國家水網智能調度總體框架與關鍵問題認識和思考

General framework for intelligent scheduling of the national water network and key issues: understanding and reflections

王超，李韡，陳竹青，林斌，盧鑫，鄭鈞

（1.中國水利水電科學研究院，100038，北京；2.水利部水利水電規(guī)劃設計總院，100120，北京；3.淮河水利委員會水文局，233001，蚌埠；4.福建省水利水電勘測設計研究院有限公司，350001，福州；5.四川省水利科學研究院，610072，成都；6.中國南水北調集團水網智慧科技有限公司，102308，北京；7.南水北調水網智科公司水網數字化協(xié)同技術創(chuàng)新中心，102308，北

摘要：開展國家水網智能調度，是充分發(fā)揮國家水網水旱災害防御能力、水資源節(jié)約集約利用能力、水資源優(yōu)化配置能力、大江大河大湖生態(tài)保護治理能力的核心關鍵，《國家水網建設規(guī)劃綱要》明確提出要加快推進國家水網調度中心建設。分析了國家水網智能調度內涵以及實現的必要條件與現狀差距，提出了管理和技術雙輪驅動國家水網智能調度總體架構。從依法管水、健全國家水網調度法律法規(guī)和跨域協(xié)同、構建國家水網調度體制機制兩方面對構建國家水網調度指揮體系進行了探討，為國家水網調度提供工作基礎。聚焦水網調度多層級多目標特征，從融合新要素新技術新模式的監(jiān)測感知體系、打破跨部門多層級數據壁壘的數據資源體系、國家水網調度智能決策體系、水網分層分級評價體系等多方面，對數字孿生國家水網建設的若干關鍵問題進行了初步思考，相關內容可為下一步推動國家水網調度中心建設提供思路。

關鍵詞：國家水網；智能調度；總體框架；體制機制；數字孿生；關鍵問題

作者簡介：王超，正高級工程師，主要從事流域水資源調度與智慧水利方面研究。

基金項目：國家自然科學基金重大項目“國家水網構建原理與數字推演”（52394234）；四川省自然科學基金面上項目“基于數字孿生技術的堰塞湖險情自動判別與監(jiān)測預警方法研究”（24NSFSC2282）。

DOI：10.3969/j.issn.1000-1123.2025.03.001

2020年10月，黨的十九屆五中全會明確提出實施國家水網重大工程。2023年5月，中共中央、國務院印發(fā)了《國家水網建設規(guī)劃綱要》（以下簡稱綱要），是當前和今后一個時期國家水網建設的重要指導性文件。自此，國家水網作為具有明確內涵的工程體系概念開始被廣泛接受。國家水網是一個復雜的巨系統(tǒng)，從“綱”“目”“結”三要素出發(fā)，構建包括國家骨干網、省級水網、市級水網、縣級水網等不同層級水網，且水網工程間存在復雜的水流、物質流、能量流交換關系，并與國家經濟、社會、生態(tài)系統(tǒng)產生復雜的耦聯(lián)關系。綱要明確提出要提升國家水網數字化、網絡化、智能化調度運用水平，同時指出建設數字孿生水網是加快國家水網智慧發(fā)展的重要內容。國家水網具有跨流域、跨區(qū)域的顯著特性，要在如此龐大、復雜的系統(tǒng)上協(xié)同水資源優(yōu)化配置、流域防洪減災、水生態(tài)系統(tǒng)保護等多功能，協(xié)調國家及流域、省、市、縣多層級多管理主體間的利益關系，其調度規(guī)模和難度都是空前的，國內外尚無經驗可循。本文借鑒國家電網、鐵路網等復雜網絡系統(tǒng)調度管理先進經驗，探究國家水網智能調度內涵，從管理、技術等多維度探討其總體框架及關鍵問題，為其組織實施提供參考

國家水網智能調度面臨挑戰(zhàn)

我國已擁有世界上最龐大的水網基礎設施，流域面積50m2及以上河流45203條，常年水面面積1m2及以上湖泊2865個；已建成各類水庫9.5萬多座，總庫容近1萬億m35級及以上堤防約32萬km；建成大中型灌區(qū)7330多處；已建、在建調水工程400余項，設計年引水量1300多億m3隨著國家水網骨干工程、省市縣水網工程的持續(xù)建設，國家水網將形成一個規(guī)模超大、結構復雜的巨系統(tǒng)，包含復雜的物質能量交換、經濟社會耦聯(lián)，要實現國家水網的智能調度，在管理與技術上都面臨著空前挑戰(zhàn)。

