可视化、水利指标精确化、水利信息可视化、水利决策科学化，逐步实现水利业务工作“可视、可知、可控”、“管用、好用、爱用”，提升宜昌市水利工作管理和信息服务能力。从根本上补齐水利信息化、智慧化短板，提升工作质效，解决无人少人缺人、工作任务繁重的问题。

1 总体架构

湖北三峡库区智慧水利综合管理平台总体框架由四大部分组成，分别为物联感知层，基础设施层，数字底座和智慧应用。如图1所示。

图1 总体架构图

2 湖北三峡库区智慧水利综合管理平台建设内容

湖北三峡库区智慧水利综合管理平台采用数据中台、业务中台、智能中台“三中台”体系架构，建设智慧水利数字底座和业务应用系统。根据省市县三级需要，搭建以水旱灾害防御、水资源管理为核心，重点覆盖水利工程管理、河湖保护、水政监察、农村供水、水土保持、三峡后续项目管理、三峡水库安全管理及智慧水利一张图等“2+N”业务应用。推动水利小脑与城市大脑实现数据归集、技术融入、业务融合，打造面向湖北三峡库区及全市范围智慧水利“一张网、一张图、一个数据中心、一个支撑平台、一批典型应用”的“五个一”体系。系统如图2所示。

图2平台首页

2.1建设“三中台”智慧驱动的数字底座

基于水利云基础设施，采用空天地一体化采集手段和数据处理方法，汇聚多元数据，围绕洪水、干旱、水利工程建设、水利工程运行、城乡供水、节水、江河湖泊、水土流失、水资源开发与利用等九大水利业务及水利监督工作需求，建立了统一的数据标准，构建数据资源池，实现多元数据的统一汇集、统一治理、统一存储、统一加工、统一共享等大数据全生命周期的管理。

在统一标准规范和体系架构下，夯实智慧水利基础，充分利用现有水利数据资源，构建了“数据中台、业务中台、智能中台”的三中台体系，完成智慧水利一张图建设。通过数字底座的建设，提高了数据资源对业务的响应效率、提升输出价值等，增强了各条业务线之间的协作能力，驱动“水利大脑”建设。系统如图3、图4、图5所示。

图3 数据中台

图4智能中台

图5业务中台

2.2构建智能化水利专业模型

围绕“三中台”体系架构和智慧水利“2+N”业务应用，构建了降雨预报模型、新安江模型、一维水动力河道演进模型、旱情预测预报模型等模型，形成多维多要素的流域与各区县统筹兼顾一体化、智能化预报调度技术体系，实现流域、区域、工程多要素多层级水利场景及对象的孪生交互。

2.3建设创新优化协同的智能应用

运用大数据分析、机器学习、遥感解译、水利模型、虚拟现实等技术方法，建设完成创新优化协调的“2+8”智能应用。“2”是指水旱灾害防御、水资源管理，“8”是指水利工程管理、河湖保护、水政监察、农村供水、水土保持、三峡后续项目管理、三峡水库安全管理及智慧水利一张图等智能应用，通过“2+8”智能应用的建设全面提升水利业务的精细管理、预测预报、分析评价与决策支持能力，为“水利工程补短板、水利行业强监管”的水利发展新思路提供信息化应用支撑。系统如图6-图14所示。

图6 宜昌市智慧水利一张图

图7 宜昌水旱灾害防御指挥调度系统

图8 宜昌市水利工程管理系统

图9 宜昌市水资源综合管理系统

图10 宜昌市河湖综合保护系统

图11 宜昌市水政监察管理系统

图12 宜昌市供水抗旱保供系统

图13 宜昌市水土保持监管系统

图14综合决策应用系统

2.4构建三峡库区重要支流数字化场景应用

以三峡库区主要支流“四预”为主要内容，选取香溪河、茅坪河、黄柏河、神农溪流域完成数字化场景应用，在数字孪生流域的基础上，集成耦合多维多时空尺度高保真数学模型，构建数字孪生流域模拟仿真平台，支撑水安全全要素预报、预警、预演、预案的模拟分析。支撑精准化决策，构建水利智能业务应用体系。如图15、图16所示。

