蒋云钟：加强数字流域关键技术研究

　党和政府高度重视水利工作，2011年中央1号文件和中央水利工作会议，提出要实行最严格水资源管理制度，建立防洪抗旱减灾体系、水资源合理配置和高效利用体系、水资源保护和河湖健康保障体系，对流域水资源综合管理提出了更高要求。加之全球气候变化及人类活动影响日益加剧，现有技术手段已经不能满足流域实行最严格水资源管理制度的要求，无法充分发挥现有水利工程的水资源综合调配功能，迫切需要利用现代高新技术开展数字流域建设。特别是水资源监控能力建设，多部门联合，综合气象、水文、国土、交通等信息，通过数字化模拟等现代化手段，提高流域水资源综合管理水平。

　　数字流域的核心理念是通过数字流域建设，加强监测，实现对自然水循环“降雨—蒸发—入渗—径流”的各个环节，社会水循环“取水—输水—用水—耗水—排水”的各个环节，水文、气象、生态、环境、工程等各个要素信息的监控与相互校核,降低信息的不确定性。通过完整、及时、准确的监测，加强预报，提高预报精度、信度和有效预见期；通过快速、精确的预报，加强调度的科学性，增强流域水资源综合调控能力，支撑经济社会与生态环境和谐发展。

　　数字流域关键技术研究在理论技术层面：一是要创新数字流域理论技术体系，确立一套数字流域的理论基础、技术架构与标准体系；二是要突破时空连续天地协同立体监测、多源数据融合与信息共享技术、异构模型系统标准化与集成、云服务技术、综合决策会商平台关键技术研究等IT关键技术在数字流域的应用，为流域“自然—社会”二元水循环信息全面及时监测、自适应组织与共享、快速融合处理提供基础信息平台；三是要创新一套核心引擎，实现二元水循环及其伴生过程的精确、定量、实时模拟时空变化，为流域水循环实时调控提供技术支撑。

　　数字流域关键技术研究在实践应用示范层面：一是要建立综合决策指挥平台，达到满足水资源管理需求的在线无缝高效监控、快速准确模拟预测、高度虚拟仿真、协同业务管理、远程指挥控制等目的；二是要建立服务于防汛抗旱调度与洪旱灾害管理、水资源综合调配、水土保持与水沙调控、水生态环境监测预警、水利工程管理、山洪灾害监测预警、河道管理等专业应用系统；三是要建立应急处置平台，为工程安全、水污染、洪旱灾害等突发水安全事件应急处置提供智能决策支持。

　　针对上述目标，需要以物联网架构为理念，在监测技术、信息技术、水利工程、系统工程等多学科理论与技术的指导下，以统分结合方式，按照“理论体系—技术体系—应用体系”的研究思路进行技术攻关，突破影响数字流域的发展瓶颈，掌握数字流域的核心技术，实现数字流域跨越式发展，全面提升流域管理数字化水平，引领水利信息化发展潮流。

　　但是，水资源问题异常错综复杂，涉及信息盘根错节，不确定因素众多，管理决策带有很强的经验性，非结构化程度很高，加上长期以来水利系统重建设轻管理，造成信息化基础薄弱，信息获取手段严重不足，技术积累差，数字流域建设相比其他行业实现数字化管理更为困难。目前技术尚不能有力支撑数字流域这个复杂巨系统工程的建设，迫切需要开展科研攻关。

　　一是在理论研究层面，迫切需要结合现代信息理念，创新数字流域理论、方法与技术标准体系，以适应具有高度复杂性、高度不确定性、高度非结构化等特点的流域综合管理需要。

　　二是在信息获取层面，迫切需要解决传统技术在水利信息获取方面存在的渠道单一、速度慢、指标少、精度低和成本高等问题，研究适应于高强度人类活动影响下，具有“自然—社会”二元特点的水循环监测指标体系以及站点优化布局技术；研究利用现代传感手段，研制满足二元水循环全要素信息监测需求的仪器设备；研究利用“空天地”协同观测技术，获取完整、及时、准确和可以相互校验的信息，以适应复杂水利工程群综合调配的需要。

　　三是在信息处理层面，迫切需要解决传统技术在水利信息处理方面存在的传输效率低、安全保障差和信息孤岛多等问题，研究“自然—社会”二元水循环多源信息的快速传输方式、多源异构数据的有机融合技术、多源海量数据存储的高效压缩与数据共享技术等。

　　四是在业务应用层面，迫切需要解决传统技术在水利应用方面存在的集成化程度低、优化程度差和低水平重复等问题，研究数字流域的核心引擎，即适用于“自然—社会”二元水循环模拟与调控模型；需要研究面向防洪抗旱、水资源调配、水生态环境保护等业务需要的优化调度技术；需要研究流域智能调控决策支持系统的构建技术等。

　　作为数字流域建设的基础，水利部于2011年组织编制了《国家水资源监控能力建设项目实施方案（2012—2014年）》。规划利用3年左右时间，开展国家水资源监控能力建设项目，基本建立与用水总量控制、用水效率控制和水功能区限制纳污相适应的重要取水户、重要水功能区和主要省界断面等三大监控体系，基本建立国家水资源管理系统，初步形成与实行最严格水资源管理制度相适应的水资源监控能力，逐步增强支撑水资源定量管理和“三条红线”监督考核的能力。项目的实施也将为下一步建立完善的数字流域体系奠定良好的基础。

　 蒋云钟：中国水利水电科学研究院水资源研究所教授级高级工程师