1.已有技術手段不夠先進，賦能國家水網智能調度能力不足

國家水網運行面臨著調度對象數量快速增長、運行技術要求快速提升趨勢，調度對象海量、分散接入，管理技術目標的復雜度呈指數級提高，運行對數據資源、模擬預測、耦合聯(lián)動的要求也不斷攀升，已有的監(jiān)測感知、數據融合、調度決策技術和業(yè)務流程已無法滿足智能調度的技術要求，需要在關鍵技術能力上攻堅破難、更新?lián)Q代，快速提高國家水網調度的全面性、時效性、精確性。

①監(jiān)測感知覆蓋度不全、精確性不高，急需融合新技術，創(chuàng)新建管模式。已有監(jiān)測感知覆蓋對象要素不全，監(jiān)測技術裝備水平不高，建設運行管理模式單一，無法支撐水網的智能調度應用，需要拓展監(jiān)測范圍、研發(fā)新型裝備、革新建管模式，全方位升級監(jiān)測感知體系，實現國家水網的自動化調度。

②數據資源系統(tǒng)性、完備性不夠，急需破除數據壁壘，挖掘數據價值。國家水網數據資源建設與運維管理的主體和分工還不明確，匯聚共享的拓撲關系及聯(lián)動更新機制不清晰，面向各級水網管理的多模態(tài)大數據疊加治理與時空融合欠缺，面向多目標的水網數據綜合應用服務能力不足，面向水網數據全生命周期管控的保障體系不完善，急需打破跨部門多層級數據壁壘，推進數據環(huán)境重建，構建具有全局性、系統(tǒng)性的國家水網數據資源體系。

③調度決策流程不明、水平不高，急需重構業(yè)務流程，強化智能技術融入。國家水網調度涉及國家、省、市、縣四級，審批—執(zhí)行層級關系及業(yè)務流程不明，急需重構業(yè)務流程；現狀調度決策仍以人工經驗為主、模型支撐為輔，調度決策的智能化水平不高，急需構建智能調度決策新模式。

④評價體系指標缺失、規(guī)范不足，急需構建統(tǒng)分結合的評價準則。數字孿生水網是一項龐大、復雜的系統(tǒng)工程，國家、省、市、縣四個層級水網既相互銜接，又差異明顯，當前正處在先行先試的起步和探索階段，需要構建一套統(tǒng)一、系統(tǒng)、全面的分層分級評價方法，科學指導后續(xù)全國大規(guī)模建設。

2.現有管理體系不夠健全，多級水網跨域協(xié)同保障能力不足

國家水網的調度需要水資源調配、防洪減災、生態(tài)環(huán)境保護等多功能的業(yè)務協(xié)同，協(xié)調國家、流域、省、市、縣多層級多管理主體間的利益關系。目前已有法規(guī)制度、協(xié)同機制等的系統(tǒng)性、聯(lián)動性與國家水網高效運行管理需求有較大差距，需要全面提升管理的維度，由點向網、由分散向系統(tǒng)發(fā)展，全面提升水網調度運行的系統(tǒng)性、綜合性、強韌性。

①法律法規(guī)體系缺乏，系統(tǒng)程度不足，不能滿足水網調度依法管水需要，亟待立法明確國家水網調度主體責任及職能使命。現行法律法規(guī)尚未涵蓋國家水網調度機構設置、職責范圍和工作制度，系統(tǒng)性、針對性不足，亟待出臺國家水網調度有關條例等專項法規(guī)，在法律層面重點厘清國家水網調度機構與水行政主管部門的關系、國家水網調度機構與防汛指揮機構的關系，明確國家水網調度的組織機構、職責范圍、工作制度等內容。

②調度指揮主體空位，權責劃分不明，不能滿足水網調度跨域協(xié)同需要，亟待構建統(tǒng)一調度、分級管理的國家調度指揮體系。目前尚未有明確的行使調度職權的機構，需要按照統(tǒng)一調度、分級管理原則，建立適應新時代水安全保障的國家水網調度指揮體系，明確國家水網調度的執(zhí)行主體，細分權責，確定流程，配置完善的技術支撐力量。

③調度管理鏈路繁冗，協(xié)調機制不能滿足水網調度上下高效聯(lián)動要求，亟待建立數據驅動、服務主導的調度指揮機制。現階段國家水網智能調度面臨聯(lián)合會商、信息共享、協(xié)調聯(lián)絡、檢查督導等方面深度、廣度不夠的問題，需要探索建立先進科學的管理思路，通過數據驅動方式提升管理、分析、評價及預警決策支撐能力，利用多場景業(yè)務協(xié)同服務形成集水資源調配、防洪減災、生態(tài)環(huán)境保護等于一體的調度指揮機制。