图15 香溪河干流预警预报

图16 水库下游泄洪预演

3 典型应用场景

（1）降雨影响分析、水库溢洪风险分析

降雨过程中，可以基于平台的一张图模块快速定位到降雨中心较大降雨点，结合“降雨影响分析”功能，以流域为分析单元，分析“水去哪了”，搞清楚“落地雨”最后汇入了哪条河，河上有哪些工程设施需要重点关注，对于需要重点关注的水库，结合“水库溢洪风险分析”功能，利用预报雨量，判断水库是否有溢洪风险，对于有闸门控制的水库，可以进一步计算，为了化解险情，不同下泄流量及需要的时间。同时可以进一步的调取周边视频，对现场实际情况远程“可视”，进一步优化调度决策方案。如图17所示。

图17 降雨影响分析、水库溢洪风险分析

（2）智慧巡河

通过平台将沿河的视频资源整合起来，按照从上游到下游的关系整理，通过在线视频接入的方式，逐视频自动巡河，在单个视频点自动巡河的过程中，能够借助中心计算能力自动识别涉河问题并进行告警。大大减轻了基层压力，提升了河湖管控效率。如图18所示。

图18 智慧巡河

（3）工程质量检测

建设“一码到底”的管理模式，为待检测样品绑定独一无二的身份标识，覆盖检测样品从进场开始、到取送样、见证、检测单位收样、试验检测以及报告出具等所有检测环节。通过扫描二维码标识，锁定检测过程全部参与人员，督促取送样、见证和检查人员履职，规范检测资料，同时绑定取样、见证、检测各环节的责任人，实现后期可追溯，规范参建各方对工程建设主要材料、试件和样品在取样及见证及检测过程中的行为。如图19所示。

图19 工程质量检测

（4）流域数字化场景应用

采用数字孪生、三维建模等技术，结合三维数字场景，打造具有“预报 预警 预演 预案”能力的“四预”体系，辅助汛期流域下游城区防汛调度决策，保障人民群众生命财产安全。如图20所示。

图20 流域数字化场景应用

（5）AI自动识别河湖“四乱”、疑似非法采砂

借助沿河的视频，通过在后端架设中心计算服务，将现场抓拍画面回传进行AI分析，自动识别乱堆、乱倒、乱建、水面漂浮物、疑似非法采砂等问题，并自动通知相关责任人进行处理，形成河湖管理的事件闭环，切实提高河湖“四乱”、疑似非法采砂问题发现和处置能力。如图21所示。

图21 AI自动识别河湖“四乱”

（6）智慧工地AI分析

为了提升工地安全监管效率，杜绝安全事故的发生，通过整合工地现场视频，结合AI分析能力，对施工现场作业人员未戴安全帽、未穿反光衣、未穿救生衣（涉水施工）等情况进行识别并进行自动预警，以短信形式通知管理人员责令整改，并能够对整改结果进行反馈，形成业务管理的闭环。如图22所示。

图22 智慧工地AI分析

1 跨部门数据共建共享

通过与城市大脑进行通道打通，整合城市大脑CIM平台能力，汇聚了“三类空间、城镇开发边界、永久基本农田、生态保护红线、倾斜摄影”等数据，有效支撑了工程项目选址规划等业务决策。

2 视频AI自动识别预警

采用中心计算方式，充分利用视频AI技术，对水利工程管理、河湖综合保护、水政监察等业务系统中的水利工程施工现场违规行为、河湖“四乱”、非法采砂等问题实现AI自动识别预警，短信通知管理人员，系统交互反馈，实现事件闭环。

3 构建了具有“四预”功能的数字孪生平台

基于高精度的DEM、DOM、倾斜摄影数据以及重要水库的BIM建模数据，构建香溪河、茅坪河、黄柏河、神农溪流域的“防洪”四预业务应用场景，涵盖水库上游降雨预报、水库来水预报、水库下游断面的径流预报及水库水位动态预警、泄洪洪水预演、生产电子预案等建设内容，以数字孪生流域建设带动智慧水利建设，提升水利决策与管理的科学化、精准化、高效化能力和水平。

