1、 数字孪生黄垒河流域项目建设方案79目 录第一章项目背景及必要性11.1 项目背景11.1.1 黄垒河流域概况21.1.2 数字孪生流域发展概况121.2 问题与差距181.3 必要性和可行性201.3.1 必要性201.3.2 可行性251.4 编制依据27第二章 现状与需求分析 312.1 现状分析312.1.1 水利信息化基础设施现状312.1.2 数据与模型现状402.1.3 业务应用现状402.2 业务目标分析442.2.1 提高智慧水利基础支撑能力442.2.2 提升水利业务服务能力452.2.3 健全智慧水利保障体系462.3 业务需求分析462.3.1 服务对象分析462.3.2、2 建设完善水利信息化基础设施472.3.3 构建数字孪生平台482.3.4 建设水利智能业务应用542.4 业务工作流程分析562.4.1 完善水利信息化基础设施562.4.2数字孪生平台572.4.3水利智能业务应用582.5 数据分析632.5.1 数据流程分析632.5.2 数据量分析65第三章 项目建设内容 673.1 建设完善水利信息化基础设施673.1.1 建设完善水利感知网673.1.2 建设完善水利信息网743.2 建设数据底板743.3 建设数据引擎763.4 建立水利专业模型763.4.1 防洪相关专业模型773.4.2 水资源调配与管理相关专业模型803.4.3 地下水3、库工程运行管理支撑模型833.4.4 河湖健康动态评价模型853.5 建立智能识别模型863.6 建立可视化模型873.7 建设模拟仿真引擎873.8 建设知识平台893.8.1 水利知识库893.8.2 水利知识引擎903.9 开发流域防洪应用子系统913.9.1 洪水预报功能建设913.9.2 防洪预警功能建设943.9.3 防洪预演功能建设953.9.4 防洪预案功能建设973.10 开发水资源管理与调配应用子系统983.10.1 水资源预报功能建设983.10.2 水资源预警功能建设1003.10.3 水资源预演功能建设1023.10.4 水资源预案功能建设1033.11 开发黄垒河地4、下水库工程调度管理应用子系统1053.11.1 地下水库工程三维模型建设及可视化展示1053.11.2 地下水库工程运行管理数字化场景建设1053.11.3 地下水库工程综合管理1063.12 开发黄垒河流域河湖健康动态评价应用子系统108第四章 项目设计方案 1104.1 总体架构及技术路线1104.1.1 总体架构1104.1.2 技术路线1124.1.3 技术架构1204.2 系统拓扑图1214.3 水利感知网1224.3.1 传统水利监测站网1224.3.2 新型水利监测站网1444.4 水利信息网1544.5 数据底板1574.5.1 基础数据1584.5.2 监测数据1584.5.5、3 业务管理数据1594.5.4 跨行业共享数据1614.5.5地理空间数据1614.6 数据引擎1664.6.1 数据存储1664.6.2 数据集成1664.6.3 数据治理1684.6.4 数据开发1704.7 水利专业模型1704.7.1 防洪相关专业模型1714.7.2 水资源调配与管理相关专业模型1924.7.3 地下水库工程运行管理支撑模型2024.7.4 河湖健康动态评价模型2064.8智能识别模型2084.8.1 遥感识别模型2084.8.2 视频识别模型2094.8.3 语音识别模型2104.9 可视化模型2114.9.1 河道可视化模型2114.9.2 流场动态可视化模型26、144.9.3 水利工程三维可视化模型2154.9.4 机电设备BIM模型建立2174.9.5 黄垒河地下水库工程地上地下一体化展示2184.10模拟仿真引擎2184.10.1 三维GIS2194.10.2. 游戏引擎2194.10.3 三维GIS与游戏引擎结合2214.11 知识平台2214.11.1 水利知识2214.11.2 水利知识引擎2224.12 应用系统设计2244.12.1 流域防洪四预子系统2244.12.2 水资源管理与调配四预子系统2384.12.3 地下水库工程的管理运行子系统2434.12.4 河湖健康动态评价应用子系统2454.13 网络系统设计2474.14 安全7、系统设计2484.15 终端系统及接口设计2504.16 信息资源规划及项目形成的信息资源目录2524.16.1 水资源信息资源目录2524.16.2 气象信息资源目录2544.16.3 水生态信息资源目录2554.16.4 洪水灾害信息资源目录2554.17 云服务需求或系统软硬件配置及部署方案2564.18 与现有相关平台对接集成2574.18.1 与威海市智慧水利一期平台对接集成2574.18.2 与威海市城市运行指挥平台对接集成257第五章 项目组织管理 2585.1 项目组织机构2585.1.1 项目组织机构及其职责安排2585.1.2 各小组任务与职责2595.1.3 各岗位职责与8、要求2605.2 项目进度安排2625.3 安全管理制度2625.3.1 管理制度制定原则2625.3.2 管理制度框架2635.3.3 安全保障措施2645.3.4 人员安全管理2675.4 人员培训2685.5 保障措施2695.5.1 实施保障原则2695.5.2 系统安全保障2705.5.3 项目管理保障2715.5.4 项目质量保障2725.5.4 项目测试方案274第六章 项目投资 2766.1 项目资金预算2766.1.1数字孪生黄垒河流域项目硬件建设预算清单2776.1.2数字孪生黄垒河流域项目软件建设预算清单2876.2 项目资金来源302第七章 项目绩效目标和风险分析3039、7.1 项目绩效目标3037.1.1 经济效益3037.1.2 社会效益3047.1.3 生态效益3047.2 考核指标3057.3 项目风险与风险对策3077.3.1 需求变更风险3097.3.2 沟通风险3097.3.3 进度风险3097.3.4 质量风险3107.3.5 系统性能风险3107.3.6 工具风险3117.3.7 技术风险311v第一章项目背景及必要性1.1 项目背景2022年2月，水利部印发水利部关于开展数字孪生流域建设先行先试工作的通知，正式启动数字孪生流域先行先试工作，计划用两年时间，在大江大河重点河段、主要支流开展数字孪生流域建设先行先试，在重要水利工程开展数字孪生水10、利工程先行先试。考虑到威海市正在实施智慧水利一期、黄垒河综合治理、黄垒河水系连通等工程项目，在工程水利、数字水利建设上具备良好的基础条件，水利业务应用场景十分丰富，对防洪安全和水资源调配的数字化治理要求更加迫切，经省水利厅推荐，水利部决定由我市承担水利部“数字孪生流域建设先行先试工作（2022-2023年）”孪生黄垒河任务。前期，数字孪生黄垒河建设先行先试实施方案已通过水利部专家审核。先行先试工作的主要任务包括，建设完善黄垒河水利信息化基础设施，建立包括数字底板、模型平台和知识平台的黄垒河数字孪生平台；建成具备“四预”功能的流域防洪应用和水资源管理与调配应用，建设黄垒河地下水库工程调度管理和黄11、垒河河长制监管应用，形成黄垒河流域“2+2”水利智能业务应用，建成黄垒河数字孪生流域系统；主要目标是，整体提升黄垒河流域智慧化管护水平，支撑威海市新阶段水利高质量发展，为全国中小河流数字孪生建设提供威海经验、打造示范样板。为顺利完成上述试点任务，实现预期目标，急需开展黄垒河数字孪生流域系统建设。1.1.1 黄垒河流域概况1. 自然地理黄垒河属山东半岛独流入海水系，为季风区雨源型河流，是威海市市级河道。黄垒河发源于牟平昆嵛山西麓的黄垒口，从牟平区的莒格庄、水道两乡镇向南流经乳山市境内的下初镇、冯家镇、南黄镇和文登区境内的小观镇等乡镇，于文登区小观镇二王家村入黄海。干流全长71 km，流域面积6312、5km2。其中威海市干流总长48km，流域面积411km2（图1.1-1）。全流域共有14条支流，其中3条一级支流，自上而下依次为，水道河长15km，流域面积59.9km2；老清河长25km，流域面积129km2；坦埠河长15km，流域面积39.7km2。图1.1-1 黄垒河流域水系图 2. 地形地貌黄垒河流域内山脉为昆嵛山系，多为东南走向。其中山区丘陵占大部分，上中游一带地势较高、坡度陡，下游及河口一带地势平坦且低洼。其地貌特征为：山区约占15.4%，丘陵占49.2%，主要分布于中上游一带，下游及河口一带的山间平原及滨海平原占35.4%，为本流域内主要的耕作区；入海口海岸类型为沙质岸，潮间带13、3001000m，受风浪冲击，滩面不稳定。3.水文气象黄垒河流域属暖温带季风区海洋性气候，春季凉爽，风多雨少，夏季炎热，雨量集中，秋季少雨干旱，冬季寒冷，雨雪稀少。多年平均气温11.6，2015年平均最大风速10.9m/s。根据19562015年降水量资料统计，黄垒河流域多年平均降水量为769.8mm，降水量年际变化较大，最大年降水量为1268.3mm（1964年），最小年降水量为359.7mm（1999年），丰枯比为3.5。降水量的年内分配也极不均匀，主要集中在69月。汛期降水量占全年降水量的73.1，而汛期降水量又主要集中在78月，78月降水量占全年降水量的50以上。据统计，流域内各雨量站14、多年平均年最大24小时面降水量为107.8mm，1997年实测年最大24小时面雨量为234.4mm，1967年实测年最大24小时面雨量为39.5mm，最大值是最小值的5.9倍。黄垒河属山溪性雨源型河流，流量随季节变化，洪水主要集中于汛期，呈陡涨陡落型，次洪水过程持续时间较短，较大洪水历时一般在30小时左右。4. 社会经济黄垒河流域涉及烟台市的莒格庄、水道和乳山市的下初、冯家、南黄及文登市的小观等六个乡镇。据威海市黄垒河 20182020 年综合整治方案，流域总人口22.3万人，其中农业人口20.97万人，耕地28.84万亩，农民人均纯收入2894元，流域内农业以粮食、花生、蚕茧、蔬菜及畜牧业为15、主，工业以轻工产品为主，流域内工、农业总产值25.9亿元。5. 水资源开发利用目前，黄垒河流域内无水文站，无法采用本流域实测资料进行径流分析。黄垒河地下水库工程初步设计报告根据龙角山水库19562015 年天然径流量系列，采用水文比拟法分析计算出，黄垒河流域多年平均天然径流量为 17479万 m3，折合径流深为275.3mm。流域涉及的乳山市和文登区2020年用水总量分别为1.06亿m3和1.10亿m3。从用户看，农业用水占70%左右，生活用水占20%左右；从水源看，地表水供水也占70%左右，地下水占30%左右，以取用河道水为主。根据威海市黄垒河 20182020 年综合整治方案，黄垒河干流共16、有固定取水口10个，其中工业取水口1个，城镇生活取水口1个，沿河村庄农业用水取水口8个。流域内工业用水大户是恒邦化工，生活用水大户是南海宝泉水务有限公司。总体上看，黄垒河流域内用水需求低、水资源开发利用率不高。为缓解威海市突出的水资源供需矛盾，充分利用雨洪资源，增加地下水储水量，建设了黄垒河地下水库工程和黄垒河地下水库母猪河地下水库米山水库连通工程，将黄垒河水资源调配至威海市区。6.水利工程目前，黄垒河流域主要水利工程包括瓦善水库和花家疃水库2座中型水库，南泥沟橡胶坝和湾头橡胶坝2座橡胶坝和黄垒河三级地下水库，工程分布图如下图所示。图1.1-2 黄垒河流域工程分布图（1）地表水库黄垒河流域内建17、有中型水库两座，小（1）型水库5座，小（2）型水库37座，总控制流域面积167.84k m3，总库容4798.87万m3，兴利库容2419.93万m3。瓦善水库是一座防洪、城市供水、农业灌溉、渔业养殖等综合运用的多年调节中型水库。水库位于黄垒河干流，水库控制流域面积37km2，水库始建于1970年8月，1977年3月竣工，水库设计洪水标准为50年一遇，校核洪水标准为1000年一遇，水库除险加固后总库容1198万m3，校核洪水位为111.24m；兴利库容860万m3，兴利水位为110.17m；死库容80万m3，死水位为102.97m。花家疃水库位于黄垒河支流老清河中游，水库控制流域面积81km218、。水库始建于1970年5月，1971年5月竣工，水库设计洪水标准为100年一遇，校核洪水标准为1000年一遇，水库除险加固后总库容1894万m3，校核洪水位为63.42m；兴利库容558万m3，兴利水位为59.0m；死库容37.2万m3，死水位为52.26m。花家疃水库枢纽工程由大坝、溢洪道和放水洞三个部分组成。大坝为土心墙坝，全长171米，最大坝高15.24米，坝顶高程64.6米，宽6.0米，坝顶内肩建有1.2米高的浆砌石防浪墙，墙顶高程65.8米，迎水坡为干砌方块石护坡，背水坡为草皮护坡。溢洪道位于大坝西侧，型式为实用堰+溢洪闸，3孔溢洪闸，闸孔尺寸宽8米、高5米，闸底顶板高程为55.0米19、，最大泄量1156立方米/秒。放水洞有东西两座，均为钢筋砼箱涵结构，断面尺寸宽1米，高1.5米。目前，瓦善水库与花家疃水库供水对象是农业灌溉和城市用水。瓦善水库灌区设计灌溉面积3万亩，最大实灌0.3万亩；花家疃水库灌区设计灌溉面积1.76万亩，最大实灌0.6万亩。根据山东省水库资料汇编-中型水库分册（山东省水利厅，2013年6月），瓦善水库设计年城市供水能力为600万m3，实际年城市供水能力为335万m3。花家疃水库是龙角山水库的应急水源，根据山东省威海市乳山市花家疃水库除险加固工程初步设计报告（审定稿）（山东省科苑水利勘察设计咨询中心，2008年12月），城市供水能力为0.8万m3/d。黄垒20、河流域内水库情况见表1.1-1。表1.1-1 黄垒河流域内水库统计表序号水库名称流域面积（km2）总库容（万m3）兴利库容（万m3）所在位置1瓦善水库371198860烟台牟平区2花家疃水库811894558乳山市冯家镇3曲家口安夼水库1.210.857.25莒格庄镇4瓦善于家茔水库0.4310.87.6莒格庄镇5福寿庄沙窝子水库2.0110.23.5莒格庄镇6院下水库4173.2111.5莒格庄镇7杨家夼后夼水库0.7522.9114莒格庄镇8沙家南沟水库0.4116.28.7莒格庄镇9贵家庄西北夼水库0.56116.4莒格庄镇10金家埠凉泉水库0.7310.145.54莒格庄镇11张皮南夼21、水库0.4410.046.69莒格庄镇12宫家沟万年福水库2.2636.039.8莒格庄镇13向阳张家夼水库0.614.26.9莒格庄镇14义和庄北夼水库0.813.99.18莒格庄镇15洼里东沟水库0.312.427.8莒格庄镇16瓦善西北夼水库0.512.247.35莒格庄镇17宝泉水库6.4385.7223小观镇18华山水库1.2565.144小观镇19日照庄水库4150.387下初镇20朝阳山水库3.75147.788下初镇21崮山寺水库2.88128.373南黄镇22石城水库2.610074冯家镇23北沟水库3.142.312.4下初镇24水晶布口水库1.4939.530.2南黄镇222、5于家水库1.1523.6513.2大孤山镇26五里河水库0.6723.1613.04南黄镇27西南沟水库1.520.210.04下初镇28西沟水库1.219.78.35下初镇29万家水库1.218.512冯家镇30王家庵水库11613冯家镇31马家庄水库0.415.96.44冯家镇32西山水库0.8515.68.9南黄镇33北寨水库0.61310冯家镇34北夼水库1.3126.3冯家镇35四清塂水库111.84.9南黄镇36西北沟水库211.17下初镇37西夼水库0.5116冯家镇38中寨水库0.510.935.75冯家镇39东北沟水库1.210.95.37下初镇40高家屯水库0.810.223、6.7南黄镇41西夼水库1.510.26下初镇42北塂水库0.84106冯家镇43北留水库0.8105.7冯家镇44西山水库0.9103.43南黄镇合计167.844798.872419.93（2）地下水库黄垒河地下水库工程位于黄垒河下游，分为三级水库，自上而下分别为庙东地下水库、小观地下水库及东浪暖地下水库，地上拦水建筑物分别为庙东节制闸（本次测量桩号9+750）、小观橡胶坝工程（本次测量桩号6+200）及东浪暖挡潮闸（本次测量桩号2+500），黄垒河地下水库东浪暖挡潮闸以上流域面积为632km2（包含庙东节制闸以上流域面积625km2、小观橡胶坝工程以上流域面积629km2）。黄垒河水资源24、系统概化图详见图1.1-3。图1.1-3 黄垒河水资源系统概化图黄垒河地下水库工程是威海市河库水系连通工程（黄垒河地下水库-母猪河地下水库-米山水库连通）的重要组成部分。工程是省级重点水利工程项目，已于2021年11月开工建设，计划2022年底完工并投入使用。通过泵站将黄垒河地下水库和母猪河地下水库的水资源调入米山水库，年增加水资源利用量5000万立方米，节省外调水费用2亿多元，可有效破解威海市水资源瓶颈制约，具有显著的经济效益和社会效益。