④復合型人才稀缺，梯次儲備后勁不足，不能滿足水網調度“指技合一”人才需要，亟待創(chuàng)新培養(yǎng)模式為水網調度指揮人才方陣注入新活力。國家水網智能調度需要一大批調度指揮經驗豐富、具備專業(yè)領域知識的人才，亟待開展人才隊伍建設的頂層設計，制定周密培養(yǎng)方案，按綱組織施訓，培育國家水網智能調度的領軍人才和復合型人才團隊，打造梯次儲備的人才隊伍。

加快管理與技術的雙輪驅動，構建國家水網智能調度總體框架

深刻理解綱要相關要求，以“依法管水、跨域協(xié)同、數智賦能、高效利用”為理念，以“厘清概念、劃分邊界、構建框架、明晰重點”為原則，以“建設法律法規(guī)體系、理順調度體制機制、提升數智支撐能力”為內容，進行國家水網智能調度的總體框架設計。

1.錨定總體目標，厘清國家水網智能調度的內涵

國家水網調度是指國家水網調度機構為實現水資源優(yōu)化配置、防洪減災、水生態(tài)系統(tǒng)保護，對國家水網運行進行的組織、指揮、指導和協(xié)調。國家水網調度主要任務包括水資源調度、防洪調度、生態(tài)調度和應急調度，現有的流域防洪調度、流域水資源調度與生態(tài)流量保障調度、調水工程水資源調度等應統(tǒng)一納入國家水網調度。國家水網調度對象包括納入國家、省、市、縣各級水網的各類水工程。

國家水網智能調度是指運用數字孿生水網，通過智慧化模擬支撐水網全要素預報、預警、預演、預案模擬分析，提供智慧化決策支持，提高水網防洪、供水、生態(tài)等綜合調度管理水平

2.借鑒“他山之石”，構建國家水網智能調度的總體框架

參考國家電網、鐵路網調度的實現路徑，從法律法規(guī)、體制機制、信息化支撐手段等三方面分析了開展國家水網智能調度的必要條件和現狀差距。

（1）法律法規(guī)方面

國家電網調度依據《中華人民共和國電力法》和2011年修訂的《電網調度管理條例》。國家鐵路網調度依據《中華人民共和國鐵路法》和中國國家鐵路集團有限公司（以下簡稱國鐵集團）制定的《鐵路運輸調度規(guī)則》。相關法律法規(guī)和規(guī)章制度明確規(guī)定了電網、鐵路網調度組織機構、職責范圍、工作制度。

國家水網調度任務包括防洪調度、水資源調度等內容，涉及《中華人民共和國水法》《中華人民共和國防洪法》《中華人民共和國防汛條例》《中華人民共和國河道管理條例》《中華人民共和國水庫大壩安全管理條例》《南水北調工程供用水管理條例》《水資源調度管理辦法》等。目前尚無直接指導國家水網調度機構設置、職責范圍和工作制度的法律法規(guī)，亟須出臺國家水網調度條例等專項法規(guī)，在法律層面重點厘清國家水網調度機構與防洪法中所規(guī)定的“防汛指揮機構”的關系、國家水網調度機構與水行政主管部門的關系，明確國家水網調度的組織機構、職責范圍、工作制度以及責罰等。

（2）體制機制方面

國家電網運行實行統(tǒng)一調度、分級管理原則，國家能源局為國務院電力行政主管部門，國家電網有限公司、中國南方電網有限責任公司根據管理范圍依法行使國家電網調度職權。國家電網調度機構分為五級，即國家調度中心、分中心調度中心、省級調度中心、地區(qū)調度中心和縣級調度中心。

國家鐵路網運輸工作實行分級管理、集中統(tǒng)一指揮原則，國鐵集團作為國務院鐵路主管部門主管全國鐵路運營工作。國家鐵路網調度機構由國鐵集團、鐵路局集團公司和運輸站段三級調度組成。

國家水網也應實現統(tǒng)一調度、分級管理原則，水利部作為國務院水行政主管部門，但尚未明確其行使調度職權的機構，需要按照相關法律法規(guī)的規(guī)定以及綱要要求構建國家水網調度指揮體系。

（3）信息化支撐手段方面

國家電網有限公司統(tǒng)一組織、集中研發(fā)了智能電網調度控制系統(tǒng)（D5000平臺），橫向集成為由一個基礎平臺、四大類應用（實時監(jiān)控與預警、調度計劃、安全校核、調度管理）構成的電網調度控制系統(tǒng)，縱向實現國家、區(qū)域、?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）三級調度業(yè)務的協(xié)調控制，提高了調度機構駕馭大電網的能力、大范圍資源優(yōu)化配置的能力以及應對重大電網故障的處理能力，保障了電網的安全、穩(wěn)定、經濟、環(huán)保運行。