4 水利工程全生命周期数字化管理

实现水利工程项目监管的“图上看、网上管、地上查”的管理模式。结合水利工程建设管理工作实际，建设“一码到底”的管理模式，通过扫描二维码标识，锁定检测过程全部参与人员，督促取送样、见证和检查人员履职，规范检测资料，同时绑定取样、见证、检测各环节的责任人，实现后期可追溯，建设监管、质量监督、运行管理、工程评价的全生命周期管理体系。

5 “河湖随手拍”开创河湖积分奖励管理新模式

为鼓励公众积极参与河湖长制工作，充分发挥社会群众监督作用，及时发现、制止、消除涉河湖违法行为和河湖“四乱”问题，有效维护河湖环境，本项目上开发了“河湖随手拍”功能，创新性的通过积分奖励的方式调动全体市民参与河湖治理的积极性，市民可以通过随手拍的形式随时随地反映河湖管理中存在的问题并可通过积分领取相应奖励，开创了河湖积分奖励管理新模式。

1 社会效益

1.1 推动了宜昌市智慧水利建设

通过本项目的实施全面整合水利相关数据，建设了数字底座、数字孪生流域数字化场景应用、“2+N”业务应用，实现数字化场景、智慧化模拟、精准化决策，赋能水旱灾害防御、水资源集约节约利用、水资源优化配置、河湖生态保护治理，为宜昌市智慧水利建设提供了有力支持和强力驱动。

1.2 提高了水资源管理和调控能力

本平台为政策制定和水资源的优化调度提供依据，加强水资源的调控能力，减少水污染、提高江河水体自净化能力、合理配置生活、生态和工农业用水，加强水资源开发管理，提高水资源可持续利用水平。

1.3 提高了预报预警精准化程度，辅助领导决策

本项目通过海量监测要素构建水利信息网，数字孪生等新一代技术，全面提升了预警、预测、分析、预报的能力，提高了水利部门的工作效率与决策水平，对提高水利行业的整体管理水平具有极大的促进作用。

2 经济效益

2.1 提升了水利数据价值

本项目解决了宜昌市水利信息化建设过程中信息孤岛的问题，提高了各类数据的利用率，降低了数据重复购置及数据库重复建设的费用；提高了数据预警、预测、预报等能力，减少洪涝、干旱灾害带来的损失。

2.2 提高了日常业务管理工作的效率，节约了行政开支

项目投入使用后，大大提高了日常业务管理工作的效率，优化了工作流程，提高了信息资源利用率，让水利部门的日常工作从传统管理方式转变到了信息化管理方式，降低了管理成本，节约了行政开支，且效果显著。

2.3 资源共享，避免了重复建设

本项目采用标准化体系建设，能够横向与气象、国土、农业等部门，纵向与省级、市级、县级水利部门共享平台数据与功能模块，避免重复建设，实现了资源共享，减少其他部门类似项目信息化建设的开支。

2.4 充分发挥了智慧水利价值，服务社会经济发展

本项目以智慧化手段提高了水利管理水平，提升了防汛抗旱监测及其预警预报、水利工程精细化管理、饮用水源地监测、水行政监督执法、水土保持监测等能力，并通过移动应用实现水利业务中的外业办公、远程监测、野外巡检以及灾情现场调度指挥，其现实意义和经济价值都非常重大。

3 推广价值

本项目创建的相关标准和“三中台”数字底座、数字孪生流域数字化场景应用、“2+N”业务应用等建设内容，有效推动了宜昌市水利信息化工作由“数字水利”向“智慧水利”转型，形成全国可复制推广的模板案例，为其他部门智慧水利建设提供借鉴。

本项目推广的标准化实施路径主要包括：

（1）按照国家和行业标准，制定智慧水利标准规范。

（2）建立标准化培训体系，强化参训人员对系统的掌握熟练度和应用积极性。

（3）完善考核机制，对下辖单位的培训工作开展情况进行考核。

（4）畅通反馈机制，建立“省－市－县”三级沟通机制。