图1.1-4 黄垒河地下水库工程位置示意图根据威海市发展和改革委员会关于威海市黄垒河地下水库工程可行性研究报告的批复，黄垒河地下水库蓄水库容4215万m3，25、其中庙东地下水库库区最大库容1555万m3（其中库区1035万m3，上游回水区520万m3），调蓄库容1290万m3（其中库区860万m3，上游回水区430万m3），地表库容390万m3；小观地下水库库区最大库容730万m3，调蓄库容610万m3，地表库容384万m3；东浪暖地下水库库区最大库容900万m3，调蓄库容720万m3，地表库容256万m3。工程建成后，95%频率来水情况下可供水量2167万m3，多年平均可供水量2923万m3。（3）河道工程河道工程主要包括河道治理工程，2000年以前，当地政府组织群众对河道进行过多次治理，主要包括上世纪四十年代，左岸文登区的小观一带修筑部分河堤；上26、世纪五、六十年代，局部易发生洪灾段修筑了部分堤防；上世纪七十年代，右岸乳山市部分河段修筑了堤防。受当时经济和技术条件的限制，河道治理标准偏低，加之多年的运行，部分河堤受损严重。2004年，威海市按照20年一遇防洪标准对浪暖口坦埠村段10.26km河道实施了治理，治理内容主要包括堤防工程和河道清淤工程；2012年，乳山市按照20年一遇防洪标准对下初镇4.05km河道实施了治理，治理内容主要包括堤防工程及河道清淤工程。2017年，南海新区结合城市规划，对黄垒河左岸浪暖大桥（桩号3+000）小观段（桩号8+750）堤防进行了加宽加固，并配套了路面硬化工程。黄垒河虽然进行了多次治理，形成了部分堤防，但27、是受资金等方面的约束，河道两岸堤防不连续，尚未形成防洪封闭圈，不能完全达到设计标准。且受河道漫水桥等阻水建筑物的影响，部分河段淤积严重。另外黄垒河沿线地层岩性主要为砂质，局部段岸受大水淘刷容易坍塌，存在险工段。黄垒河干流上橡胶坝有两座，分别位于南泥沟村南和湾头村北。湾头橡胶坝目前尚未完工，其设计洪水标准为20年一遇，坝前水位可达4.5米，河道回水区2.9公里，可拦蓄河水175万立方米，能充分利用雨洪资源，提升两岸农田的灌溉条件，保证水资源的合理调配，增加水面面积，改善生态环境，巩固生态文明建设成果。南泥沟橡胶坝位于黄垒河干流冯家镇东泥沟村南，按照20年一遇洪水设计标准修建，主要包括长141米，28、高4.5米的橡胶坝一座，及防渗墙，左右岸翼墙，充排水泵房、管理房等。橡胶坝建成蓄水后，坝前水深能达到4.5米，河道回水区长度3.1公里，可拦蓄库容85万立方米，能够提高雨洪资源利用率、稳固河床、提升地下水位、改善两岸农田灌溉条件、提升河道生态环境。1.1.2 数字孪生流域发展概况1. 国内数字孪生流域发展概况国家“十四五”规划纲要明确提出“构建智慧水利体系，以流域为单元提升水情测报和智能调度能力”。水利部高度重视智慧水利建设，将推进智慧水利建设作为推动新阶段水利高质量发展的六条实施路径之一，并将智慧水利作为新阶段水利高质量发展的显著标志。2021年，水利部先后出台了关于大力推进智慧水利建设的指29、导意见智慧水利建设顶层设计“十四五”智慧水利建设规划“十四五”期间推进智慧水利建设实施方案等系列文件，明确了推进智慧水利建设的时间表、路线图、任务书、责任单。数字孪生流域是智慧水利的核心与关键，是一项复杂的系统工程。2021年12月，水利部召开推进数字孪生流域建设工作会议，要求大力推进数字孪生流域建设，并部署各流域管理机构、地方水行政主管部门和有关水利工程管理单位先行先试。2022年2月21日，水利部印发水利部关于开展数字孪生流域建设先行先试工作的通知，正式启动数字孪生流域先行先试工作，计划用2年时间，在大江大河重点河段、主要支流开展数字孪生建设先行先试，在重要水利工程开展数字孪生水利工程先行30、先试。据水利部数字孪生流域建设先行先试台账，全国共有56家单位，开展了94项先行先试任务，其中，数字孪生流域建设46项、数字孪生水利工程建设44项、水利部本级4项。为统一要求、明确标准，避免重复建设、信息孤岛，2022年3月，水利部组织编制了数字孪生流域建设技术大纲（试行），重点针对数字孪生流域建什么、达到什么标准等问题，细化建设任务和具体内容，并列出了主要建设指标。根据上述文件，数字孪生流域是以物理流域为单元、时空数据为底座、数学模型为核心、水利知识为驱动，对物理流域全要素和水利治理管理活动全过程进行数字映射、智能模拟、前瞻预演，与物理流域同步仿真运行、虚实交互、迭代优化，实现对物理流域的实31、时监控、发现问题、优化调度的新型基础设施。通过智慧水利总体框架（图1.1-5），可以更好地理解数字孪生流域作用与组成。数字孪生流域是智慧水利建设的核心与关键，包括数字孪生平台和信息化基础设施；流域防洪、水资源管理与调配以及N项业务应用调用数字孪生流域提供的算据、算法、算力等资源。图1.1-5 智慧水利总体框架数字孪生平台基于信息化基础设施，利用云计算、物联网、大数据、人工智能、遥感、数字仿真等技术，对物理流域全要素和水利治理管理活动全过程进行数字映射、智能模拟和前瞻预演，支撑水利业务“四预”功能实现。数字孪生平台主要由数据底板、模型平台、知识平台等三部分构成，各组成部分功能与关联为：数据底板汇32、聚水利信息网传输的各类数据，经处理后为模型平台和知识平台提供数据服务；模型平台利用数据底板成果，以水利专业模型反映物理流域的要素变化、活动规律和相互关系，通过智能识别模型提升水利感知能力，利用模拟仿真引擎模拟物理流域的运行状态和发展趋势，并将以上结果通过可视化模型动态呈现；知识平台汇集数据底板产生的相关数据、模型平台分析计算结果，经水利知识引擎处理形成知识图谱、服务水利业务应用。信息化基础设施主要由水利感知网、水利信息网、水利云等构成。信息化基础设施各组成部分功能与关联为：水利感知网负责采集数字孪生流域所需各类数据；通过水利信息网将数据传输至数字孪生平台数据底板；水利云平台负责提供数据计算和存33、储资源。水利业务“四预”是智慧水利建设的重要组成部分，是数字孪生流域建设的出发点和落脚点，也是检验数字孪生流域建设成果的主要标准。依据水利业务“四预”基本技术要求（试行），水利业务“四预”功能基于智慧水利总体框架，在数字孪生流域基础上建设。预报、预警、预演、预案四者环环相扣、层层递进。其中，预报是基础，对水位、流量、水量、地下水位、墒情、泥沙、冰情、水质、台风暴潮、淹没影响、位移形变等水安全要素进行预测预报，提高预报精度，延长预见期，为预警工作赢得先机；预警是前哨，及时把预警信息直达水利工作一线和受影响区域的社会公众，安排部署工程巡查、工程调度、人员转移等工作，提高预警时效性、精准度，为启动预34、演工作提供指引；预演是关键，合理确定水利业务应用的调度目标、预演节点、边界条件等，在数字孪生流域中对典型历史事件场景下的水利工程调度进行精准复演，确保所构建的模型系统准确，对设计、规划或未来预报场景下的水利工程运用进行模拟仿真，具备“正向”“逆向”功能，及时发现问题，科学制定和优化调度方案；预案是目的，依据预演确定的方案，考虑水利工程最新工况、经济社会情况，确定工程调度运用、非工程措施和组织实施方式，确保预案的可操作性。通过水利业务“四预”功能的建设，保持数字孪生流域与物理流域交互的精准性、同步性、及时性，实现“预报精准化、预警超前化、预演数字化、预案科学化”的“2+N”智能水利业务应用，有力35、支撑智慧水利体系1.0版建设。水利业务“四预”技术框架见图1.1-6。73图 l.1-6 水利业务“四预”技术框架图2. 山东省内数字孪生流域发展情况 山东省水利厅按照国家和省委、省政府有关部署，积极开展智慧水利建设，并于2020年11月通过了山东省数字水利总体方案和山东省数字水利建设“十四五”规划，提出通过大数据、云计算、移动互联网、人工智能等新一代信息技术与水利管理深度融合，以水利数字基础设施、数据资源体系、网络安全保障为支撑，以信息动能推动数字水利发展，充分发挥新一代信息化技术的驱动引领作用，大力推进高新技术与水利业务的深度融合，加快数字水利建设进程。山东省数字水利建设“十四五”规划提出36、了“巩基础、理数据、强支撑、智应用、健保障”的五大主要任务，巩基础，巩固并提升数字水利基础支撑能力；理数据，梳理并构建数字水利数据资源体系； 强支撑，强化数字水利应用支撑能力；智应用，提升水利业务数字化监管与服务能力；健保障，健全数字水利保障体系；提出“数字水利新型基础设施建设工程”“全省水利一体化业务应用平台建设工程”“重点水利工程示范化运行管理大平台建设工程”三大类 18 个重点工程。按照水利部关于开展数字孪生流域建设先行先试工作的通知要求，山东省水利厅组织开展了4项先行先试任务，包括数字孪生黄垒河、数字孪生小清河和数字孪生弥河3项数字孪生流域建设任务，以及数字孪生胶东调水工程1项数字孪生37、水利工程建设任务。1.2 问题与差距威海市经过多年的水利信息化建设，在水利感知、业务应用和基础设施建设等方面取得了一些进展和效益，但总体来看，水利信息化、数字化、智慧化水平不高，与智慧水利要求有较大差距，主要体在以下几个方面。透彻感知能力存在不足。黄垒河属于中小河流，治理相对滞后，水利监测站网的覆盖范围和监测要素不全。在传统水利监测站网方面，流域内尚无流量站，花家疃水库均无流量观测设施，地下水库工程相关监测设施正在建设完善之中。在新型监测站网方面，高清视频、无人机等新型监控手段虽得到一定应用，但整体智能化程度低，自动化程度不高。应急监测装备能力低、应急监测手段缺乏，应急通信装备和应急抢险通信保38、障能力严重不足。信息基础设施“算力”薄弱。联通黄垒河数字孪生平台、监测站点、水利工程、工程管理单位、相关业务部门的水利业务网亟待建立。工控网尚未覆盖重要水利工程，黄垒河地下水库工程自动控制系统尚在建设之中。尚未充分利用威海市电子政务云的计算资源与存储资源，建设水利子云，满足水利大数据存储和高性能计算需求。信息资源整合利用有待提升。分散建设信息基础设施条块分割、相互封闭，内部整合不够，形成多个数据孤岛，制约了整体效益发挥，存在“重采重存、利用率不高”的现象。黄垒河流域相关基础数据、监测数据、业务管理数据、基础地理数据等尚未有效整合，跨行业数据共享不足。各类数据标准不一致，水利基础数据不统一，水利39、对象代码未统一，影响数据汇聚治理。业务应用智能化水平不高。虽已在水资源管理节约、水生态保护、水旱灾害防御等方面建立了相应的业务应用系统，但大多停留在信息采集管理层面，信息技术和水利业务融合不深入，流域水文、水动力、水资源等水利专业模型未系统构建，不能全流程支撑业务工作，综合分析和决策支持能力不强，距离实现“四预”功能的差距较大。而且，现有业务应用主要面向威海市全市，尚无专门针对黄垒河流域的业务应用。保障体系有待完善。体制机制不够健全，适应智慧水利建设的组织体系、规章制度、考核体系、标准规范等仍不够完善，与新一代信息技术应用要求相配套的水利装备、物联通信、网络安全、应用支撑、系统建设等方面的技术40、和管理标准不够。资金投入不足，相对水利工程建设，水利网信建设总体投入比重偏低，持续投入不足。运维体系不完善，重建设轻运维的现象普遍存在，运维队伍不健全，运维技术水平和效率不高。1.3 必要性和可行性1.3.1 必要性1. 是实现黄垒河流域防洪从被动应对向主动防御转变，牢牢守住不发生系统性洪涝灾害风险“底线”的迫切需要。黄垒河属山溪性雨源型河流，暴雨洪水多发，突发性强，陡涨陡落，持续时间短，防御难度大。虽然历经多年治理，但大部分河段防洪标准仍然较低，只有20年一遇，部分尚未系统治理的河段防洪标准更低（如史家疃以上河段），无法抵御较大洪水。一旦发生较大洪水，极易成灾，严重威胁到黄垒河沿河两岸22多41、万人口、28.84万亩耕地和桃威铁路、309国道、青威高速等重要基础设施安全，灾害损失无法预估。根据山东省洪水调查资料（1982年）以及现场实际调查，黄垒河自1912年至2020年间共发生过40多次不同规模的局部洪涝灾害，其中1912、1940、1959、1965、1980和2012等6场较大洪水，导致漫堤决口，对当地居民的生命财产安全造成很大危害。2011年7月25日，乳山市遭受1937年有历史记载以来最强降雨袭击，24小时最大降水量达到359.5毫米，引发严重洪涝灾害，共造成6人死亡，35万人受灾，房屋损坏4.8万间，庄稼淹没6380公顷，600多辆车辆受损；4条道路因桥涵冲毁导致交通中断42、，桃威铁路路基塌方7处共200余米；34家工业企业、6处商厦不同程度受损。建设数字孪生流域，加强监测、预报、预警、预演、预案等防洪非工程措施建设，实现防洪“四预”功能，是对现有防洪工程体系不完善、防洪标准偏低的重要补充，是防御具有突发性、高强度、预见期短特征洪水的有效手段，是牢牢守住不发生系统性洪涝灾害风险底线，实现被动防御向主动防御转变，保证黄垒河流域防洪安全的重要措施。2. 是支撑黄垒河地下水库工程和水系连通工程科学运行调度，保障威海市区供水安全的迫切需要。黄垒河是我市境内水资源储量十分丰富且尚未得到大规模开发的较大河流，开发利用潜力很大。为缓解威海市日益突出的水资源供需矛盾，充分拦蓄黄垒43、河流域的雨洪资源、增加地下水储水量，自2020年起，我市在该流域建设了黄垒河地下水库工程和黄垒河地下水库母猪河地下水库米山水库连通工程，通过泵站和管道工程将黄垒河地下水库和母猪河地下水库的水调入米山水库，用以保障威海市区、南海新区及文登区生产生活用水需求。工程建成后，将形成跨流域、多水源（地表水、地下水、外调水）水资源调配格局，新增供水能力2815万m3，可有效缓解我市水资源紧缺局面。黄垒河流域水量虽然丰富，但水情十分复杂，蓄水与防洪历来是一个很难调控的水利科研难题。经国家、省级水利专家多次调研论证，亟需建设黄垒河数字孪生流域，建立水资源管理调配“四预”应用，通过提前准确预报工程来水情况和社会44、经济需水，统筹考虑流域内外水资源供需形势，联合调度流域内外地表地下供水工程，联合调配地表水、地下水、外调水等多种水源，考虑现状蓄水、未来来水和需求等情况，及时精准对干旱缺水状况与影响进行预警，从水资源供给与需求两侧，科学有效制定水资源调配与工程调度预案，实现工程预期目标，最大程度发挥工程效益，为威海市区、文登城区和南海新区的发展提供可靠的水资源支撑保障。3.是复苏黄垒河流域河湖生态，打造“生命之河”的迫切需要。黄垒河是威海市境内的三条骨干河流之一，河流长度位居第一，被沿岸人民喻为“生命之河”。长期以来，由于监管主体多元、监管责任交叉、监管手段落后，流域内人为侵占河道、拦河造地、倾倒垃圾、非法采45、砂等“四乱”问题一直十分突出。河湖长制实施以来，我市坚持市县镇三级联动，鼓励引导群众参与监督，重拳整治河湖问题，深入开展清河行动、河湖“清四乱”、清违清障及“回头看”等工作，先后组织出动3000多人次，累计排查出各类河湖“四乱”问题879处，逐一整改销号，实现河湖违法问题阶段性清零。防止河湖“四乱”问题死灰复燃，长效保持治理效果，提升河湖监管智慧化水平，是河湖长制深入实施中亟待解决的问题。通过智慧水利一期项目建设，黄垒河市管段17公里河道智慧化监管水平得到极大提升，但调研发现其余54公里河道主要还是依靠人工巡河，管理手段和技术设备相对落后，耗费大量人力物力，无法做到全流域实时监控管理。为此，亟46、需建立完善全流域、上下游一体化的河道水利感知网络，利用数字孪生平台，实时监控河道内采砂、倾倒垃圾、水面漂浮物、人员落水等问题，并依靠智能算法实现自动化、智能化、科学化的决策，全面提高全流域河湖监督管理智慧化水平，凝聚各方力量、共同实现这条“生命之河”的水清岸绿、永久安澜。4.是防止国有资源盗采流失、维护社会和谐稳定的迫切需要。黄垒河流域内储藏着大量优质的河砂资源。受利益驱使，近几年来盗采河砂现象日益猖獗，部分不法分子唯利是图、铤而走险，采取极端手段疯狂盗采河砂。无序开采、私挖乱采造成河床高低不平、河流走向混乱、河岸崩塌、河堤破坏，严重影响河势稳定，威胁桥梁、涵闸、码头等涉河重要基础设施安全，还47、屡屡发生人员溺水事件，据不完全统计，仅2010年以来，该流域上下游因河床破坏积水变深、突发洪水、警示不到位等原因导致14人溺水死亡，40多个家庭承受丧失亲人的巨大悲痛。尤其严峻的是，黄垒河非法采砂引发了大量刑事治安案件、涉黑、涉恶、涉暴案件，严重威胁到沿河两岸群众生命财产安全，引发了一系列矛盾纠纷，影响了党群干群关系，腐蚀了一批基层党员干部，严重损害了党和政府在基层的公信力，甚至威胁到基层政权的稳定。人民群众对此深恶痛绝，通过12345热线、来信来访甚至越级上访等途径，不断向国家、省、市、县等上级政法、公安、信访、水利等部门举报，成为影响社会稳定的一个重大风险隐患，随时都有可能被引爆。为打击治48、理非法采砂，水利、信访、公安、国土等政府机关为此投入大量人力、财力和精力，虽然取得一定成效，但仍然面临不少的困难。一是建筑市场对砂石料的高需求，导致砂石价格暴涨，河道采砂成为一个暴利行业，不法分子利用各种地理和气候条件与执法人员打游击战，甚至暴力抗法。