國鐵集團利用信息技術、網絡技術、控制技術等現代科學技術手段構建了鐵路列車調度指揮系統(tǒng)（Train Operation Dispatching Command System，TDCS），對列車運行實行透明指揮、實時調整、集中控制。在調度集中區(qū)段，TDCS可以實現幾百公里之外的車站全部由調度所集中控制，調度員在調度臺上便可直接控制車站的聯(lián)鎖設備進行遠程作業(yè)，可以做到車站的無人值守。

國家水網方面，針對國家水網調度中的防洪調度任務，已建有國家防汛抗旱指揮系統(tǒng)，覆蓋水利部、7個流域管理機構、31個?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）和新疆生產建設兵團的水利廳（局）、地市級防汛抗旱部門，有力支撐了國家水旱災害防御工作；針對流域水資源調度，通過國家水資源監(jiān)控能力建設工程，建立了基本完善的國家水資源監(jiān)控體系和管理系統(tǒng)，為最嚴格水資源管理制度提供了支撐?？梢哉f，單從防洪調度、水資源調度等單項調度任務來看，國家水網已具有較為完備的信息化支撐能力。為落實綱要關于提升水網調度管理智能化水平的要求，水利部發(fā)布了《數字孿生水網建設技術導則》，并落實推進數字孿生水網先行先試工作，為國家水網調度信息化系統(tǒng)建設明確了實施路徑。由此可見，國家水網調度在法律法規(guī)、信息化支撐手段方面已有較好基礎，但由于現有國家水網調度是針對水資源調度、防洪調度、生態(tài)調度和應急調度的集成和整合，尚未有一個統(tǒng)一的調度機構統(tǒng)籌考慮上述調度職能，因此國家水網智能調度組織實施的核心任務是整合現有的法律法規(guī)、組織機構和信息系統(tǒng)，形成適應國家水網調度的法律法規(guī)體系、調度指揮體系和信息化支撐能力

借鑒國家電網、鐵路網調度的實現路徑，探索性提出國家水網智能調度的總體框架。管理和技術是國家水網調度的一體兩翼、驅動雙輪，支撐國家水網調度，管理方面要構建國家水網調度指揮體系，包括法律法規(guī)體系、調度指揮體制、協(xié)同工作機制和人才隊伍建設。技術方面，要建設數字孿生國家水網，重點包括監(jiān)測感知、數據資源、智能決策、科學評價四方面。

國家水網智能調度總體框架

構建國家水網調度指揮體系，為國家水網調度提供工作基礎

1.依法管水，健全國家水網調度法律法規(guī)

法律法規(guī)體系是國家水網調度的根本依據。從國家水網調度涉及水資源調度、防洪調度、生態(tài)調度和應急調度任務來看，各項調度工作均已具備較完備的法律法規(guī)體系。《中華人民共和國防汛條例》明確了防洪工作的組織機構、職責范圍、工作制度等內容，水工程防洪調度是防洪工作的重要組成部分?！端Y源調度管理辦法》明確了江河流域及重大調水工程開展水資源調度的調度原則、管理主體、調度責任、協(xié)商機制和調度控制要素等。各重大調水工程也針對性出臺了相應的調水工程管理條例，《南水北調工程供用水管理條例》《山東省膠東調水條例》《安徽省引江濟淮工程管理和保護條例》等明確了調水工程水量調度的組織機構、調度責任等內容。國家水網調度要統(tǒng)籌各項調度工作，系統(tǒng)梳理現有各項調度工作組織機構、職責范圍、工作制度，推動國家水網調度管理條例編制出臺，明確水行政主管部門、水網調度機構、水工程運行管理單位在水網調度中的組織關系、調度責任、協(xié)商機制等內容，特別要厘清兩個關系：一是水網調度機構在承擔水工程防洪調度職責時與防汛指揮機構的關系；二是各級水行政主管部門與水網調度機構的責任關系。依據該條例，要推動不同層級水網編制水網調度方案，統(tǒng)籌洪水防御方案、洪水調度方案、水資源調度方案等，依據水網調度方案具體指導水工程防洪調度和水量調度計劃的制定、實施和執(zhí)行監(jiān)督。

國家水網調度法律法規(guī)體系

2.跨域協(xié)同，構建國家水網調度體制機制

調度指揮體制機制建設是國家水網智能監(jiān)控調度的工作基礎。綱要提出，加快推進國家水網調度中心、大數據中心以及流域分中心建設，構建國家水網調度指揮體系。在落實進一步全面深化改革水利任務過程中，可圍繞國家水網智能調度，從調度指揮組織、調度運行制度兩個方面找準需求，做好頂層設計?？蓮囊韵聨讉€方面重點考慮。

建立融合指揮鏈、數據鏈的國家水網調度指揮機構并明確工作職責，通過建立健全調度指揮各類要素，完善與其對應的技術支撐保障力量，在數據匯聚、處理、分析、服務強支持下，大力推進數據驅動的國家水網智能調度管理。

明晰多級調度機構的關系，調度執(zhí)行要深入分析上、下級水網在調度過程中水量的交換關系，充分考慮水網調度需求和目標的互饋關系，構建適宜的智能化業(yè)務應用，支撐信息交換共享、調度協(xié)同。

從保證國家水網調度指揮系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行思路出發(fā)，基于數字孿生水網組織建設國家水網調度指揮中心，重點建立和落實值班備勤、會議決策、聯(lián)合會商、聯(lián)合工作、信息共享、協(xié)調聯(lián)絡、監(jiān)察督導等工作運行機制。

謀定國家水網智能調度人才培養(yǎng)戰(zhàn)略，培育優(yōu)選符合國家水網調度指揮、組織管理、技術保障需要的復合型、專家型人才，打造通曉國家水網智能調度指揮的人才方陣。

共建共享數字孿生國家水網，為國家水網調度提供技術支撐

數字孿生國家水網為國家水網調度提供技術支撐。數字孿生國家水網是由數字孿生國家骨干水網與各省級、各地市級、各縣級數字孿生水網協(xié)同融合而形成的新型基礎設施集群，是國家水網智能監(jiān)控調度的核心支撐，是實現水網全要素預報、預警、預演、預案的模擬分析，提供水網調度智慧化決策支持，提高水網防洪、供水、生態(tài)等綜合調度管理水平的關鍵技術手段。

1.厘清數字孿生水網、數字孿生工程和數字孿生流域關系，找準數字孿生國家水網定位

數字孿生流域、數字孿生水網和數字孿生工程相互獨立、各有側重、互不替代。需要從孿生的物理對象、業(yè)務功能兩方面來理解數字孿生流域、數字孿生水網、數字孿生工程的關系。

數字孿生流域、數字孿生水網和數字孿生工程的關系

數字孿生流域的孿生物理對象包括流域及其管理范圍、干支流河道及其管理范圍、各類水工程及其管理范圍、湖泊及其管理范圍，以及流域內取用水對象。數字孿生工程的孿生物理對象包括水利工程及其管理范圍，水利工程的土建結構、金屬結構與機電設備，還可拓展至其功能影響范圍。數字孿生水網的孿生物理對象包括納入水網的各類“綱”“目”“結”對象，具體為：骨干河道、調水工程、水庫、蓄滯洪區(qū)等。數字孿生工程是數字孿生流域、數字孿生水網的重要組成部分，但數字孿生流域和數字孿生水網主要關注水利工程整體的功能，數字孿生工程還需要深入至組成工程的各類土建、金屬和機電設備。數字孿生流域孿生對象為流域內各類涉水對象，但不包含跨流域調水工程等物理對象，數字孿生水網孿生對象僅包括流域內納入水網“綱”“目”“結”的各類物理對象，不包含各類對象的管理范圍。由此可見，數字孿生流域、數字孿生水網、數字孿生工程是不同物理對象組成系統(tǒng)的數字孿生體，三者孿生的物理對象存在交叉和重疊，但各有側重，且無法相互覆蓋。因此，數字孿生流域、數字孿生水網、數字孿生工程可共建共享共同的數字孿生對象

從孿生的業(yè)務功能來看，數字孿生流域主要支撐流域防洪、水資源管理與調配以及N項業(yè)務，數字孿生工程主要支撐工程本身的安全監(jiān)管、調度控制、運行維護、運營管理等業(yè)務，數字孿生水網主要支撐各級水網防洪調度、水資源調度、水生態(tài)調度和應急調度業(yè)務。由此可見，數字孿生流域、數字孿生水網和數字孿生工程在業(yè)務功能方面有著顯著的差異，但又存在緊密的業(yè)務聯(lián)系。數字孿生工程作為數字孿生流域、數字孿生水網的重要組成部分，向數字孿生流域和數字孿生水網提供工程運行狀態(tài)等各類信息及執(zhí)行決策生成的調度和控制指令。數字孿生流域可為數字孿生水網提供關鍵水源節(jié)點、調蓄節(jié)點、交叉河道節(jié)點的水文預報信息以及流域經濟、社會、生態(tài)用水需求信息等，為水網調度提供邊界條件。數字孿生水網可為數字孿生流域提供分洪、跨流域調水等決策信息，作為流域綜合管理的邊界條件。

數字孿生國家水網總體框架如下圖所示。各級數字孿生水網的建設由各級水網調度機構組織，并充分考慮其與直管工程數字孿生的協(xié)同。國家水網調度流域分中心的數字孿生建設應該統(tǒng)籌納入數字孿生流域的建設。