二是采砂管理和执法人员严重不足。由于采砂管理点多面广，现有执法力量严重不足，难以应对猖獗的非法采砂行为。三是巡查执法装备和手段落后。当前对非法采砂的打击主要采用沿河道巡查，效率较低，取证手段不足，对非法分子形成威慑的能力还有待加强。抓住建设全国数字孪生流域试点的机遇，通过建立完善河道水利感知网络，实现自动化、智能化、科学化管控，对盗采乱采河砂行为49、做到及时发现、及时处置，就可以极大消除上述隐患，全面提高监管效率，从根本上解决长期困扰各级政府部门的非法采砂监管治理难题，还行洪安全于河，还和谐稳定于民，还稀缺资源于国。 5.是提升威海在全国的形象地位、打造全国中小河流数字孪生流域建设示范样板的迫切需要。水利部高度重视智慧水利建设，将推进智慧水利建设作为推动新阶段水利高质量发展的六条实施路径之一，并将智慧水利作为新阶段水利高质量发展的显著标志。数字孪生流域是智慧水利的核心与关键，是一项复杂的系统工程。2022年2月，水利部印发水利部关于开展数字孪生流域建设先行先试工作的通知，正式启动数字孪生流域先行先试工作，在全国确定了46个流域，开展数字孪50、生流域建设先行先试工作。我市数字孪生黄垒河流域入选水利部数字孪生流域建设先行先试项目。按照水利部部署安排，将在2022年12月前开展中期评估，在2023年12月前完成验收总结，评选优秀成果，并进行推广应用和奖励表彰。市委、市政府对该试点项目高度重视，专题听取了数字孪生黄垒河建设先行先试实施方案编制情况汇报，要求抓住试点机遇，抓好项目建设，大幅提升我市水利智慧化、现代化管理水平，服务全市高质量发展。作为全国智慧水利的重点项目和示范工程，项目实施过程中水利部将开展技术指导、中期评估、验收总结、监督检查、经验推广等，并视项目完成情况，给予项目承担单位政策优惠和资金奖补。通过高质量完成试点项目，必将极51、大推动我市数字水利行业发展。6. 是加强黄垒河流域统一管理，补齐我市智慧水利短板弱项的迫切需要。黄垒河是我市境内唯一一条跨市河流，涉及烟台、威海两市，也是唯一一条跨区县河流，分属威海市、文登区、乳山市、南海新区等，多层级、多区域、条块化的行政管理模式，必然导致上下游、左右岸各自为政，难以从全流域着眼进行统一规划、统一治理、统一调度、统一管理，无法发挥最大效益。尤其是黄垒河地下水库母猪河地下水库米山水库水系连通工程的建设，使黄垒河管理变成一个跨流域问题。通过建设黄垒河数字孪生流域，将分散在上下游、左右岸、地表地下、甚至相邻的母猪河流域的问题和需求，在一个数字化流域中进行统筹，为决策提供“虚拟实验52、”环境，为流域统一管理提供有力支持。另外，我市境内无大江大河，全部是中小河流。长期以来，中小河流治理投入不足，导致水利信息化、网络化、智能化工作是短板弱项。就黄垒河而言，主要是：透彻感知能力存在不足，水利监测站网的覆盖范围和监测要素不全；水利业务网络互不联通、工控网尚未覆盖重要水利工程，特别是黄垒河地下水库工程自动控制系统尚未完成；业务应用智能化水平不高，虽已在水资源管理节约、水生态保护、水旱灾害防御等方面建立了相应的业务应用系统，但大多停留在信息采集管理层面，信息技术和水利业务融合不深入，流域水文、水动力、水资源等水利专业模型未系统构建，不能全流程支撑业务工作，综合分析和决策支持能力不强，距53、离实现“四预”功能的差距较大。同时，现有业务应用主要面向全市，尚无专门针对黄垒河流域的业务应用。通过建设黄垒河数字孪生流域，可以极大提升行业治理能力和治理体系现代化水平，为数字政府建设提速，为高质量发展助力。1.3.2 可行性习近平总书记在党的十九大报告中明确提出要建设网络强国、数字中国、智慧社会，党中央对实施网络强国战略作出全面部署，2018年中央一号文件明确提出实施智慧农业林业水利工程。国家“十四五”规划纲要明确提出“构建智慧水利体系，以流域为单元提升水情测报和智能调度能力”。数字孪生流域建设是智慧水利建设的核心与关键，建设数字孪生流域是贯彻落实党中央决策部署的必然要求。水利部高度重视智慧54、水利建设，部署开展先行先试工作，出台了系列技术指导文件，为数字孪生黄垒河流域建设提供了指导借鉴。2020年，启动了智慧水利先行先试工作，计划用2年时间，在长江水利委员会、黄河水利委员会、太湖流域管理局3个流域管理机构，浙江省、福建省、广东省、贵州省、宁夏回族自治区5个省级水利部门，深圳市、宁波市、苏州市3个市级水利部门，开展实施36项先行先试任务。2021年，先后出台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“十四五”智慧水利建设规划“十四五”期间推进智慧水利建设实施方案等系列文件，明确了推进智慧水利建设的时间表、路线图、任务书、责任单。数字孪生流域建设是一项复杂的系统工程。为指55、导数字孪生流域建设，2022年，制定出台了数字孪生流域建设技术大纲（试行）数字孪生水利工程建设技术导则（试行）水利业务“四预”基本技术要求（试行）等技术指导文件。威海市高度重视数字水利建设，已部署开展了相关建设任务。编制了威海市智慧水利一期项目信息系统建设方案。制定了威海市“十四五”水利水务发展规划，提出了四项建设任务，规划了两期智慧水利项目。一是建设数字水利新型基础设施。补充完善雨量、水位、流量、水质、墒情、水利工程安全等监测设施，实现涉水信息实时监测；构建水利数据平台，提升数据服务能力。加强水利业务网络和省政务云融合工作，提升基础支撑能力。建设水利“一张图”，强化水利空间信息协同共享能力。56、二是建设水利一体化业务应用平台。融合现有业务系统，形成以水灾害防御、水资源保障、水生态保护、水工程监管、水政务协同、水公共服务为核心的水利业务管理体系，实现跨层级、跨业务信息共享，促进全市水利业务融合协同，全面提高水利管理服务能力。三是建设重点水利工程示范化运行管理平台。对水库、供水、调水等工程按类别进行统一监督管理，随时掌握水利工程管理动态，提升对工程的现代化管理能力。四是健全安全保障体系。完善数字水利建设的网络安全体系、标准规范体系和运维保障体系，形成立体化安全防护，确保数字水利建设安全稳定、可持续发展。五是分两期开展威海市智慧水利建设项目。一期重点建设2个系统：一是水资源精细化管控系统，57、以水资源调配模型、水质分析模型等专业模型为基础，实现取水、排水、供水、用水等水资源信息的全面实时监测；融合各类数据，以微服务架构的方式对各类水资源管理业务进行整合，构建水资源精细化、链条式管控平台。二是基于三维模型的重点河湖水生态保护系统，对威海市市级骨干河道黄垒河进行试点工程建设，构建重点河湖三维模型，实景展示试点水域岸线、河道、水土现状，实现试点工程立体化监测。二期是推进信息技术与水利业务深度融合，建设天地一体化的水利物联网，实现大中型水库主要入库河流水量实时监测和库区水文监测全覆盖，通过大数据分析和云计算，构建覆盖全域的水灾害防御风险预警系统。1.4 编制依据1. 国家层面支持项目建设的58、文件党的十九大明确提出：“建设网络强国、数字中国、智慧社会”。2018年4月，在全国网络安全和信息化会议上，习近平总书记深入阐述了网络强国战略思想，对实施网络强国战略做出了全面部署，指出“没有网络安全就没有国家安全，没有信息化就没有现代化”。国家“十四五”规划纲要明确提出“坚定不移建设制造强国、质量强国、网络强国、数字中国”“构建智慧水利体系，以流域为单元提升水情测报和智能调度能力”。水利部高度重视智慧水利建设，将推进智慧水利建设作为推动新阶段水利高质量发展的六条实施路径之一，并将智慧水利作为新阶段水利高质量发展的显著标志。2021年，水利部先后出台了关于大力推进智慧水利建设的指导意见智慧水利59、建设顶层设计“十四五”智慧水利建设规划“十四五”期间推进智慧水利建设实施方案等系列文件，明确了推进智慧水利建设的时间表、路线图、任务书、责任单，将数字孪生流域建设作为智慧水利的核心与关键。2021年12月，水利部召开推进数字孪生流域建设工作会议，要求大力推进数字孪生流域建设，聚焦“2+N”水利业务应用，实现“四预”全覆盖。2022年2月21日，水利部印发水利部关于开展数字孪生流域建设先行先试工作的通知，正式启动数字孪生流域先行先试工作，计划用2年时间，在大江大河重点河段、主要支流开展数字孪生建设先行先试，在重要水利工程开展数字孪生水利工程先行先试。为统一要求、明确标准，避免重复建设、信息孤岛，60、2022年3月，水利部组织编制了数字孪生流域建设技术大纲（试行），重点针对数字孪生流域建什么、达到什么标准等问题，细化建设任务和具体内容，并列出了主要建设指标。水利业务“四预”是智慧水利建设的重要组成部分，是数字孪生流域建设的出发点和落脚点，也是检验数字孪生流域建设成果的主要标准。为细化水利业务“四预”功能的主要内容、技术要求等，2022年3月水利部印发了水利业务“四预”基本技术要求（试行）。项目建设成果、技术标准及数据维护标准应严格执行 水利部关于印发数字孪生流域共建共享管理办法（试行）的通知（水信息2022146号） 水利部关于印发数字孪生流域建设技术大纲（试行）的通知（水信息20221461、7号） 水利部关于印发数字孪生水利工程建设技术导则（试行）的通知（水信息2022148号） 水利部关于印发水利业务“四预”基本技术要求（试行）的通知（水信息2022149号）等文件要求。2. 山东省层面支持项目建设的文件2021年10月，山东省水利厅印发实施了山东省数字水利建设“十四五”规划（文号），提出了“巩基础、理数据、强支撑、智应用、健保障”的五大主要任务，巩基础，巩固并提升数字水利基础支撑能力；理数据，梳理并构建数字水利数据资源体系；强支撑，强化数字水利应用支撑能力；智应用，提升水利业务数字化监管与服务能力；健保障，健全数字水利保障体系；提出“数字水利新型基础设施建设工程”“全省水利一62、体化业务应用平台建设工程”“重点水利工程示范化运行管理大平台建设工程”三大类 18 个重点工程。3. 威海市支持项目建设的文件早在2017年威海市政府就发布威海市人民政府关于促进大数据发展的意见，其中提出全面强化基础设施建设，积极推动大数据在水利服务、社会治理和产业发展中的应用，催生大数据与传统产业协同发展的新业态、新模式。完善大数据采集机制，建设全市统一的水利数据采集平台，提高数据收集、整理、清洗、转换能力。2021年威海市大数据创新应用突破行动方案明确指出，提升公共视频资源整合能力、打造智能化视频图像分析平台、打造专业化大数据分析平台，深入开展大数据创新应用，打造一批典型应用场景和解决方案63、，形成一批具有创新性、可复制的数据服务案例，推动数据威海建设不断取得新突破、新成效。2021年数字威海2021行动方案中要求，推动天地空一体化水利感知网、水利云网融合提升改造，加快智慧水利数据服务能力提升建设。2022年5月，我局申报的数字孪生黄垒河成功入选水利部数字孪生流域建设试点，组织编制的数字孪生黄垒河建设先行先试实施方案通过审查。实施方案分析了黄垒河数字孪生流域建设的需求，提出了黄垒河数字孪生流域系统的总体设计、建设内容和建设方案，为本建设方案提供了主要依据。l 水利部关于印发加快推进智慧水利的指导意见和智慧水利总体方案的通知（水信息2019220号）l 关于推进水利大数据发展的指导意64、见（水信息2017178号）l 水利部关于开展数字孪生流域先行先试工作的通知l 关于大力推进智慧水利建设的指导意见l 智慧水利建设顶层设计l “十四五”智慧水利建设规划l “十四五”期间推进智慧水利建设实施方案l 数字孪生流域共建共享管理办法l 数字孪生流域建设技术大纲（试行）l 数字孪生水利工程建设技术导则（试行）l 水利业务“四预”功能基本技术要求（试行）l 山东省数字水利总体方案（2020年11月）l 山东省数字水利建设“十四五”规划（2020年11月）l 威海市大数据创新应用突破行动方案（威电数专组发20211号）l 数字威海2021行动方案（威政办字202135号）l 威海市人民政府65、关于促进大数据发展的意见（威政发201717号）l 数字孪生黄垒河建设先行先试实施方案（2022年5月）第二章 现状与需求分析按照有关要求，系统建成后将布设在威海市大数据中心负责管理的威海市电子政务云上。经调研分析，威海市电子政务云的基础环境、网络系统、软硬件条件满足要求，运行维护和网络安全保障工作由大数据中心组织实施。我局经过多年的水务信息化建设，在水资源感知、网络传输、软件应用方面取得了一定进展和效益；但离智慧水利和数字孪生流域建设等需求，尚有一定差距，还需要进一步补充完善。2.1 现状分析2.1.1 水利信息化基础设施现状在水利感知网方面，目前黄垒河流域已经建设了由雨量站、水位站、水文站66、水质监测站、地下水监测井、视频监测等构成的水利感知网，具体信息如下表所示。表2.1-1现有水文站网站别站名经度纬度站址建站年份雨量站南黄121.7936.98乳山市南黄镇南黄村2018雨量站小观121.8736.98文登市小观镇2011雨量站冯家121.6737.03乳山市冯家镇冯家村1965雨量站下初121.6137.03乳山市下初镇2011雨量站巫山121.6137.12乳山市下初镇西庄村2018雨量站北高格庄121.6937.12乳山市冯家镇北高格庄村2011雨量站花家疃121.6937.08乳山市花家疃水库2011雨量站莒格庄121.7237.17烟台市牟平区莒格庄镇东莒格庄村19667、7雨量站水道121.6037.17烟台市牟平区水道镇水道村1951雨量站岔河121.6237.13烟台市牟平区水道岔河村2017雨量站曲家口121.7037.23烟台市昆嵛区昆嵛镇曲家口村2015雨量站义合庄121.6837.22烟台市昆嵛区昆嵛镇义合庄村2015雨量站岔河121.6237.13烟台市牟平区水道岔河村2018水位站浪暖桥121.8636.93文登区小观镇东浪暖村2018水位站南黄桥121.8036.98乳山市南黄镇南黄大桥2018水位站泥沟桥（浮子）121.6937.02乳山市冯家镇2018水位站巫山121.6137.12威海市乳山市下初镇西庄村2018水文站瓦善水库121.668、737.18烟台市牟平区莒格庄镇瓦善村2011水文站岔河（报汛站）121.6237.13烟台市牟平区水道岔河村2017水质监测点巫山121.6037.13乳山市下初镇巫山村北桥2011水质监测点小观121.8736.98文登市小观镇2011水质监测点泥沟桥121.6937.02乳山市冯家镇不详水质监测点花家疃121.6937.08乳山市花家疃水库2011地下水监测井小观水利站121.8636.98文登区小观镇水利站院内2017地下水监测井孙家埠121.8436.96乳山市南黄镇孙家埠村2017地下水监测井东浪暖东121.8636.94文登区小观镇东浪暖村东2019地下水监测井庄子园121.7069、36.89南黄镇庄子园村东2007地下水监测井小观村南121.8636.97文登区小观镇小观村南不详地下水监测井西浪暖村北121.8536.94乳山市南黄镇西浪暖村北不详视频监测点冷家村北121.7637.00冷家村北河边右岸2020视频监测点庙东村南121.7737.00庙东村南河边右岸2020视频监测点庙东村南（主路）121.7837.00庙东村南（主路）河边右岸2020视频监测点北黄村南121.7936.99北黄村南河边右岸2020视频监测点北塂村东北121.7936.99北塂村东北河边右岸2020视频监测点黄垒河大桥西岸路北121.8036.98202省道黄垒河大桥西岸路北2020视频70、监测点黄垒河大桥西岸路南121.8036.98202省道黄垒河大桥西岸路南2020视频监测点坦埠村南河边右岸121.8136.98坦埠村南河边右岸2020视频监测点坦埠村南121.8136.98坦埠村南河边竹林右岸2020视频监测点东洋水村121.8236.97东洋水村后河边右岸2020视频监测点院后村西北河边右岸121.8436.97院后村西北河边右岸2020视频监测点孙家埠村东南121.8536.95孙家埠村东南河段（连心桥西北）右岸2020视频监测点西浪暖村东121.8536.94西浪暖村东河边右岸2020视频监测点浪暖大桥东121.8636.94浪暖大桥东2020视频监测点浪暖大桥西171、21.8636.93浪暖大桥西2020视频监测点东浪暖花海121.8536.94东浪暖花海2020视频监测点榆树底村西121.8536.95榆树底村西对岸2020视频监测点连心桥东岸121.8636.95连心桥东岸2020视频监测点百寿庄村西121.8636.96百寿庄村西2020视频监测点院后村对岸121.8636.97院后村对岸2020视频监测点院后桥121.8536.97院后桥2020视频监测点小观镇西121.8536.97小观镇西三叉路口2020视频监测点南七口村南121.8436.97南七口村南2020视频监测点南七口村南121.8336.97南七口村南环河路边2020视频监测点南七72、口村西南121.8336.97南七口村西南小房2020视频监测点坦埠村东南121.8236.98坦埠村东南小芦河桥2020视频监测点坦埠村南121.8136.98坦埠村南2020视频监测点坦埠村老路基121.8136.98坦埠村老路基2020视频监测点坦埠村果园西121.8036.99坦埠村果园西2020视频监测点坦埠村西121.8036.99坦埠村西养殖场2020视频监测点北黄村南121.7937.00北黄村南路口2020视频监测点北塂扬水站121.8036.99北塂扬水站2020视频监测点河崖村北121.7537.00河崖村北2020视频监测点庙东121.7837.00庙东原点位2020视73、频监测点东洋水村后121.8236.97东洋水村后2020视频监测点黄垒河大桥东121.8036.99黄垒河大桥东2020视频监测点庙东村南121.7737.00庙东村南生产桥北2020视频监测站点花家疃121.6937.08山东省乳山市花家疃水库2020视频监测站点南黄大桥121.8036.98山东省乳山市南黄镇南黄村2020视频监测站点泥沟桥121.6937.02乳山市冯家镇20201） 雨量站13个，其中6个位于烟台市，现有雨量站基本可以覆盖整个黄垒河流域，可以满足黄垒河流域数字孪生的建设需求；图2.1-1 现有雨量站2）河道水位站4个，分别是浪暖桥、南黄桥、泥沟桥和巫山水位站。