數字孿生國家水網總體框架

2.聚焦水網調度多層級多目標特征，抓住數字孿生國家水網建設關鍵點

數字孿生國家水網是多層級數字孿生水網的協(xié)同和融合，其孿生物理對象——國家水網是一個復雜的分層分布式巨系統(tǒng)，且國家水網的調度運行管理涉及不同層級行政管理主體、調度運行主體和功能服務主體，不同層級水網間存在復雜的水流、物質流、能量流和信息流的交換與互饋。因此，建設數字孿生國家水網，構建水網智能化調控能力和安全保障能力，還需要在數字孿生水網建設技術導則、規(guī)范和約定的基礎上，在監(jiān)測感知、數據底板、模型平臺、知識平臺和聯(lián)合調度業(yè)務應用方面，針對水網調度管理跨流域、跨區(qū)域、多層級、多主體、多目標的特點，開展深入研究。

在智能監(jiān)控感知方面，以實現從水網常規(guī)運行管理到智慧調度的跨越式發(fā)展為目標，完善監(jiān)測要素，升級監(jiān)測感知技術，優(yōu)化產業(yè)運行模式，打造國家水網智能監(jiān)控體系。在數據資源體系方面，聚焦國家水網數字化管理目標要求，以核心業(yè)務管理數據輸入需求為導向，在水利數據現狀條件的基礎上，打造國家水網數據資源體系，面向水網實現我國水利數據環(huán)境重構，夯實國家水網調度的“算據”基礎，有效支撐數字孿生水網數據底板構建。在智慧決策應用方面，構建多層級水網預報、預警、預演、預案“四預”智慧業(yè)務流程，厘清水網聯(lián)合調度業(yè)務應用與“模型—數據—知識”的支撐關系，打造國家水網智慧調度決策體系。在數字孿生水網評價準則方面，錨定水網智慧調度的建設目標，考慮多層級水網差異化需求，打造數字孿生水網分層分級成熟度評價體系。

3.融合新要素新技術新模式，賦能國家水網監(jiān)測體系跨越發(fā)展

建設監(jiān)測感知體系，獲取水網運行全要素狀態(tài)信息，是開展國家水網調度必不可少的“算力”基礎。

國家水網智能感知體系建設框架

在監(jiān)測要素方面，現有的針對水網的監(jiān)測感知體系主要以服務常規(guī)運行管理為目標，在共享流域、工程監(jiān)測感知體系的基礎上，重點圍繞行政邊界、供水控制、生態(tài)流量控制、防洪控制等斷面監(jiān)測，針對支撐水網智慧調度運行的模型庫、知識庫所需的監(jiān)測感知要素考慮不足，智慧化支撐能力“落地難”“見效難”等突出問題，以及以實現水網智慧調度為目標牽引，從監(jiān)測要素、密度、頻次、精度等方面重新構建國家水網智慧監(jiān)測感知體系。

在監(jiān)測技術方面，現有監(jiān)測感知技術仍然存在監(jiān)測誤差時空不一致、流量監(jiān)測誤差大、大范圍空間監(jiān)測感知精度低、監(jiān)測效率不高等問題，是制約國家水網精準精確調度目標實現的瓶頸性問題，需要充分融合現代信息技術，研制新型智能監(jiān)測感知設備，全面提升水網智能監(jiān)控水平。

在監(jiān)測體系運行保障層面，國家水網運行全要素狀態(tài)的監(jiān)測感知涉及海量監(jiān)測對象、監(jiān)測要素，要維持如此龐大的監(jiān)測感知體系良性運轉，其人力、資金和機制保障的難度空前，亟待研究國家水網智能監(jiān)控的多元化產業(yè)模式。因此，夯實國家水網調度的“算力”亟須完善監(jiān)測要素、革新監(jiān)測技術、優(yōu)化產業(yè)模式，打造國家水網智能監(jiān)控體系。

4.打破跨部門多層級數據壁壘，推進國家水網數據環(huán)境重建

聚焦國家水網數字化管理目標要求，以核心業(yè)務管理數據輸入需求為導向，在水利數據現狀條件的基礎上，打造國家水網數據資源體系，面向水網實現我國水利數據環(huán)境重構，夯實國家水網調度的“算據”基礎，有效支撐數字孿生水網數據底板構建，實現對物理水網全要素和建設運行全過程的數字化映射。針對當前我國水利行業(yè)數據在完備性、可持續(xù)性、時效性、一致性、可用性、安全性等方面存在的不足，重點從“類、源、匯、治、用、管”六個維度開展研究和工程實施。通過系統(tǒng)分析我國骨干水網決策管理的核心業(yè)務領域、業(yè)務過程及其業(yè)務活動，梳理確認水網數字化管理必要的數據類目與質量要求。提出適應國家水網高效管理的數據資源生產運營管理與匯聚共享體系總體布局方案，打破跨部門跨層級數據壁壘。充分整合共享各類水利數據資源，開展水網數據標準化治理，研究支撐差異化用途的多源數據互補與關聯(lián)方法，實現多源異構數據的同化融合，建成國家水網時空大數據集，形成國家水網數據資源戰(zhàn)略資產。面向水網業(yè)務管理數據服務需求，配套完善層級明晰、管理有序、安全可靠的硬件支撐環(huán)境，研發(fā)部署國家水網數據應用管理服務平臺。從“標準、安全、共享、質量、運維、交易”等方面，研究制定必要的水網數據資源體系管理制度，保障水網數據資源體系建設成效與應用服務能力，全面支撐水網智能監(jiān)控調度管理。

國家水網智能調度數據資源體系建設思路

5.構建國家水網智能決策體系，全方位賦能水網調度運行管理

構建多層級水網“四預”智慧業(yè)務流程，厘清水網聯(lián)合調度業(yè)務應用與“模型—數據—知識”的支撐關系，打造國家水網智慧調度決策體系。模型平臺、知識平臺建設為水網聯(lián)合調度決策提供支撐，是國家水網調度運行智慧化必不可少的“算法”支撐。國家水網調度是現行流域防洪調度、流域水資源調度、流域生態(tài)調度、調水工程水資源調度和應急調度統(tǒng)一和融合，是一種新的調度管理業(yè)務形態(tài)，國內外尚無相關業(yè)務流程先例可循，需要深入分析國家水網調度運行體制機制，充分結合現行國家防洪調度、水資源調度、生態(tài)調度和應急調度的“四預”業(yè)務流程，錨定數字化業(yè)務流程“由人力密集型向人機交互型轉變，由經驗判斷型向數據分析型轉變，由被動處置型向主動發(fā)現型轉變”設計原則，明確多管理主體在業(yè)務流轉中的信息交換關系，明確多層級水網間的信息交換和互饋關系，構建多層級水網“四預”智慧業(yè)務流程。針對現有的數據、模型、知識與業(yè)務應用支撐關系不明，智慧化支撐能力和業(yè)務應用需求在“最后一公里”脫節(jié)的問題，深入分析水網“四預”智慧業(yè)務流程，提出水網聯(lián)合調度決策對數據、模型和知識支撐能力的需求清單，厘清業(yè)務流程中關鍵調度決策節(jié)點與數據、模型、知識支撐能力的關系，打造國家水網智慧調度決策體系。

國家水網水量調度“四預”業(yè)務流程

6.構建水網分層分級評價體系，推動數字孿生水網有序發(fā)展

錨定水網智慧調度的建設目標，考慮多層級水網差異化需求，打造數字孿生水網分層分級成熟度評價體系。數字孿生成熟度是評估數字孿生發(fā)展水平的一項綜合指標，構建成熟度評價體系，有助于數字孿生建設制定合理的目標任務、標準化評估發(fā)展水平、提高建設效率及確定后續(xù)的改進方向。水利部2022年11月印發(fā)了《數字孿生水網建設技術導則（試行）》，2023年7月印發(fā)《水利部關于開展數字孿生水網建設先行先試工作的通知》，在第一批、第二批省級水網建設先導區(qū)省份，以及南水北調東線、中線工程開展數字孿生水網建設先行先試。目前，專家學者對工業(yè)、交通、通信、城市、數字孿生流域等方面的數字孿生成熟度評價開展了系列研究，這些成果不能直接應用于數字孿生水網的成熟度評價。為指導和規(guī)范數字孿生水網建設先行先試和后續(xù)的大規(guī)模建設，需要提出一套適用于數字孿生水網的分層分級成熟度評價體系。

數字孿生水網成熟度評價體系

數字孿生水網成熟度評價分層分級要求

結論與展望

國家水網調度面臨復雜的調度管理問題；調度量-質-能關系耦聯(lián)的“綱”“目”“結”對象，面臨巨大的管理和技術挑戰(zhàn)，需要從革新管理和創(chuàng)新技術兩個層面加以破解。管理層面，要推動管理體系全面提檔升級，賦能國家水網高效率運行，亟待完善法規(guī)制度，強化部門協(xié)同，轉變管理思路；技術層面，要推進技術手段快速更新?lián)Q代，驅動國家水網高質量運行，急需構建以融合新技術來創(chuàng)新建管模式的監(jiān)測感知體系、以破除數據壁壘來挖掘數據價值的數據資源體系、以重構業(yè)務流程來強化智能技術融入的智慧調度決策體系，同時構建多層級數字孿生水網建設統(tǒng)分結合評價準則。