泥沟桥站74、位于老清河入黄垒河干流附近，是一个重要的水位控制站。南泥沟橡胶坝建成后，库区回水超过了泥沟桥站，泥沟桥站失去了水位观测意义，为此需要在新设控制性水位站。图2.1-2 现有水位站3）现有可用的地下水监测井5个，都位于黄垒河地下水库库区范围内；5个地下水监测井能够反映地下水水位变化，但无法用于分析识别地表地下水量交换关系和交换量。 图2.1-3 现有地下水监测井4）现有视频监测点40个，绝大多数都位于黄垒河流域下游，属于一期水务信息化建设成果，主要用于治理采砂、人员溺水、乱扔垃圾、水面漂浮物等问题；图2.1-4 现有视频监测点5）现有水质监测点为4个，其中巫山站、小观站、花家疃站从2011年开始实75、施定期监测，泥沟桥站不定期进行监测。图2.1-5 现有水质检测点6）现有工情监测站12个，主要分布于各水库、拦河闸、橡胶坝等工程措施上下游，监测工程运行情况及水文状态。图2.1-6 现有工情监测站在水利网络方面，目前威海市具有雨水情监测专网、气象数据专网、办公专网等业务专网，河道视频监控专网、大中型水库视频监控专网、公安视频监控专网等视频专网，依托于威海电子政务云提供的电子政务外网和电子政务内网以及互联网和基于4G/5G的物联网等多条物理网络。利用这些网络，把黄垒河流域已有雨水工情、河道视频、中型水库视频等监测信息，传输到相关业务系统中。另外，在黄垒河地下水库工程建设中，建设了水文监测设施和自76、动化控制系统，进一步完善了黄垒河水利信息化基础设施。黄垒河地下水库工程水文监测设施包括布设在庙东拦河闸、小观橡胶坝和东浪暖挡潮闸的浮子式水位站与视频监控站，在东浪暖挡潮闸设置的ADCP测流设备，设施布局图如下图所示。图2.1-7 黄垒河地下水库工程水文监测设施 黄垒河地下水库工程自动化控制系统由庙东拦河闸、小观橡胶坝、东浪暖挡潮闸、工程管理区（位于东浪暖挡潮闸上游左岸）的计算机监控系统、视频监控系统、闸安全监测系统、通信、网络系统组成，以对泵站运行、闸门运行、水位、闸墩安全监测等信息进行实时的监测、监视、监控，对泵站、闸站进行远程控制。图2.1-8 黄垒河地下水库工程管理区网络系统配置图计算机77、监控系统的监控对象为工程的安全监测数据、工程供配电柜运行状态、工程的闸门及启闭机。系统采用开放、分层分布式系统结构，由远控级、主控级和现地控制单元级构成，两者间采用快速以太网络结构，光缆敷设。远控级设在工程管理区调度室内，设置工业级计算机作为工程师/操作员站，对实时数据进行采集和处理，可以监视各工程的运行情况，并可以进行相关操作。庙东拦河闸、小观橡胶坝、东浪暖挡潮闸各设1套主控级设备，布置在闸控制室内。主控级设备主要由工控机、液晶显示器、打印机、键盘、鼠标、UPS 电源、监控监视机柜等组成，设有通讯接口，以满足与上一级管理部门数据通信的要求。现地级设备主要由 PLC I/O 站、触摸屏、闸门开78、度荷重显示仪及传感器等组成。各现地控制单元与上位机间的数据通信方式采用光纤。庙东拦河闸、小观橡胶坝、东浪暖挡潮闸的每孔闸门设置1套现地级设备。其中小观橡胶坝对3台排水泵站各设1套现地级设备。视频监视系统对整个闸进行全方位的监视和管理，东浪暖挡潮闸、 庙东拦河闸、小观橡胶坝三个泵闸站各设视频工作站 1 套，管理处设视频工作站1套、大屏幕系统1套。闸墩安全监测系统设置闸墩的渗流渗压监测系统。东浪暖挡潮闸共计 22 个监测面，66 个监测点。庙东拦河闸共计 13 个监测面，39 个监测点。通信系统为计算机监控系统、视频监视系统、闸安全监测系统等提供水库内部通信服务，并实现内部各类信息数据传递的需要，79、主要采用水库内部自建方式，沿河道铺设光缆 10km 供内部使用。在管理区、泵、闸设置计算机网络系统，作为各种应用系统信息的承载平台，在管理区设置互联网出口满足办公、信息交换与传递。2.1.2 数据与模型现状由于信息系统分头建设，水务数据分别掌握在各业务主管部门，横向系统繁多，缺少梳理和有机统一，数据重复采集、成本提升；纵向上无法和垂直系统有效对接，兼容性差，互通性差，实用性差，形成多个数据孤岛，数据管理和共享出现各自为政的局面，数据的重要价值难以发挥。威海市智慧水利一期项目正在建立水利大数据平台，对接共享相关业务系统数据、智能设备采集数据、智能分析数据、地理信息数据以及平台生成数据。但这些数据80、覆盖威海市全市范围，并未专门针对黄垒河流域开展数据整合。虽已在水资源管理节约、水生态保护、水旱灾害防御等方面建立了相应的业务应用系统，但大多停留在信息采集管理层面，信息技术和水利模型融合不深入，黄垒河流域的水文、水动力、水资源等水利专业模型尚未建立，不能有效支撑业务工作，综合分析和决策支持能力不强，与“四预”的要求差距还很大。2.1.3 业务应用现状目前已建设拥有多套信息监测与业务应用系统。水文水资源监测方面，建设有威海市水库综合信息管理系统、威海市水库标准化管理平台、威海市水文信息监测系统。图2.1-9 威海市水文信息监测系统水资源管理节约方面，目前使用山东省水资源税信息管理系统监测、水利部81、用水统计调查直报管理系统、水利部节水载体登记系统。水生态保护方面，建设有威海市河长制信息化管理平台。该软件与山东省河湖长制管理信息系统、全国水土保持信息管理系统、水利部生产建设项目水土保持信息化监管服务平台共同使用。图2.1-10 山东省河长制系统水旱灾害防御方面，建设有威海市山洪灾害监测预警平台。图2.1-11 威海市山洪灾害监测预警平台上述业务应用系统以分散建设为主，系统之间数据独立，无法实现数据共享互通，信息业务化应用水平不高，智能预报、智能预警、智能调控、智慧决策等辅助决策系统建设基本空白，无法有效支撑建设“智慧水利”“数字山东”等战略目标的实现。为此，我局开展了威海市智慧水利一期建设82、项目。智慧水利一期建设项目软件建设包含基础支撑系统、应用服务群、平台系统管理和安全运维管理4个方面内容。其中基础支撑平台是作为整个应用服务层的数据底座，提供数据支撑、技术支撑以及模型支撑；应用服务群建设各项顶层应用，如水资源精细化管控系统、水生态保护系统、水利气象信息服务系统、水旱灾害防御系统、水利工程监管系统、专题数据一张图系统、基于三维模型的重点河湖水生态综合监管系统、移动APP系统等；平台系统管理供运维人员使用，对平台的角色账号、系统运行状态进行实时管控维护，同时建设基础运行环境和安全保障体系。威海市智慧水利一期系统目前正在开发之中，系统的步界面如下图所示。这一系统主要面向威海市全市，通83、过对现有的业务应用和全市水利数据资源进行整合升级，已形成了水资源精细管控、黄垒河智慧管护、水旱灾害防御指挥、河湖长制系统、水利工程监管系统、安全运维服务系统等子系统。图2.1-12 威海市智慧水利一期系统界面为提升市级骨干河道黄垒河的智慧管护能力，正在建设黄垒河智慧管护系统。目前，通过无人机倾斜摄影建模、数字正射影像和基础地理数据，搭建了黄垒河市管段17km的水系三维模型，建立了水资源管控、水行政执法、水旱灾害防御等3项业务应用。通过在黄垒河（市管段）的三维模型中叠加展示水情、雨情、工情、视频监控、盗采砂危险区、应急仓库、应急队伍等基本信息，实现了实时监测和实时监视；在水旱灾害防御应用中，建设84、了洪水推演和水位推演功能，可根据河道水位给出河道淹没覆盖范围，为人员撤离提供依据。图2.1-13 威海市智慧水利一期系统水资源管控界面图2.1-14 威海市智慧水利一期系统水旱灾害防御界面2.2 业务目标分析2.2.1 提高智慧水利基础支撑能力1.基本建成黄垒河流域水利信息基础设施体系通过合理新建雨情、水情、工情监测站点，加强卫星遥感、航空遥感、高清视频、无人机等新型监测手段应用，完善水利感知网，扩大监测范围，完善监测要素与内容，初步形成天空地一体化透彻感知能力。建成黄垒河流域水利业务网与水利工控网，扩展互联范围，实现有关部门与相关单位的互联互通；提升互联带宽，保障水利业务应用的带宽需求，工控85、网覆盖重要水利工程及其相关管理单位，承载水利工程控制系统。利用威海市电子政务云等已有计算资源，搭建水利云，为高性能计算、大数据存储处理、视频会议、会商调度等提供安全可靠的“算力”保障。2.建立水利数据资源服务体系整合水利基础数据、水利监测数据、水利业务管理数据，接入跨行业共享数据，建设3级地理空间数据，形成黄垒河流域多源数据资源池。按照统一的数据标准规范，基于科学的数据模型，以分层分类分级的方式，对多源数据进行汇集治理，提升数据的规范性、可用性，保证数据质量，形成黄垒河水利大数据。在此基础上，制定数据服务共享与安全管理制度，扩展与优化数据交换链路，为各级部门和有关单位提供地图服务、数据资源目录86、服务、数据共享服务和数据管控等服务，并确保数据安全。3. 建立模型平台与知识平台依据黄垒河流域特性，面向水利业务应用需求，依托国内外研究力量与研究成果，建设由水利专业模型、智能模型、可视化模型和数字仿真引擎组成的模型平台，在数字空间对流域物理过程与水利治理管理活动进行智慧化模拟，为水利治理管理提供决策支撑。建设以业务规则库、方案预案库、调度运行规则库、历史场景库、专家经验库等为主要内容的水利知识与水利知识引擎，支撑水利治理管理活动的科学决策。2.2.2 提升水利业务服务能力1.实现黄垒河流域防洪“四预”，提升洪水防御能力在威海市山洪灾害监测预警平台和威海市水务局防汛指挥调度系统基础上，运用临近87、（02h）与短时（212h）定量降雨预报、缺资料地区中小河流洪水预报技术，制定流域内中型水库与关键断面的洪水预报方案，提高中小河流突发性暴雨洪水预报的预见期、精度和时效性；从临界雨量、水库纳雨能力、工程河段特征水位等方面，确定暴雨洪水预警指标，打造暴雨洪水预警发布平台，形成快速有效的预警能力；建立洪水预演模型系统，对典型历史事件、设计、规划或未来预报场景下的防洪工程调度过程和洪水过程进行模拟仿真，制定和优化防洪调度方案；开展水库、河道、堤防、闸坝等流域防洪工程体系的联合防洪调度，制定联合防洪调度规则和预案，提高防洪调度水平。依据预演确定的方案，考虑水利工程最新工况、经济社会情况制定防洪预案，确88、定水库、堤防、拦河闸坝等工程运用次序、时机、规则，制定人员避险转移方案和防汛物资配置方案。2.实现水资源管理调配“四预”，提升水资源安全保障能力在预报方面，对黄垒河地表径流、地下水库补给量和不同用户用水需求进行长中短期多尺度预报预测，为水资源管理调配提供来水和需水预报信息；确定供水安全预警指标，制定供水安全预警体系，对供水危机进行有效预警；建立水资源预演系统，对典型历史事件、设计、规划或未来预报场景下的蓄引提调工程调度和水资源供需平衡状况进行模拟仿真，优化制定水资源供需双侧调控方案；依据预演确定的供需双侧调控方案，考虑蓄引提调工程的最新工况、经济社会情况，确定工程调度运用与节水限供等非工程措施89、和组织实施方式，制定预案。3.数字孪生黄垒河地下水库工程，提升地表地下水综合调控能力建立完善黄垒河地下水库工程的监测感知、通讯网络、工程自动化控制设施和信息基础环境等信息基础设施。对黄垒河地下水库工程进行多时态、全要素数字映射，建设运行管理数字化场景。建立地下水库工程运用调度支撑模型，为实体工程与孪生工程的同步仿真运行、地下水开采方案制定、拦河闸坝、截渗墙泄水设施、泵站等设施设备运行调度提供模型支撑，提升地表地下水综合调控能力。4. 动态感知评价河库健康状态，提升河长制监管能力围绕河长制、水域岸线管理、清“四乱”等重点需求，在全省河长制管理信息系统基础上，运用遥感识别、视频识别与图像识别等智能90、模型技术，提升对岸线变化、“四乱”问题动态监测与主动发现能力。动态感知河库健康评价指标状态，开展河湖健康评价，掌握河湖健康状态，提出河湖健康治理的管控措施。2.2.3 健全智慧水利保障体系建立水利行业关键信息基础设施的综合安全监督管理体系，明确水利行业各级单位、人员网络安全管理要求，强化各级单位、人员网络安全主体责任落实，完善水利网络安全运行防护及运维保障体系，切实提升网络安全防护能力，保障水利网络安全。建立智慧水利专业技术人才机制，充分利用各种教育培训形式与资源，培养形成与数字水利实施进程相适应的技术人才队伍，提高各级干部在推进数字水利建设中的管理、领导水平，加大基层单位技术骨干的智慧水利综91、合培训力度，提升其运用新技术手段解决基层水利实际问题的能力。2.3 业务需求分析2.3.1 服务对象分析黄垒河数字孪生系统主要面向四类服务对象，即水行政主管部门领导、水利业管理务人员、水政执法人员、相关涉水部门。水行政主管部门：通过系统获取黄垒河流域全流域水情、雨情、工情、水质、险情、灾情、墒情、取用水、视频、网络舆情等实时或历史数据，整体把握流域防洪、水资源利用、水利工程运行、河湖管理等态势，进行全方位、动态化、可视化、智能化的管控，提升水利决策与管理的科学化、精准化、高效化能力和水平。水利业务人员：负责黄垒河数字孪生系统的运行管理，管理黄垒河流域相关水利业务问题。水政执法人员：对黄垒河的非92、法采砂、排污、倾倒垃圾、非法侵占等水生态环境保护问题，黄垒河流域取用水监测等相关业务的问题处置。相关涉水部门：为水文部门、气象部门、应急等相关涉水部门开放部分功能模块、数据接口，提供相关的功能、数据支撑。2.3.2 建设完善水利信息化基础设施水利信息基化础设施由水利感知网、水利业务网和水利云三部分组成。水利信息化基础设施是水利业务应用的基础支撑环境，是数字孪生流域的“算力”保障。随着水利工作深入开展和水利信息化持续建设，黄垒河流域水利信息基础设施已具备一定基础，但尚不能完全满足数字孪生流域和“2+N” 水利业务应用需求急需完善。1. 按需完善水利感知网，形成天空地一体化感知能力 水利感知网由传93、统水利监测站网和遥感、高清视频、无人机、无人船等新型监测站网组成。由于黄垒河属于中小河流，治理相对滞后，水利感知网覆盖范围和监测要素不全，流域降水、水位、流量、蒸发、地下水、水质、墒情等水文资料不完整，地表水资源量、地下水资源量、水资源总量等水资源数据缺乏，导致水利模型建立和水利业务管理缺乏必要数据支撑。在传统水利监测站网方面，截至目前流域内尚无流量站，尚无控制性水文站点，花家疃水库均无流量观测设施，导致长期缺乏洪水过程和地表径流资料，不得不移用相邻流域的龙角山水库控制流域的资料。地下水库工程相关监测设施正在建设完善之中。在新型监测站网方面，高清视频、无人机等新型监控手段虽得到一定应用，但仅覆94、盖了黄垒河下游17km河段。应急监测装备能力低、应急监测手段缺乏，应急通信装备和应急抢险通信保障能力严重不足。为形成对物理流域状态的动态监测和实时感知的能力，需要通过合理新建雨情、水情、工情监测站点，加强卫星遥感、航空遥感、高清视频、无人机等新型监测手段应用，完善水利感知网，扩大监测范围、增设监测要素、增加数据传输频次，推进自动在线监，实现信息采集提档升级，形成天空地一体化感知能力。 2. 完善水利信息网，实现互联互通水利信息网主要包括水利业务网和水利工控网。利用威海电子政务外网，完善黄垒河流域水利业务网，扩展互联范围，实现有关部门与相关单位的互联互通；提升互联带宽，保障水利业务应用的带宽需求95、。工控网覆盖花家疃水库、庙东节制闸、小观橡胶坝、东浪暖挡潮闸等重要水利工程及其相关管理单位，并与水利业务网物理隔离，承载水利工程控制系统。3. 将系统部署于威海市智慧水利云平台根据威海市委市政府相关要求，黄垒河流域数字孪生系统需要部署在威海市智慧水利云平台中，需要申请资源，为高性能计算、大数据存储处理、视频会议、会商调度等提供安全可靠的“算力”保障。2.3.3 构建数字孪生平台数字孪生平台是黄垒河数字孪生系统建设的核心与关键。