管理和技術雙輪驅動，是高質量推進國家水網調度組織實施的根本路徑。依法管水，推動國家水網調度條例出臺，明確水行政主管部門、水網調度機構、水工程運行管理單位在水網調度中的組織關系、調度責任、協(xié)商機制，為國家水網調度組織實施提供根本依據。跨域協(xié)同，構建國家水網調度指揮體制機制，依托數字孿生水網，實現網絡化、智能化調度指揮環(huán)境中不同層級調度機構間信息通聯(lián)順暢，調度指揮與工程控制有機融合形成合力，為國家水網調度組織實施奠定工作基礎。數智賦能，共享共建數字孿生水網，支撐水網全要素預報、預警、預演、預案的模擬分析，提供智慧化決策支持，為國家水網調度組織實施提供技術支撐。高效利用，技術和管理協(xié)同作用，通過國家水網智能調度組織實施，充分發(fā)揮國家水網的水旱災害防御能力、水資源節(jié)約集約利用能力、水資源優(yōu)化配置能力、大江大河大湖生態(tài)保護治理能力。

數字孿生國家水網是國家水網調度組織實施的核心引擎，是國家水網調度高科技、高效能、高質量的標志。數字孿生水網建設需要充分融合、共建共享，聚焦水網多層級、多管理主體、多目標特征，在智能監(jiān)控感知方面，以實現從水網常規(guī)運行管理到智慧調度的跨越式發(fā)展為目標，完善監(jiān)測要素、升級監(jiān)測感知技術和優(yōu)化產業(yè)運行模式，打造國家水網智能監(jiān)控體系；在數據資源體系方面，聚焦國家水網數字化管理目標要求，以核心業(yè)務管理數據輸入需求為導向，在水利數據現狀條件的基礎上，打造國家水網數據資源體系，面向水網實現我國水利數據環(huán)境重構，夯實國家水網調度的“算據”基礎，有效支撐數字孿生水網數據底板構建；在智慧決策應用方面，構建多層級水網“四預”智慧業(yè)務流程，厘清水網聯(lián)合調度業(yè)務應用與“模型—數據—知識”的支撐關系，打造國家水網智慧調度決策體系；在數字孿生水網評價準則方面，錨定水網智慧調度的建設目標，考慮多層級水網差異化需求，打造數字孿生水網分層分級成熟度評價體系。

本研究針對國家水網智能調度總體框架和關鍵問題開展了研究，限于研究時間和技術水平，僅從國家水網調度的總體框架，以及數字孿生國家水網建設的關鍵問題進行了初步分析，以期為下一步實質性推動國家水網調度中心及相關體制、機制和信息系統(tǒng)建設提供借鑒。

致謝：本研究是首屆水利部卓越水利工程師培養(yǎng)工程（數字孿生水利班）六位學員于培訓期間，在蔡陽、朱躍龍、鐘平安、胡鶴軒等導師指導下完成的。在文章撰寫、修改中各位導師提出了許多寶貴建議，在此對各位導師的悉心指導、辛勤付出表示感謝。

Abstract: Implementing intelligent scheduling for the national water network is crucial for enhancing its capabilities in flood and drought disaster prevention, efficient and intensive utilization of water resources, optimal allocation, and ecological protection of major rivers and lakes. The “Outline of the National Water Network Construction Plan” explicitly calls for accelerating the establishment of the national water network control center. This paper analyzes the connotation of intelligent scheduling, the necessary conditions for its realization, and the existing gaps. It proposes a management and technology dual-driven general framework for intelligent scheduling of the national water network. The construction of the national water network command system is discussed from two perspectives: governing water according to law by improving relevant laws and regulations, and cross-regional collaboration by establishing a national water network scheduling mechanism, thereby laying the foundation for scheduling operations. Focusing on the multi-level and multi-objective characteristics of water network scheduling, this paper preliminarily explores several key issues in the construction of a digital twin for the national water network. These include a monitoring and sensing system that integrates new elements, technologies, and models; a comprehensive data resource system breaking down data barriers across departments and levels; an intelligent decision-making system for national water network scheduling; and a hierarchical evaluation system. The relevant content can provide ideas for the advancement of the national water network control center.

Keywords: national water network; intelligent scheduling; general framework; institutional mechanism; digital twin; key issues

本文引用格式：

王超，李韡，陳竹青，等.國家水網智能調度總體框架與關鍵問題認識和思考[J].中國水利，2025（3）：1-13.

封面供圖｜水利部長江水利委員會

責編李盧祎

校對劉磊寧

審核王慧

監(jiān)制軒瑋

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