数字孪生平台基于水利信息基础设施，利用三维仿真技术，对江河湖泊、水利工程、水利治理管理对象、影响区域等物理流域进行数字映射，利用模型平台和知识平台对物理流域进行智慧模拟、96、仿真推演，支撑“2+N”水利业务应用。数字孪生平台主要由数据底板、模型平台和知识平台组成。1. 建立黄垒河流域数据底板数据底板是智慧水利的“算据”。目前虽已积累形成了大量的水利数据，但存在数据内容不全面、数据标准不一致、数据整合共享不足、大数据的服务支撑作用未充分发挥等问题。（1）建立数据资源池数据资源池主要包括基础数据、监测数据、业务管理数据、跨行业共享数据、地理空间数据等内容。数据的时间基准采用北京时间；空间基准采用2000国家大地坐标系（CGCS2000）；高程基准采用1985国家高程基准。1）基础数据包括流域、河流、水利工程等水利对象的主要属性数据和空间数据。2）监测数据包括水文、水资97、源、水生态环境、水灾害、水利工程、水土保持等水利业务的监测数据。3）业务管理数据包括流域防洪、水资源管理与调配等“2+N”业务应用数据。4）跨行业共享数据跨行业共享数据包括需从其他行业部门共享的经济社会、土地利用、生态环境、气象、遥感等相关数据。5）地理空间数据地理空间数据主要包括数字正射影像图（DOM，Digital Orthophoto Map）、数字高程模型（DEM，Digital ElevationModel）/数字表面模型（DSM，Digital Surface Model）、倾斜摄影影像/激光点云、水下地形、建筑信息模型（BIM，Building Information Model98、）等数据。按照数据精度和建设范围分为L1、L2、L3 三级。L1级是进行数字孪生流域中低精度面上建模，主要包括流域范围内的DOM和DEM/DSM等数据。L2级是进行数字孪生流域重点区域精细建模，主要包括重点区域的高分辨率DOM、高精度DEM/DSM、倾斜摄影影像/激光点云、水下地形等数据。L3级是进行数字孪生流域重要实体场景建模，主要包括重要水利工程相关范围的高分辨率DOM、高精度DEM、倾斜摄影影像/激光点云、水下地形、BIM等数据。目前，与黄垒河流域相关的基础数据、监测数据、业务管理数据等数据尚未以流域为单元、按照数字孪生和业务应用的需求进行有效整合，经济社会、土地利用、生态环境、气象、遥99、感等需要跨行业数据共享尚不充分；在地理空间数据方面，智慧水利一期项目已利用山东省天地图，建立了覆盖全流域的L1级数据；对黄垒河干流下游17km河道、两侧各500m范围的区域，通过倾斜摄影进行了精细建模；正在建立庙东拦河闸、小观橡胶坝和东浪暖挡潮闸的3维模型；整体来看，L2级地理数据覆盖不全面，需要对黄垒河干流及主要支流全覆盖，并按照需要扩大河道两侧范围；L3级数据需要补充完善，对花家疃水库、黄垒河地下水库坝体与含水层工程等重要工程建立BIM模型。（2）建立数据引擎建立数据引擎，实现数据汇聚、数据治理、数据挖掘、数据服务等功能。1）数据汇聚数据汇聚通过构建涵盖业务数据汇集、视频级联集控、遥感接收100、处理等数据管理的平台化能力，为模型平台和知识平台提供数据支撑。业务数据汇集实现汇集主要业务数据资源的统一管控，满足汇集重要业务数据的需求。视频级联集控实现跨层级水利视频联网，并与现有水利视频会议系统互联互通支持多级应用。各级应接入本级所辖水利视频资源，推进接入其他部门共享视频。遥感接收处理在现有卫星遥感数据统一管理基础上完善，提供数据级和产品级服务，各级水利业务应用可根据实际需求开展数据的加工和应用。2）数据治理数据治理对汇集后的多源数据进行统一清洗和管理，提升数据的规范性、一致性、可用性，避免数据冗余和冲突。包括数据模型管理、数据血缘关系建立、数据清洗融合、数据质量管理、数据开发管理、元数据101、管理等。3）数据挖掘数据挖掘运用统计学、机器学习、模式识别等方法从数据资源中发现物理流域全要素之间存在的关系、水利治理管理活动全过程的规律，通过图形、图像、地图、动画等方式展现，包括描述性、诊断性、预测性和因果性分析等。4）数据服务数据服务依托已有国家和水利行业的数据共享交换平台，实现各类数据在各级水行政主管部门之间的上报、下发与同步，以及与其他行业之间的共享。包括地图服务、数据资源目录服务、数据共享服务和数据管控服务等。2. 构建模型平台模型平台是智慧水利的“算法”，通过建成标准统一、接口规范、分布部署、快速组装、敏捷复用的模型平台，在数字空间对水利治理管理活动进行智慧化模拟，为数字孪生流域102、提供模拟仿真功能。模型平台构建包括水利专业模型、智能识别模型、可视化模型和仿真引擎建立等内容。水利专业模型主要有水文模型、水资源模型、水生态环境模型、水力学模型、泥沙动力学模型、水土保持模型、水利工程安全模型等。水利专业模型可按照具体的应用场景需求，结合流域实际，通过借鉴改进现有模型来建立。智能识别模型主要是利用人工智能方法从遥感、视频、音频等数据中自动识别水利对象特征，包括遥感识别、视频识别、语音识别等。可视化模型包括自然背景、流场动态、水利工程、水利机电设备等，通过对各类模型进行可视化构建，面向具体的业务应用真实展现物理流域中各种水利业务场景。模拟仿真引擎通过驱动水利专业模型运行，融合数据103、底板、可视化模型、实时感知信息和模型模拟结果等多源信息，利用虚拟现实（VR，Virtual Reality）、增强现实（AR，Augmented Reality）、混合现实（MR，Mixed Reality）和全息现实（HR，Holographic Reality）技术，对物理流域运行和水利治理管理活动进行模拟仿真、可视化呈现、动态渲染和虚实交互。依据黄垒河流域特性，面向水利业务应用需求，依托国内外研究力量与研究成果，建设由水利专业模型、智能模型、可视化模型和数字仿真引擎组成的模型平台，在数字空间对流域物理过程与水利治理管理活动进行智慧化模拟，为水利治理管理提供决策支撑。3. 建设知识平台知识104、平台利用知识图谱和机器学习等技术，实现对水利对象关联关系和水利规律等知识的抽取、管理和组合应用，为数字孪生流域提供智能内核，支撑正向智能推理和反向溯因分析，主要包括水利知识和水利知识引擎。其中，水利知识提供描述原理、规律、规则、经验、技能、方法等的信息，水利知识引擎是组织知识、进行推理的技术工具，水利知识经知识引擎组织、推理后形成支撑研判、决策的信息。知识平台应关联到可视化模型和模拟仿真引擎，实现各类知识和推理结果的可视化。 （1）水利知识水利知识为决策分析提供支撑信息，包括历史场景、专家经验、预报调度方案等。历史场景用于描述历史事件发展过程及时空特征属性的相关事实。通过对数据表格或文本记录的105、历史场景数据进行典型时空属性及特征指标的抽取、融合、挖掘和结构化存储，支撑历史场景发生的关键过程及主要应对措施的复盘，对历史场景下的调度执行方案数字化和暴雨洪水特征等进行挖掘，为相似事件的精准决策提供知识化依据。预报调度方案用于存储特定场景下的预报调度方案相关知识。根据物理流域特点、水利工程设计参数、影响区域范围等，结合气象预报、水文预报、水文监测、工程安全监测等信息，基于对历史典型洪水预报、水利工程调度过程记录或以文本形式存储的预报调度预案进行知识抽取、融合等处理，形成特定场景下预报模型运行设置和水利工程调度方案等知识，支撑预报调度方案的智能决策。专家经验用于描述特定业务场景决策时的专家经验106、。通过文字、公式、图形图像等形式固化专家经验，进行抽取、融合、挖掘和结构化处理等，支撑专家经验的有效复用和持续积累。面向流域防洪、水资源管理调配和地下水库工程管理运行业务应用需求，建设以历史场景、专家经验、预报调度方案等为主要内容的，支撑水利治理管理活动的科学决策。（2）水利知识引擎水利知识引擎主要实现水利知识表示、抽取、融合、推理和存储等功能。知识表示利用人机协同的方式构建水利领域基础本体和业务本体，实现陈述性和过程性知识表示；知识抽取采用统计模型和监督学习等方法，结合场景配置需求和数据供给条件，构建实体关系三元组知识，并抽取各类水利对象实体的属性，对水利领域实体类别及相互关系、领域活动和规107、律进行全方位描述；知识融合针对多源知识的同一性与异构性，构建实体连接、属性映射、关系映射等融合能力；知识推理通过监督学习、半监督学习、无监督学习和强化学习等算法，构建水利推理性知识；知识存储采用图计算引擎管理和驱动水利知识，实现超大规模数据存储。2.3.4 建设水利智能业务应用水利部关于开展数字孪生流域建设先行先试工作的通知要求，侧重在流域防洪、水资源管理与调配及其他业务应用“四预”进行重点突破。按照这一要求，智能业务应用中以建设具有“四预”功能的流域防洪、水资源管理与调配2项应用为主，并结合黄垒河流域实际，建设黄垒河地下水库工程运行管理应用和河湖健康动态评价应用。1. 建设具有“四预”功能的108、流域防洪应用运用临近（02h）与短时（212h）定量降雨预报、缺资料地区中小河流洪水预报技术，制定黄垒河流域内中型水库与关键断面的洪水预报方案，提高洪水预报的预见期、精度和时效性。从临界雨量、水库纳雨能力、河段特征水位等方面，确定黄垒河流域暴雨洪水预警指标，建立暴雨洪水预警发布平台，将预警信息送达到一线和影响区域群众，形成快速有效的预警能力。建立洪水预演模型系统，对典型历史事件、设计、规划或未来预报场景下的防洪工程调度过程和洪水过程进行模拟仿真，制定和优化防洪调度方案；开展水库、河道、堤防、闸坝等流域防洪工程体系的联合防洪调度，制定联合防洪调度规则和预案，提高防洪调度水平。依据预演确定的方案，109、考虑水利工程最新工况、经济社会情况制定防洪预案，确定水库、堤防、拦河闸坝等工程运用次序、时机、规则，制定人员避险转移方案和防汛物资配置方案。2. 建设具有“四预”功能的水资源管理调配应用依托黄垒河地下水库-母猪河地下水库-米山水库连通工程，考虑黄垒河流域内外的水资源需求，对地表、地下水资源进行联合调配。在预报方面，对地表水库与区间地表径流、地下水库补给量和不同用户用水需求进行长中短期多尺度预报预测，为水资源管理调配提供来水和需水预报信息。考虑地表水库库容、地下水库水位、可供水量等方面，确定供水安全预警指标，制定水资源预警指标体系，对供水危机进行有效预警。建设供水预演系统，对典型历史事件、设计、110、规划或未来预报场景下的蓄引提调工程调度和水资源供需平衡状况进行模拟仿真，优化制定水资源供需双侧调控方案。依据预演结果确定的供需双侧调控方案，考虑蓄引提调工程的最新工况、经济社会情况，确定工程调度运用与节水限供等非工程措施和组织实施方式，制定预案。3. 建设黄垒河地下水库工程调度管理应用搭建地下水库运行管理数字化场景，实现多时态、全要素的数字映射，为工程监管提供环境支撑。建立黄垒河地下水库工程运用调度支撑模型，为实体工程与孪生工程同步仿真运行，地下水开采方案制定、拦河闸坝、泵站等设施设备运行调度提供模型支撑，提升地表地下水综合调控能力。4. 建设黄垒河河湖健康动态评价应用 围绕河长制、水域岸线管111、理、清“四乱”等重点需求，在全省河长制管理信息系统基础上，运用遥感识别、视频识别与图像识别等智能模型技术，提升对岸线变化、“四乱”问题动态监测与主动发现能力。以河湖长制管理信息系统为基础，充分利用河长巡河APP，建设湖长制及河湖管理突出问题的巡查、详查、核查、复查功能，支撑河湖长制及河湖管理突出问题的发现上报、复核抽查、跟踪问责、问题销号等全过程闭环管理，实现天上看、网上管、地上查的全流程河湖动态监管。动态感知河库健康评价指标状态，开展河湖健康评价，掌握河湖健康状态，提出河湖健康治理的管控措施。2.4 业务工作流程分析依据数字孪生流域总体框架，数字孪生黄垒河流域建设的业务流程如下图所示。图2.112、4-1 数字孪生流域建设的业务流程图2.4.1 完善水利信息化基础设施水利信息化基础设施由水利感知网、水利业务网和水利云三部分组成。水利信息化基础设施是水利业务应用的基础支撑环境，是数字孪生流域的“算力”保障。随着水利工作深入开展和水利信息化持续建设，水利信息化基础设施已具备一定基础，但尚不能完全满足智慧水利要求，需要提升对物理流域状态进行监测和感知的能力，需要完善通信网络覆盖范围，提高网络联通率，扩大网络带宽；需要加强大数据存储和高性能计算资源。为此，首先，对物理流域状态进行监测和感知的能力、通信传输能力、数据存储和高性能计算等三个方面，评估现状，确定需求，明确差距；然后按照“整合已建、统筹113、在建、规范新建”原则统筹规划，提出水利信息化基础设施的建设完善方案。2.4.2数字孪生平台数字孪生平台基于水利信息基础设施，利用三维仿真技术，对江河湖泊、水利工程、水利治理管理对象、影响区域等物理流域进行数字映射，利用模型平台和知识平台对物理流域进行智慧模拟、仿真推演，支撑“2+N”水利业务应用。数字孪生平台主要由数据底板、模型平台和知识平台组成。（1）完善数据底板数据底板是智慧水利的“算据”。目前虽已积累形成了大量的水利数据，但存在数据内容不全面、数据标准不一致、数据整合共享不足、大数据的服务支撑作用未充分发挥等问题。首先，从3个方面完善数据资源，对水利基础数据、水利监测数据、水利业务管理数114、据等水利内部部门的数据整合，从其他行业部门共享经济社会、土地利用、生态环境、气象、遥感等相关数据；从实现物理流域的数字映射需求出发，按照数据精度和建设范围分为L1、L2、L3三级建设地理空间数据。然后，通过水利数据模型与水利网格模型，对多源数据进行有效整合与集成建库。接着，对汇集后的多源数据进行统一清洗和治理，提升数据的规范性、一致性、可用性，避免数据冗余和冲突。经过数据治理，达到数据标准要求后，存储到数据仓库中，以进一步提供数据服务。（2）构建模型平台模型平台是智慧水利的“算法”，通过建成标准统一、接口规范、分布部署、快速组装、敏捷复用的模型平台，在数字空间对水利治理管理活动进行智慧化模拟，115、为数字孪生流域提供模拟仿真功能。模型平台构建包括水利专业模型、智能识别模型、可视化模型和仿真引擎建立等内容。水利专业模型主要有水文模型、水资源模型、水生态环境模型、水力学模型、泥沙动力学模型、水土保持模型、水利工程安全模型等。水利专业模型可按照具体的应用场景需求，结合流域实际，通过借鉴改进现有模型来建立。智能识别模型主要是利用人工智能方法从遥感、视频、音频等数据中自动识别水利对象特征，包括遥感识别、视频识别、语音识别等。可视化模型包括自然背景、流场动态、水利工程、水利机电设备等，通过对各类模型进行可视化构建，面向具体的业务应用真实展现物理流域中各种水利业务场景。模拟仿真引擎通过驱动水利专业模型116、运行，融合数据底板、可视化模型、实时感知信息和模型模拟结果等多源信息，利用虚拟现实（VR，Virtual Reality）、增强现实（AR，Augmented Reality）、混合现实（MR，Mixed Reality）和全息现实（HR，Holographic Reality）技术，对物理流域运行和水利治理管理活动进行模拟仿真、可视化呈现、动态渲染和虚实交互。 （3）建设知识平台知识平台由水利知识及其引擎组成。水利知识主要包括预报调度方案、业务规则、历史场景、专家经验等。水利知识引擎利用数据底板中的相关数据、模型平台的分析计算结果，实现水利知识表示、抽取、融合、推理和存储等功能，支撑水利治理117、管理活动的科学决策。2.4.3水利智能业务应用水利部关于开展数字孪生流域建设先行先试工作的通知要求，侧重在流域防洪、水资源管理与调配及其他业务应用“四预”进行重点突破。按照这一要求，智能业务应用中以建设具有“四预”功能的流域防洪、水资源管理与调配2项应用为主，并结合黄垒河流域实际，建设黄垒河地下水库工程运行管理应用和河长制监管应用。2.4.3.1 流域防洪调度为支撑流域防洪“四预”应用，加强流域洪水管理，服务于洪水预报调度、防灾减灾重点工作开展，需要依托数字孪生黄垒河平台，开发预报、调度专业模型，建立水流域防洪“四预”应用系统。在威海市山洪灾害监测预警平台等已建系统的基础上，扩展定制流域防洪数118、据底板，升级完善流域水文、水文水力学耦合预报模型，构建数字孪生黄垒河模型平台，建设数字孪生淮河知识平台，实现流域防洪“四预”功能，搭建防洪“四预”业务平台。预报方面，利用国内外降雨预报产品，建立洪水预报方案，延长预见期，提高预报精度，缩短预报作业时间；预警方面，准确识别防洪风险影响和薄弱环节判别、重要区域风险防控目标，建立洪水预警指标体系，提高洪水预警时效性、精细化和覆盖面；预演方面，实现洪水高效模拟计算和动态仿真等功能，支撑防洪调度方案优化制定；预案方面，集成各类防洪方案、调度规则和专家经验，依据洪水情势演变，以工程调度方案、非工程措施和组织实施方式为主要内容，实现防洪预案的制定、管理与发布119、等功能。防洪业务流程图如下图所示。图2.4-2 流域防洪业务流程图2.4.3.2 流域水资源管理与调配为支撑流域水资源调配“四预”应用，加强流域水资源监管，服务于水资源统一调度、统一管理重点工作开展，需要依托数字孪生黄垒河平台，开发水资源专业模型，建立水资源管理与调配“四预”应用系统。“四预”功能方面，利用水文气象预报信息，结合相关下垫面、水利工程等信息，对流域不同时间尺度和空间尺度降雨与径流作出预报。考虑流量、水位、取水、用水等要素监测信息，建立水资源预警指标体系，开发水资源预警信息制定与发布功能，将预警信息及时准确送达至相关部门和人员。建立水资源预演系统，对典型历史事件、设计、规划或未来预120、报场景下的蓄引提调工程调度和水资源供需平衡状况进行模拟仿真，优化制定水资源供需双侧调控方案。依据预演确定的方案，考虑水利工程最新工况、经济社会情况，确定水利工程运用次序、时机、规则，制定非工程措施，落实调度机构、权限及责任，明确信息报送流程及方式等，确保预案的可操作性。防洪业务流程图如下图所示。图2.4-3 水资源管理与调配业务流程图2.4.3.3 地下水库工程调度管理为支撑黄垒河地下水库工程调度管理和水系连通工程运行管理，充分发挥工程预期效益，需要依托数字孪生黄垒河平台，对黄垒河地下水库工程进行地表地下一体的三维可视化，建立地下水库工程运行管理支撑模型，开发地下水水库调度管理应用子系统。在黄121、垒河地下水库工程的智慧化管理运行方面，建立完善黄垒河地下水库工程的监测感知、通讯网络与工程自动化控制设施等信息基础设施，研究建立地下水库工程地表地下立体化展示技术，实现黄垒河地下水库工程的高保真数字映射，建设运行管理数字化场景。建立地下水库工程管理支撑模型，实现实体工程与孪生工程同步仿真运行，并制定地下水开采方案，以及拦河闸坝、地下水开采井、泵站等设施设备运行调度方案。图2.4-4 地下水库工程调度管理业务流程图2.4.3.4 河湖健康动态评价为支撑河湖健康动态评价应用，支撑威海市河湖长制实施，服务于河湖健康评价、河湖动态监管等重点工作开展，需要依托数字孪生黄垒河平台，开发智能识别、河湖健康动122、态评价模型等，建立河湖健康动态评价应用系统。整合集成数据底板的河湖岸线基础数据、河道管理、涉河建设项目、河道采砂等相关业务数据以及卫星遥感、视频监控等信息，构建河湖管理数字化场景。集成视频、移动设备、卫星遥感、监督巡查、社会举报等多种监测手段和遥感解译、图像识别、视频分析模型等智能技术，强化岸线变化、“四乱”问题动态监测，实现各种违法违规行为的主动发现；以河湖长制管理信息系统为基础，充分利用河长巡河APP，建设湖长制及河湖管理突出问题的巡查、详查、核查、复查功能，支撑河湖长制及河湖管理突出问题的发现上报、复核抽查、跟踪问责、问题销号等全过程闭环管理，实现天上看、网上管、地上查的全流程河湖动态监123、管。动态感知河库健康评价指标状态，开展河湖健康评价，掌握河湖健康状态，提出河湖健康治理的管控措施。图2.4-5 河湖健康评价业务流程图2.5 数据分析2.5.1 数据流程分析数据是智慧水利的“算据”。水利大数据建设利用流程包括数据源、数据采集、数据传输、数据治理、数据存储和数据服务等环节。数字孪生流域建设需要基础数据、监测数据、业务管理数据、跨行业共享数据、地理空间数据等5种数据源。基础数据包括流域、河流、湖泊、水利工程等水利对象的主要属性数据和空间数据。监测数据包括水文、水资源、水生态环境、水灾害、水利工程、水土保持等水利业务的监测数据。业务管理数据包括流域防洪、水资源管理与调配等“2+N”124、业务应用数据。跨行业共享数据包括需从其他行业部门共享的经济社会、土地利用、生态环境、气象、遥感等相关数据。地理空间数据主要包括数字正射影像图（DOM，Digital Orthophoto Map）、数字高程模型（DEM，Digital Elevation Model）/数字表面模型（DSM，Digital Surface Model）、倾斜摄影影像/激光点云、水下地形、建筑信息模型（BIM，Building Information Model）等数据。图2.5-1 数据流程图不同来源数据通过不同渠道进行采集。水利基础数据主要来自于水利一张图和第一次全国水利普查成果。监测数据主要通过水利监测（感125、知）网实时获取。业务管理数据可通过与现有业务应用系统的数据库建立常态化连接，按照需求进行实时读取传输。跨行业共享数据可通过连接各部门的政务网或互联网，建立数据共享与安全保护机制，按照有关规定和要求进行共享。前面提到的地理空间数据中，DOM、BIM、倾斜摄影影像、激光点云等数据一般没有现成可用的数据源，需要按照数字孪生流域建设的需要进行生产建设。不同类型数据在完成采集后，通过水利感知网、水利信息网、电子政务外网、互联网等传输汇集至数字孪生平台，需要经过数据治理，达到数据标准要求后，存储到数据仓库中，以进一步提供数据服务。数据治理主要对汇集后的多源数据进行统一、规范管理，依据水利数据标准，梳理数据126、对象间的逻辑关系，提升数据的规范性、一致性、可用性，避免数据冗余和冲突。包括数据模型管理、数据血缘关系建立、数据清洗融合、数据质量管理、数据开发管理、元数据管理等。从数据类型看，水利数据包括结构化数据、半结构化数据和非结构化数据。不同数据类型需要采用不同方式进行存储，便于数据高效的存储使用。结构化数据采用关系型数据库如SQL、Oracle、DB2和Sybase等数据库系统进行存储。非结构化数据如音频、视频、文本等数据，采用分布式文件系统如HDFS、GPFS、Ceph等。半结构化数据采用非关系型数据库存储，包括列存储数据库如Cassandra、HBas、Riak等，文档型数据库如CouchDB、127、MongoDb和SequoiaDB等，以及图形数据库如Neo4J、InfoGrid、InfiniteGraph等。2.5.2 数据量分析黄垒河流域数字孪生系统数据包括基础数据、监测数据、业务管理数据、跨行业共享数据和地理空间数据等5类数据。这5类数据的数据内容和数据体量如下表所示。表2.5-1 黄垒河流域数字孪生系统数据内容和体量序号数据类型数据内容数据体量1基础数据流域、河流（河段）、地表水库、地下水库、水闸、泵站、堤防（堤段）、橡胶坝、水文监测站、河湖管理范围、岸线、险工险段、取水口等水利对象属性信息GB级2监测数据水库、河道、地下水等水情数据（水位、流量、蓄量等），水文、气象等部门雨量站128、雨情数据（降水量），反映水利工程运行状态（出入库流量、水位距堤顶高差、闸上闸下水位、过闸流量等）、险情（出险时间、出险部位、险情等级）及防汛动态（工程调度情况、防守情况、转移人口、灾情等）等方面的工情信息，取用水信息，墒情，视频、图片、语音监控信息。TB级3业务管理供水、取水、用水、排水、取用水计划等水资源管理业务数据，设计洪水、历史洪水、洪水预报方案、洪水调度方案、防洪预案、气象预报预警、山洪预报预警等防洪业务信息，地下水取水总量和地下水水位控制指标、地下水取水许可、取水计划等地下水库管理业务数据，河湖长名单、河湖管理范围划界成果、河湖长制建设进展成效、“四乱”问题清单与整治成效等河湖长制业129、务数据TB级4跨行业共享数据流域内的到村级行政单元的人口、经济、企业等区域社会经济数据，气象预警预报等气象数据TB级5基础地理数据水系、道路、行政区划、居民点等要素的DLG数据、数字高程模型DEM、数字正射影像DOM、高分辨率遥感影像等L1级数据，黄垒河干流及河道两侧一定范围内区域的倾斜摄影影像、激光点云等L2级数据，花家疃水库、黄垒河地下水库等重要工程、设施和设备的BIM、倾斜摄影影像数据TB级第三章 项目建设内容项目依据数字孪生黄垒河先行先试实施方案等文件，建立完善黄垒河水利信息化基础设施，建设完善数据底板，建设数据中台，建立水利专业模型，建设智能识别模型，建立可视化模型，建设模拟仿真引擎130、，建设知识平台，开发流域防洪“四预”、水资源管理与调配“四预”、地下水库工程管理运行和河湖健康动态评价4个应用子系统；集成这些模型、模块和应用子系统，形成数字孪生黄垒河流域系统，解决黄垒河流域信息基础设施不完善、水利感知能力不足、数据信息资源整合利用水平不高、水利业务应用智能化水平低等问题，满足数字孪生黄垒河先行先试工作需要，有利于整体提升黄垒河流域智慧化管理水平，强力支撑威海市新阶段水利高质量发展，为全国中小河流数字孪生建设提供样板。项目建设成果、技术标准及数据维护标准应严格按照水利部关于印发数字孪生流域共建共享管理办法（试行）的通知（水信息2022146号）、水利部关于印发数字孪生流域建设131、技术大纲（试行）的通知（水信息2022147号）、水利部关于印发数字孪生水利工程建设技术导则（试行）的通知（水信息2022148号）、水利部关于印发水利业务“四预”基本技术要求（试行）的通知(水信息2022149号)等文件要求。3.1 建设完善水利信息化基础设施3.1.1 建设完善水利感知网围绕数字孪生流域和水利业务应用需求，合理新建雨情、水情、工情等传统水利监测站网和视频等新型水利监测站网，优化站点布局，扩大监测范围，完善监测要素，增加数据传输频次，推进自动在线监测，完善黄垒河水利感知网。据调研分析，需要新设6个水文在线监测站和56个视频在线监测点，与已有站点共同形成站点布局合理、采集要素齐132、全、传输稳定可靠的水利感知网。1. 建设传统水利监测站点为满足流域防洪、水资源管理调配和地下水库管理运行等业务应用需要，拟布设水文站2个、水位站1个、地下水监测井3个。表3.1-1 监测站点坐标与类型序号类型名称纬度经度监测要素1水文站北高村桥37.117322121.692028水位、流量2水文站段家大桥37.024554121.640780水位、流量 3水位站老清河河口37.023337121.678386水位 图3.1-1 拟建水文站和水位站布置图1）水文站。在北高村桥处布设1座水文站（位于老清河干流花家疃水库上游，图3.1-1），在线监测花家疃水库入库流量和河道水位过程；在段家大桥（桃133、威铁路、308国道跨黄垒河大桥下游约100m）布设水文站（图3.1-1王疃村处），在线监测黄垒河干流水位与流量过程。2）水位站。于老清河、小清河与黄垒河干流交汇处建立水位站（图3.1-1老清河河口处），监测河道水位变化。3）地下水监测井。为监测黄垒河三级地下水库地下水位变化，分析计算地表水地下水相互转化，为地下水库工程管理运行提供决策支持，需要在三级地下水库布设地下水监测井。综合考虑地表地下水交换规律、地下水库工程水文地质、占地情况、施工便利性等因素，通过实地踏勘分析，在西洋水村北、南七口村南和院后村东，新设3眼地下水监测井；与小观村南、西浪暖村北和东浪暖村东3眼已有地下水监测井配合，可分别对134、庙东地下水库区、小观地下水库区和东浪暖地下水库区的地下水水位变化情况进行实时持续监测。表3.1-2 黄垒河地下水库地下水监测井信息序号监测站名称监测站位置经度纬度备注1西洋水村北乳山市南黄镇西洋水村北121.826212436.97428969新建2南七口村南文登区小观镇南七口村南121.827896836.97673248新建3院后村东乳山市南黄镇院后村东121.858302436.96582932新建4小观村南文登区小观镇小观村南121.859699136.9660179已建5西浪暖村北乳山市南黄镇西浪暖村北121.84781636.9411532已建6东浪暖村东文登区小观镇东浪暖村东12135、1.864395636.9420332已建图3.1-2 黄垒河地下水库地下水监测井点位分布4）闸门开度仪。目前，花家疃水库3孔泄洪闸的闸门开度仪已失效，无法准确反映闸门开度大小，使闸门开度和泄洪量无法实现精准控制。为此，需要更换这3个闸门开度仪，以实时精准监控闸门开度大小。利用本次布设的闸门处摄像头的网络专线，将闸门开度仪输出的信号传输到管理中心后台进行处理。2. 建设新型水利监测站点 在新型水利监测站网建设方面，为满足流域防洪、河湖“四乱”监管等业务需要，拟在河道险工段、人员活动密集区域、关键工程、跨水路桥、河湖“四乱”问题突出区域布设视频监控摄像头。结合需求分析结果与实地调研情况，拟新建视136、频监测点56个，其中黄垒河干流巫山村至湾头橡胶坝之间布置40个，老清河、小清河等支流布置16个（如图3.1-3）。监控内容主要包括洪水情势、道路安全、工程安全、人员安全与河湖四乱等（详见表3.1-3），共同支撑流域防洪、水资源管理与调配、地下水库工程管理、河长制监管、河湖健康动态评价需要。图3.1-3 拟建新型水利监测站点布置图 表3.1-3 视频监控内容与形式序号名称经度纬度监控内容与形式1湾头橡胶坝121.7444 37.0023 洪水情势、工程安全2湾头橡胶坝上游121.7315 37.0050 洪水情势、工程安全、人员安全、河湖四乱3东疃村北121.7225 37.0121 洪水情势、137、人员安全、河湖四乱4孔万河口上游121.7107 37.0183 洪水情势、河湖四乱5南泥沟橡胶坝121.6928 37.0206 洪水情势、工程安全6山北头村西121.6897 37.0165 洪水情势、人员安全7泥沟桥121.6908 37.0227 洪水情势、道路安全、河湖四乱8老清河河口121.6784 37.0234 洪水情势、人员安全9冯家河桥121.6844 37.0344 道路安全、河湖四乱10北河崖村121.7070 37.1084 洪水情势、人员安全11北汉村北121.6833 37.0435 洪水情势12三义村北121.6859 37.0541 道路安全、河湖四乱13唐家138、店子村东121.6883 37.0744 道路安全、人员安全、河湖四乱14花家疃水库121.6910 37.0777 洪水情势、工程安全15徐家村南121.7070 37.1084 洪水情势16北高村桥121.6915 37.1172 洪水情势、道路安全17小清河北刘伶庄南121.6512 37.0439 洪水情势、河湖四乱18冯家村西121.6723 37.0347 人员安全、河湖四乱19南汉村南121.6659 37.0216 人员安全、道路安全20吕格庄桥121.6502 37.0284 道路安全、人员安全21王疃村东121.6451 37.0259 洪水情势22吕格庄南121.6417139、 37.0188 洪水情势23塂南头村121.6427 37.0069 洪水情势、道路安全24外庄村东121.6358 37.0116 道路安全、河湖四乱25山南头村南121.6326 37.0185 洪水情势26段家大桥下游121.6241 37.0207 洪水情势、工程安全27段家大桥121.6068 37.1158 洪水情势、道路安全28下初镇综治中心121.6216 37.0283 道路安全、河湖四乱29恒邦化工121.6186 37.0389 河湖四乱30史家疃大桥121.6107 37.0483 道路安全、河湖四乱31荣潍高速桥南121.6140 37.0559 洪水情势、道路安全140、32辛家疃121.6283 37.0662 道路安全、人员安全33辛家疃北121.6217 37.0716 洪水情势34垒冢前村南121.6097 37.0756 洪水情势、人员安全35垒冢前村桥121.6019 37.0791 道路安全、河湖四乱36山前庄村南121.5970 37.0742 道路安全、河湖四乱、人员安全37北葫芦头村东121.6095 37.0839 人员安全、河湖四乱38河南村南121.6121 37.0968 河湖四乱、人员安全39河南村桥121.6087 37.0803 洪水情势、道路安全40西庄村121.6096 37.1131 洪水情势、河湖四乱、人员安全、道路安141、全41西庄村南121.6160 37.1153 洪水情势、河湖四乱、人员安全42西庄村西121.6084 37.1109 洪水情势、河湖四乱、人员安全43巫山村东121.6025 37.1224 洪水情势44下初村东121.6228 37.0337 洪水情势、人员安全45下初村南121.6126 37.0266 洪水情势，河湖四乱46巫山村东2121.6068 37.1158 洪水情势，人员安全47西庄村北121.6104 37.1234 道路安全，人员安全48河南村北121.6142 37.1071 洪水情势49北葫芦头村北121.6082 37.0906 洪水情势、河湖四乱50荣潍高速桥北142、121.6229 37.0605 道路安全、河湖四乱51吕格庄东121.6565 37.0225 洪水情势、人员安全52唐家店子村南121.6814 37.0630 人员安全、河湖四乱53南高村121.6887 37.1102 洪水情势、人员安全54官庄村南121.7144 37.0260 人员安全、河湖四乱55南刘伶庄北121.6564 37.0400 人员安全、河湖四乱56巫山村东3121.6006 37.1260 洪水情势、人员安全、河湖四乱3. 整合利用现有水利感知网 目前，威海市智慧水利一期项目已对黄垒河流域已有的水文监测与视频监控感知设备和相关数据进行了梳理整合，接入了威海市智慧水143、利系统，建立了相应数据库和数据访问接口。数字孪生黄垒河系统也将接入威海市智慧水利系统。因此，可通过访问读取数据库方式，利用现有水利感知设备与数据。3.1.2 建设完善水利信息网依托威海市现有水利网络资源，充分利用威海市地方电子政务外网，通过租赁专线、光纤、网络VPN信等多种方式，完善黄垒河流域水利信息网，满足雨情、水情、工情、监视视频等各类信息在节点间的及时、高效地传输、交换，保障水利业务应用带宽需求。针对新建的56个视频监测站点，需要建设视频专网，连接这些站点，将视频信号高效传输至水务局、大数据中心有关部门。雨水工情站点、地下水监测井采用4G/5G网络组网，将在线监测数据传输至水务局等有关部144、门。3.2 建设数据底板全面搜集整合基础数据、监测数据、业务管理数据、跨行业共享数据。根据流域防洪、水资源管理与调配等业务对地理空间数据的需要，不同区域采用不同精度和类型的数据，构建三级地理空间数据。建立覆盖黄垒河流域的L1级地理空间数据，覆盖黄垒河干流及其主要支流河道、地下水库含水层等重点区域的L2级地理空间数据，覆盖地表水库、地下水库、拦河闸坝、泵站等重点水利工程、设施与设备的L3级地理空间数据。整合L1级数据。在水利部和山东省水利厅共享的相关数据基础上，对黄垒河流域的水利一张图矢量数据、优于2m高分卫星遥感影像、优于30m数字高程模型等数据进行整合，结合河流水系、水利工程、道路、居民点等145、基础数据，得到覆盖全流域L1级数据底板。建设L2级地理空间数据。L2级数据是在L1级基础上对重点区域进行精细建模。将黄垒河干流及河道两侧堤防及防洪保护区作为重点区域，从测绘、国土等部门共享或通过无人机摄影、倾斜摄影等方式，按照1:2000比例尺，获得全要素（包括水系、道路、行政区划、居民点等要素）DLG数据、数字高程模型DEM、数字正射影像DOM、高分辨率遥感影像、倾斜摄影影像、激光点云等数据。从水利部门共享或采用实地测量，获取黄垒河干流河道水下地形。需要对40.2km河道（黄垒河干流乳山市段、花家疃水库下游河流、库区周边范围），一般区域两侧各500m，重点区域（如洪水影响区）两侧各2km范围146、，共100.5 km2范围进行倾斜摄影，建设范围如图3.2-1所示。图3.2-1 L2级地理空间数据建设范围 建设L3级地理空间数据。通过无人机倾斜摄影、三维激光扫描、拍摄图片、水利工程设计图、建筑设施及机电设备的几何属性数据、水文地质数据等，获取重点工程、设施和设备的L3级数据。进而利用这些数据，对重点水利工程进行实体场景建模，生成重点工程、设施和设备的BIM模型。需要获取花家疃水库坝体与附属设施设备、黄垒河3座地下水库截渗墙、含水层与附属设施设备等L3级数据。3.3 建设数据引擎数据引擎建设内容包含数据存储、数据集成、数据治理和数据开发四个部分。通过数据引擎的建设，在智慧水利一期形成的数据147、资源基础上，进一步整合相关水利数据，通过多元化采集、主体化汇集构建全域化原始数据，基于“一数一源、一源多用”原则，汇集全域数据，开展存量和增量数据资源汇集和治理，建成水利数据资源平台。通过“治理融合”、“分析挖掘”，充分发挥数据价值，让数据支撑业务决策，支撑领导决策；通过“多样服务”形式，为技术人员、业务人员、管理人员提供行业场景化的数据服务。3.4 建立水利专业模型为服务实现数字孪生流域“四预”应用，项目拟建立防洪、水资源调配与管理、地下水库工程运行管理和河湖健康动态评价4类应用相关专业模型。其中，防洪相关专业模型由洪水预报、一二维水动力学和洪水控制工程防洪调度3种功能的模型组成；水资源调配148、与管理相关专业模型由来水预报、区域需水预测、地表-地下联合调控和流域多水源配置4种功能的模型组成；地下水库工程运行管理支撑模型由地表-地下补排过程模拟计算、地下水库蓄变量变化趋势分析、地下水可开采量分析、河道-地下水库供水联合调度模型和不同开采条件下地下水位变化趋势预测6种功能的模型组成；河湖健康动态评价相关模型由基于评价单元的基础数据分析、基于动态优选的河湖健康评价体系构建、面向河湖健康评价的非结构信息解译、面向河湖长监督管理的水体健康评价与分析4种功能的模型组成。上述专业模型研发与构建过程主要包括基础数据整理、物理过程机理揭示、边界条件与初始条件确定、模型构建与参数的率定与验证等过程。通过149、持续改进，在模型交付时，所有模型达到水文情报预报规范（GB/T22482）等相关标准规范规定的精度。在服务期内，随着平台系统的运行，当监测数据增加、边界条件改变、工程新建等情况发生，需第一时间（不超过30日）开展相关模型参数优化、结构调整等工作，使模型达到水文情报预报规范（GB/T22482）等相关标准规范规定的精度。3.4.1 防洪相关专业模型为实现入库、区间洪水全方位预报、河道-保护区洪水演进过程全过程模拟和流域防洪多过程控制，项目拟研发构建基于多模型组合的花家疃水库入库洪水和水库至东浪暖挡潮闸区间洪水预报模型共计7套，花家疃水库、巫山水位站下游至入海口河道与两侧保护洪水一二维演进过程模拟150、模型共计3套，洪水影响分析和避险转移方案制定模型3套，水库、橡胶坝等防洪工程调度模型共计6套，共同服务于流域防洪“四预”业务应用服务。1. 洪水预报模型开发水库入库洪水、区间洪水预报模型，解决流域洪水预报手段落后、精度低等问题，满足流域防洪需要，有利于提高黄垒河流域洪涝灾害防御能力。模型具体包括：花家疃水库入库洪水预报模型，花家疃水库、巫山站以下与东浪暖挡潮闸之间区间洪水预报模型，具体建设内容如下表所示。表3.4-1 洪水预报模型主要建设内容序号建设内容具体任务1基于新安江模型的花家疃水库洪水预报模型集水面积81km2,场次暴雨洪水数据分析与整理（30场以上洪水）、模型构建、参数率定、模型验证151、与服务期内模型维护。2基于API模型的花家疃水库洪水预报模型集水面积81km2,场次暴雨洪水分割（30场以上洪水）、模型构建、参数率定与服务期内模型维护。3基于新安江模型的巫山水位站以上洪水预报模型集水面积152km2,场次暴雨洪水推求（30场以上洪水）、模型构建、参数率定与服务期内模型维护。4基于API模型的巫山水位站以上洪水预报模型集水面积152km2,场次暴雨洪水推求（30场以上洪水）、模型构建、参数率定与服务期内模型维护。5基于新安江模型的区间洪水预报模型花家疃水库、巫山水位站以下与东浪暖挡潮闸之间394km2，解决无资料地区模型构建问题，模型构建、参数移植、模型验证服务期内模型维护。152、6基于API模型的区间洪水预报模型花家疃水库、巫山水位站以下与东浪暖挡潮闸之间394km2，解决无资料地区模型构建问题，模型构建、参数移植、模型验证服务期内模型维护。7多模型组合洪水预报洪水预报结果影响因素提取、数据融合的特征属性建立和多模型洪水预报数据融合算法构建。2. 一二维水动力学模型构建开发河道一维和保护区二维水动力学模型，解决河道内洪水和溃堤/漫堤洪水演进过程模拟问题，满足流域防洪需要，有利于提高黄垒河流域洪涝灾害防御能力。模型具体包括：花家疃水库、巫山水位站下游至东浪暖断面河段一维水动力模型，花家疃水库、巫山水位站下游至东浪暖河段两侧防洪保护区二维水动力学模型，模拟溃堤/漫堤洪水的153、一二维耦合模拟模型。主要建设内容如下表所示。表3.4-2 水动力学模型主要建设内容序号建设内容具体任务1河道一维水动力学模型边界条件确定（模型范围从花家疃水库、巫山水位站下游至东浪暖挡潮闸）、地形处理（每隔500米测量一个河道大断面，并整理为模型输入标准格式）、率定验证（采用历史典型场次洪水进行率定验证）和服务期内模型维护。2保护区二维水动力学模型模拟范围确定（花家疃水库、巫山水位站下游至东浪暖挡潮闸断面河道堤防两侧的保护区）、网格剖分、边界条件确定（根据溃堤或漫堤发生位置与类型，设置相应边界条件）、地形处理、率定验证和服务期内模型维护。3溃堤/漫堤洪水一二维耦合模拟模型耦合位置确定（根据工程154、现状和历史险情，确定溃堤/漫堤位置）、灵活溃口设置与模拟（通过灵活设置溃口，实现对河道任意位置处溃堤洪水过程模拟）、连接方式确定与设置（根据险情位置与类型设置一二维模型耦合形式与条件）、耦合模型建立和服务期内模型维护。3. 洪水控制工程防洪调度模型开发黄垒河流域花家疃水库、小观橡胶坝、庙东橡胶坝和东浪暖橡胶坝等洪水控制工程防洪调度模型，解决流域防洪调度问题，满足流域防洪需要，有利于提高黄垒河流域洪水管理水平。模型具体包括：花家疃水库防洪调度模型，小观橡胶坝、庙东橡胶坝和东浪暖橡胶坝调度模型，以及上述水库闸坝的联合调度模型。主要建设内容如下表所示。表3.4-3 防洪调度模型主要建设内容序号建设内155、容具体任务1花家疃水库防洪调度模型泄量控制调度规则建立、水位控制调度规则建立、防洪补偿调度规则建立、实时调度模型开发、人机交互功能开发和服务期内模型维护。2保护区分洪运用模型溃口灵活化设置功能开发、分洪过程控制规则设置、多溃口分洪规则联合优化模型建立与求解和服务期内模型维护。3小观橡胶坝防洪调度模型防洪调度规则建立与模型开发和服务期内模型维护。4庙东拦河闸橡胶坝防洪调度模型防洪调度规则建立与模型开发和服务期内模型维护。5东浪暖橡胶坝防洪调度模型防洪调度规则建立与模型开发和服务期内模型维护。6黄垒河流域水利工程群联合调控模型各工程防洪补偿性分析、联合优化调度模型建立（参数传递、目标函数、约束条件156、）、联合优化调控模型求解和服务期内模型维护。4洪水影响分析和避险转移开发洪水淹没损失分析计算模型、风险点与安置点选择模型和人员避险转移路线智能优选模型，解决流域洪水淹没灾情分析和避险转移难题，满足洪灾应急处置需要。需要建设的模型包括黄垒河干流两侧保护区洪水淹没损失分析计算模型、洪水淹没区风险点与安置点实时选定模型和人员避险转移路线智能优选模型，主要建设内容如下表所示。表3.4-4 洪水影响分析和避险转移模型主要建设内容序号建设内容具体任务1保护区洪水淹没损失分析计算模型淹没水深分级，淹没损失计算指标选取、淹没损失计算模型构建。2洪水淹没风险点与安置点实时选定模型淹没风险指标与等级划分、构建风险157、点识别模型、建立安置点识别方法。3人员避险转移路线智能优选模型洪涝路网路阻指标确定（时间长短、危险性、道路状况）、综合路阻权重计算方法构建、多重约束条件下多目标动态最优路径优化模型构建，优化模型求解3.4.2 水资源调配与管理相关专业模型为实现黄垒河流域地表水、地下水等多水源联合调配，并将黄垒河纳入威海市水资源统一调配中，切实发挥地下黄垒河地下水库兴利效益，项目拟构建黄垒河流域年月日多尺度降雨预报模型共计5套，威海市生产、生活、生态需水模型共计5套，黄垒河流域地表-地下水联合调控相关模型共计5套和将黄垒河流域、母猪河地下水库和威海市区纳入一体的流域多水源配置模型1套，共同服务于利于水资源调配与158、管理“四预”应用服务。1. 来水预报模型开发地表水库、地下水库、区间和河道关键断面的来水预报模型，解决流域来水预报问题，满足流域水资源管理与调配需要，有利于缓解黄垒河流域及威海市水资源短缺问题。模型具体包括：花家疃水库、巫山水位站、黄垒河区间（花家疃水库、巫山水位站下游至庙东地下水库）等断面的来水预报模型。模型须具备长、中、短多时间尺度来水预报能力，且适应缺资料或无资料地区的来水预报。来水预报模型主要建设内容如下表所示：表3.4-4 来水预报模型主要建设内容序号建设内容具体任务1基于人工神经网络的黄垒河流域月尺度降雨预报模型月降雨影响因子分析与筛选、模型输入、输出数据库建立、模型训练与构建和服159、务期内模型维护。2基于支持向量机的黄垒河流域月尺度降雨预报模型月降雨影响因子分析与筛选、模型输入、输出数据库建立、模型训练与构建和服务期内模型维护。3基于人工神经网络的黄垒河流域年尺度降雨预报模型年降雨影响因子分析与筛选、模型输入、输出数据库建立、模型训练与构建和服务期内模型维护。4基于支持向量机的黄垒河流域年尺度降雨预报模型年降雨影响因子分析与筛选、模型输入、输出数据库建立、模型训练与构建和服务期内模型维护。5多模型组合径流预报径流预报结果影响因素提取、建立数据融合的特征属性、构建多模型洪水预报数据融合算法和服务期内模型维护。6产流预报模型建立产流模型参数与下垫面特性之间的关系（适用于无资料160、地区产流模拟预报）、下垫面条件数据收集、模型参数设定（解决无资料地区产流模型构建问题）、模型建立与验证和服务期内模型维护。2. 区域需水预测模型开发威海市区与黄垒河流域内生产、生活、生态需水预测模型，解决威海市各用户需水预测问题，满足威海市水资源管理需要，有利于提高黄垒河流域与威海市区水资源管理水平。模型具体包括：威海市区城镇生活、第二和第三产业需水预测模型，黄垒河流域内生活和农业需水预测模型。在需水预测中，可根据实际需要将用水户按行业进行分类，主要包括生活、生产、生态，也可细分为城镇生活、农村生活、工业、第三产业及建筑业、农业、生态。本项目需水预测主要采用定额法进行计算。表3.4-5 区域需161、水预报模型主要建设内容序号建设内容具体任务1威海市生活需水预测模型近20年来威海市区人口增长率分析、未来人口变化预测模型建立、需水量预测模型建立和服务期内模型维护。2第一产业需水预测模型农业用水效率变化预测、农业灌溉面积预测、农业需水量预测模型建立和服务期内模型维护。3第二产业需水预测模型近20年来威海市各区工业产值增长率分析、工业万元增加值用水量指标阈值确定、工业需水量预测模型建立和服务期内模型维护。4第三产业需水预测模型近20年来威海市第三产业增加值综合增长率分析、第三产业万元增加值用水量指标阈值确定、第三产业需水量预测模型建立和服务期内模型维护。5生态需水预测模型威海市区绿化面积变化规律162、分析、威海市区绿化面积预测模型建立、威海市区生态用水预测模型建立和服务期内模型维护。3. 地表-地下水联合调控模型开发黄垒河流域地表-地下水联合调控模型，解决流域地表-地下水综合管理问题，满足地下水库运行管理与水资源开发利用需要，有利于提高黄垒河流域水资源综合管理水平。模型具体包括：花家疃水库调度模型、地表地下水相互作用模拟模型黄垒河地下水库地下水模型和黄垒河流域地表-地下水联合调控模型。黄垒河流域地表地下水利工程系统涉及地表水库、地下水库、地下水回补与开采工程等多种类型的水利工程，各个工程间水力联系复杂。对于水力联系复杂、水流运动差异明显的地表-地下水库调控系统，需要建立兼具计算效率与模拟精163、度的地表地下水系统联合模拟模型。表3.4-6 地表-地下水库联合调控模型建设内容序号建设内容具体任务1花家疃水库调度模型面向地表-地下水库联合调控的水库调度规则确定（汛期调度规则、非汛期调度规则），水库调度模型建立和服务期内模型维护。2地下水库地下水模型小观地下水库地下水模型（总库容1114万m3，水文、地质数据整理分析，模型构建与参数率定）；庙东地下水库地下水模型（总库容1945万m3，水文、地质数据整理分析，模型构建与参数率定）；东浪暖地下水库地下水模型（总库容1156万m3，水文、地质数据整理分析，模型构建与参数率定）。以及服务期内上述模型的维护。3地表水地下水相互作用模拟模型地下水回补164、与开采下的地表水地下水相互作用特征分析、兼具计算效率与模拟精度的建模策略和相互作用模拟模型构建 4地表-地下水库联合调控模型各模型耦合计算方法确定（水库泄流、区间来水、河道补给、降雨入渗、地下水回补、地下水开采、地下水水位变化等多过程耦合）、优化目标确定（最小化弃水）、约束条件确定（地表水库水位、河道关键断面安全泄量、水量平衡）、模型求解与结果优选方法和服务期内模型维护。4. 流域多水源配置模型开发以米山水库-黄垒河地下水库-母猪河地下水库连通工程为骨干的多水源配置模型，解决多水源高效配置利用问题，满足黄垒河流域与威海市水资源管理与调配需要，缓解威海市水资源短缺形势。多水源配置模型须具备地表水165、地下水、雨洪水和外调水等水源统一配置能力。模型具有模拟和优化功能，主要包括水量优化分配和工程优化调度模块。表3.4-7 流域多水源配置模型建设内容序号建设内容具体任务1流域多水源配置模型威海市水资源系统概化、地表水库节点确定与建模、地下水库节点确定与建模、供水河段确定与建模、供水水厂确定与建模、需水节点确定与建模、水源顺序划分、用户用水顺序划分、运行规则确定、目标函数确定、约束条件确定、模型求解方法建立、方案优选方法，以及服务期内上述模型的维护。3.4.3 地下水库工程运行管理支撑模型目前，黄垒河地下水地下水库工程运行管理尚无系统化的数学模型支撑。为此，需要建设地表-地下补排过程模拟计算模型166、地下水库蓄变量变化趋势分析模型、地下水可开采量模型、地下水流场变化模拟模型和不同开采条件下地下水位变化趋势预测模型等5个模型。1. 地表-地下补排过程模拟计算模型开发黄垒河地下水库地表-地下补排过程模拟计算模型，满足地下水库补排强度模拟计算需要。模型能利用较少的水文观测资料准确判断黄垒河流域地表-地下水的补排关系，快速计算不同河段地表水与地下水间的水力梯度与补排过程，实现设定情景或实时条件下的地表地下补排关系和补排强度的计算2. 地下水库蓄变量变化趋势分析模型开发黄垒河地下水库蓄变量变化趋势分析模型，潜水含水层地下水埋深控制标准制定模块、水库剖面特征水位和特征库容计算模块。通过调用水利感知网167、的库区地下水位实时监测信息，准确计算不同时刻的地下水库库容，实现不同时段不同时段地下水库蓄变量的定量计算，并进行趋势分析。3. 地下水可开采量模型开发黄垒河地水库地下水可开采量模型，为地下水库水资源开发利用提供支撑。模型包括地下水库补给量和排泄量计算模块、地下水库库区地下水可开采量计算模块。补排量计算模块可计算不同时期库区地下水补给量及排泄量；库区地下水可开采量计算模块能计算任意时段内含水层中地下水体积变化量和不同频率下的地下水可开采量。4. 地下水流场变化模拟模型 在地下水库含水层的三维地质模型的基础上，构建地下水流场变化模拟模型，满足黄垒河地下水库地下水流场变化过程模拟需要。模型具备地下水168、流场模拟模块和地下水流场三维展示两个功能模块，模拟模块可根据河道水位、地下水库地下水水位、降雨量、地下水开采量等监测信息，计算地下水库含水层全域、河床周边及地下水开采井附近的地下水流场，包括水位、流向、流速等要素；展示模块可将模拟结果与地下水库工程数字化场景结合进行三维展示及标记关键控制断面数据，为地下水库工程运行管理的重要依据。5河道-地下水库供水联合调度模型开发黄垒河道-地下水库联合调度模型，为黄垒河流域向流域外供水方案与调度规则制定提供工具。该模型包括流域时段供水量动态确定模块、供水规则制定模块。供水量动态确定模块可根据米山水库用水需求与母猪河地下水库蓄水状态，实时确定黄垒河流域供水量；169、供水规则制定模块能通过读取黄垒河地下水库蓄水量与小观橡胶坝、庙东拦河闸和东浪暖挡潮闸前水位等数据，制定小观泵站与东浪暖泵站供水策略，包括各泵站的河道供水量和地下水库供水量。6. 不同开采条件下地下水位变化趋势预测模型在地下水库含水层的三维地质模型及地下水流场变化模拟模型的基础上，模型能够通过读取特定时段降雨量、地下水水位、蒸发量等数据，并人工设置地下水开采方案，预测不同开采方案下地下水库蓄变量和地下水位变化趋势，为地下水高效开发利用提供科学指导。3.4.4 河湖健康动态评价模型该项目根据河湖健康评价指南（试行）等文件，开发流域内黄垒河河道和花家疃水库2个水体的河湖健康动态评价业务，解决河湖长制170、监督管理运行中水体健康动态评价业务不足的问题，满足黄垒河流域内河湖长制工作需要，助力黄垒河流域河湖长制监督工作开展。黄垒河河湖健康动态评价工作包括以下具体内容：1. 基于评价单元的基础数据分析作为进行河湖健康评价的依据文件，河湖健康评价指南（试行）规定了水体在进行河湖健康评价时需要将水体划分为评价单元。即河流分为河段，湖泊分为湖区。在划分黄垒河评价单元时，需要根据河流水文特征、河床及河滨带形态、水质状况、水生生物特征以及流域经济社会发展特征的相同性和差异性，同时以河长管辖作为依据，沿河流纵向将河流分为评价河段。在进行湖泊（库区）评价单元时，需要根据其水文、水动力学特征、水质、生物分区特征，以及171、湖泊水功能区区划特征分区，同时考虑湖长管辖作为依据，进行划分。2. 基于动态优选的河湖健康评价体系构建在河湖健康评价指南（试行）中，河流健康评价指标规定了19项，包括7项必选指标和12项备选指标；湖泊健康评价指标规定了20项，包括10项必选指标和10项备选指标。在进行黄垒河数字孪生平台建设中，需要根据黄垒河和花家疃水库不同功能需求变化动态选取能表征水体健康内涵的评价指标，利用层次分析法和专家经验法，设置不同评价指标的评价权重。3. 面向河湖健康评价的非结构信息解译模型建立在进行河湖健康评价中，需要感知监测数据、监控数据、舆情数据、业务管理数据和地理数据5类信息。在健康信息知识数据中，监测数据和172、业务管理数据通常为结构化数据，可以作为输入参数直接应用于评价模型。监控数据、舆情数据和地理数据为非结构化数据，因此需要开发模型进行解解译。4. 面向河湖长监督管理的水体健康评价与分析模型开发将感知的结构化数据和信息解译结果输入健康评价模型，进行水体健康评价。分别计算评价单元和水体的健康分值，根据河湖健康评价指南（试行）的评价分类表，明确各水体的健康状态。并分析影响水体健康状态的影响因素。根据水体长系列健康评价结果，结合河湖长制所辖评价单元和区域范围提出的水体问题清单和责任清单，为河湖长制监管工作提供支撑。3.5 建立智能识别模型需要建立的智能识别模型主要包括遥感识别模型、视频识别模型和语音识别173、模型3类，具体建设内容如下表所示。表3.5-1 需要建立的智能模型分类功能类型建设内容与范围遥感识别模型下垫面地表覆下垫面地表覆盖分类模型地表水体识别地表水体范围、面积、水体宽度和长度等视频识别模型堤岸崩塌检测对堤防险工险段的堤岸崩塌进行检测人员下水识别对河面上有人员进行识别 垃圾堆放识别对水域岸线的违规垃圾堆放进行识别。水域岸线违建识别对水域岸线中违规搭建的各类建筑物、建筑材料进行识别，并产生预警，判断是否存在违建现象。河道漂浮物检测对河道、湖泊、水库的水面漂浮物聚集区域视频画面进行监控，对漂浮物如垃圾、水葫芦等进行识别。采砂识别对挖掘机、推土机、施工车辆进行识别检测，一旦出现进行提醒上报。174、语音识别模型公众查询将实时通话录音转为文本，提取关键词进行文本分析和理解，并给予进一步查询引导举报投诉自动识别举报投诉，自动归类意见反馈 自动识别意见，提取关键信息3.6 建立可视化模型基于L2和L3数据，通过用三维建模工具，建设自然背景、流场动态、水利工程、水利机电设备等4类可视化模型，为在业务应用中真实展现物理流域中各种水利业务场景提供支撑。自然背景可视化模型对黄垒河流域内的河流、建筑、道路、居民点、植被等地物进行三维可视化模拟。流场动态主要包括地表水流、地下水流、降雨场、取水过程、抽水过程等。水利工程包括花家疃水库、黄垒河地下水库工程地下部分、黄垒河堤防等。水利机电设备包括闸门、水泵、启175、闭机等。表3.6-1 可视化模型建设内容分类建设内容与范围自然背景河道三维可视化模型 流场动态地表水流、地下水流、降雨场、取水过程、抽水过程水利工程花家疃水库、黄垒河地下水库工程地下部分（地下水库含水层、截渗墙、抽水井、观测井）等三维可视化模型水利机电设备泵站、水泵、闸门、启闭机等三维可视化模型3.7 建设模拟仿真引擎面向数字孪生流域建设中对三维可视化、三维渲染和演示特效的需求和专业模型、分析、计算、展示对三维空间分析的大量需求，采用游戏引擎和三维GIS相结合方式，建设数字孪生模拟仿真引擎。引擎应具备数字化业务场景配置、模型管理、模拟仿真、人机交互、空间分析表达、云渲染等功能，可为数字化业务场176、景搭建、模型管理应用、多种交互方式下的决策支持、三维空间分析应用和孪生特效高效逼真展示等提供基础。1. 开发场景配置功能。融合L1L3级地理空间数据和自然背景、流场动态、水利工程、水利机电设备等精细化的可视化模型，以虚拟现实（VR，Virtual Reality）、增强现实（AR，Augmented Reality）和混合现实（MR，Mixed Reality）等可视化技术，对物理流域进行数字化、可视化、高保真的映射呈现，形成业务场景的静态背景。构建业务展示内容自定义编排及自由组态的功能，解决业务设计工具和可视化开发工具链之间的断裂问题，实现水利场景可视化的快速配置，提升开发效率。2. 开发模177、型管理功能。基于微服务技术架构，构建模型注册发布业务流程，对模型算法进行注册发布，支持模型新增、调用、修改、删除、升级完善、使用权限的定义与配置，实现水利专业模型和智能模型的动态化管理。3. 开发模拟仿真功能。 融合水利工程、水利机电设备、地表地下水流的实时感知数据，实时更新孪生流域的运行状态，同步仿真、可视化展示物理流域的运行动态。驱动水利专业模型运行，模拟洪水产流-汇流-演进-调度过程、水资源供-用-耗-排过程、地下水补给-排泄-径流过程等物理过程和调度、配置、管理等水利治理活动，利用引擎的实时渲染、动态视觉特效功能，结合模拟生成数据，对流场动态、水利工程与设施设备运行（如闸门开闭、水库泄178、洪、水库供水等）进行渲染和可视化，模拟仿真物理流域运行过程和水利治理活动。引擎还应实现天气效果、日照变化、材质体现、光影效果、水波变化等基础模拟功能。4.实现人机交互。需要实现面板搭建、视频融合、数据驱动、仿真表达、决策体现等功能；能够通过图形用户界面和接口程序应用，进行点击和展示关键信息，包括数显表、曲线图、饼状图、柱状图等形式，以及视频融合、动画特效、热力值渲染等形式，从而对数据以及算法仿真结果进行表达展示。5.空间分析表达。实现基于GIS引擎分析的结果（如路径分析、叠加分析、淹没分析、缓冲区分析、空间统计、水面面积计算、断面分析等水利行业相关的分析计算等）在平台进行渲染以达到可视目的，为179、工程水量调度、工程维护、救援路径计算、数据分析、数据统计等提供辅助决策支撑。6.云渲染。数字模拟仿真引擎需要支持云渲染技术，在服务器的云端进行实时渲染，将渲染画面通过视频串流的方式实时传输到终端，供用户使用。用户在终端的操作同时也可实时反馈给云端，达到实时跨平台、跨浏览器的浏览和操作的一致体验。通过云渲染串流的方式，终端无需进行运算和渲染，所以对用户端硬件设备的要求很低。串流仅传输画面，不涉及到模型等数据的传输，所以云渲染的方式对数据的安全保护级别更高。3.8 建设知识平台数字孪生黄垒河流域建设的知识平台主要包括水利知识和水利知识引擎。3.8.1 水利知识库面向流域防洪和水资源管理与调配两项业180、务应用，建立以历史场景库、调度规则库、预报调度方案库、专家经验库等主要内容的水利知识。历史场景库用于描述历史事件发展过程及时空特征属性的相关事实。通过对数据表格或文本记录的历史场景数据进行典型时空属性及特征指标的抽取、融合、挖掘和结构化存储，支撑历史场景发生的关键过程及主要应对措施的复盘，对历史场景下的调度执行方案数字化和暴雨、洪水、径流等时空属性及特征指标等进行挖掘，为相似事件的精准决策提供知识化依据。预报调度方案库用于存储特定场景下的预报调度方案等相关知识。根据物理流域特点、水利工程设计参数、影响区域范围等，结合气象预报、水文预报、水文监测、工程安全监测等信息，基于对历史典型洪水预报、来需181、水预报、水利工程调度过程记录或以文本形式存储的预报调度预案进行知识抽取、融合等处理，形成特定场景下预报模型运行设置和水利工程调度方案等知识，支撑预报调度方案的智能决策。专家经验用于描述特定业务场景决策时的专家经验。通过文字、公式、图形图像等形式固化专家经验，进行抽取、融合、挖掘和结构化处理等，支撑专家经验的有效复用和持续积累。3.8.2 水利知识引擎建设具有知识获取、知识存储、知识融合和知识应用4项主要的功能的黄垒河水利知识引擎，为水利知识建立与应用提供支撑。知识获取利用水利机理模型方法和统计模型、监督学习、深度学习等人工智能方法，抽取形成调度规则、预报调度方案、历史场景库等水利知识。知识存储182、是将抽象化的水利知识，采用数据库、表格等结构化方式，或函数、知识图谱、文本等方式进行表达存储，为知识融合和应用提供基础。知识融合是对异构和碎片化知识进行语义集成的过程，通过发现碎片化以及异构知识之间的关联，获得更完整的知识描述和知识之间的关联关系，实现知识互补和融合。 知识应用则是利用形成专业知识，为流域防洪、水资源管理与调配、地下水库调度运行、河湖健康评价等业务应用提供以知识为核心的知识智能服务，提升应用系统的智能化服务能力。 表3.8-1 知识平台建设内容序号建设内容具体任务1防洪知识库构建黄垒河流域防洪预案库（花家疃水库、庙东拦河闸、小观橡胶坝、东浪暖挡潮闸联合调度预案，人员撤离与转移预183、案）、知识图谱库（包括不同类型洪水预报方案与发布方式制定、预警信息获取、整理与发布方法、调度方案的优选与非工程措施制定）、历史场景模式库（历史风险时间的全过程处理模式）、业务规则库和专家经验库。并迭代升级，提升预案制定的智慧化水平。2水资源管理与调配知识库构建黄垒河流域水资源管理与调配预案库（米山水库、花家疃水库、黄垒河地下水库工程、母猪河地下水水库工程调度方案，农业、工业、服务业和生态等不同用户供水量调整方案等在内的综合预案）、知识图谱库（包括水库来水、区间来水、地下水库降雨入渗量、河道补给量等不同对象和要素预报方案与发布方式制定、预警信息获取、整理与发布方法、调度方案的优选与非工程措施制定184、）、历史场景模式库（历史风险时间的全过程处理模式）、业务规则库和专家经验库。并迭代升级，提升预案制定的智慧化水平。3水利知识引擎知识获取（利用机器推理和机器学习将非结构化数据结构化为图谱里的知识）、知识建模（定义黄垒河防洪和水资源管理与调配的知识表示方法、建立防洪和水水资源管理知识图谱的念模型）、知识融合（识别防洪和水资源管理与调配中多源异构知识的关联，利用遥感数据、视频数据和语音数据识别结果补充已有水利知识）、知识推理（开发黄垒河防洪和水资源管理与调配知识计算和推理模型）、知识服务（提升应用系统的智能化服务能力，为常规业务应用和应急事件管理提供知识服务。）黄垒河流域水资源管理与调配预案动态知185、识图谱构建。利用专家经验、大数据分析和人工智能等方法，研发自主学习模块，从多场景抗旱减灾预案库，提取专业知识，动态构建“来水预测工程调度产业结构优化”全过程的水资源管理与调配知识图谱，并迭代升级，提升预案制定的智慧化水平。3.9 开发流域防洪应用子系统开发流域防洪应用子系统，满足流域防洪预报、预警、预演与预案需要，有利于提高黄垒河流域洪水管理水平。具体包括：洪水预报功能建设、防洪预警功能建设、防洪预演功能构建和防洪预案功能建设四项内容。3.9.1 洪水预报功能建设洪水预报功能主要是利用黄垒河数字孪生平台提供的监测数据、历史数据和专业模型等对流域未来发生的洪水要素时空变化过程进行预测预报。主要包186、括：水雨情分析处理模块开发、洪水预报方案构建、作业预报模块开发、预报管理模块开发等建设内容。系统详细开发方案如图3.9-2所示。1. 水雨情分析处理模块开发水雨情分析处理模块主要具备3个功能：1）水雨情实况跟踪功能。连接实时水雨情数据库，基于L2级底板或GIS地图，查询展示流域过去1小时、3小时、6小时、12小时、24小时或自定义时段内雨量站实测降雨量、降雨等值面、降雨雷达等信息，实时跟踪降雨形势；查询展示过去1小时、3小时、6小时、12小时、24小时或自定义时段内的水位、流量过程，实时跟踪洪水形势；将实时数据与历史最大降水、历史最大流量、历史最高水位、警戒水位、汛限水位、保证水位等进行直观比187、较，分析展示当前水雨情形势。2）天气分析预报产品接入功能。接入国家、山东省、威海市等气象部门发布的天气预报产品（包括台风），并以图、表、文字等多种表现形式，综合展示流域未来降雨情势，提供临近（02h）与短时（212h）定量降雨预报结果，预报时段需要小于6h。3）暴雨简报自动生成发布功能。以文字、图片、表格等多种表现形式综合展示当前和未来的水雨情势，内容包括流域当前水雨情和未来降雨总体形势分析以及辖区、流域、水库等防汛关注对象的未来降雨量等。报告在审核后，按照有关规定发布给相关部门与人员。2. 洪水预报方案构建模块开发洪水预报方案是模型及其参数和某些预报参数配置的集合。方案构建就是在洪水预报系统188、中为预报对象定义一个新的预报方案。预报方案主要包括相关图预报方案（指API模型）和水文预报模型预报方案（新安江模型）2类，不同类型预报方案的构建过程也不相同。需要针对这两类预报方案，设计实现“方案构建”功能。能对水库入库洪水、河道洪水、区间洪水等预报对象的洪峰水位（流量）及峰现时间、洪量、流量（水位）过程等预报要素，制定预报方案，使预报精度达到乙级及以上水平。“方案构建”功能应能建立不同预报对象的预报拓扑图，配置预报模型及其参数和预报的输入和控制参数，为作业预报提供基础。3.作业预报模块开发作业预报应包含自动预报、人机交互等预报模式，同时具备未来降雨预报、参数率定、多模型融合、精度评定、多方案189、比较优选、预报结果图表展示、能考虑专家经验等功能。自动预报模式根据降雨自动启动相关预报对象的预报作业。预报人员能够事先设定用于自动预报的预报方案和参数，在日常作业中预报人员可以根据降雨情况及汛期的不同阶段重新设置预报参数，自动预报能够直接发布到预报成果表中，并区分来自自动预报作业还是人机交互式作业。人机交互式预报能够为预报人员提供便捷的预报资料选取功能，能够由人工选定预报对象、指定预报模型、调整模型参数、调整预报参数、优选预报成果、管理发布成果。未来降雨预报将未来降雨的预测结果应用到洪水预报中。提供未来降雨处理功能，能对未来降雨数值及其时程分配进行合理设置。4.预报管理模块开发预报管理模块实现190、预报成果发布、预报方案管理与预报成果管理功能。预报成果发布实现洪水预报成果报告自动生成，通过文字、图片、表格等多种表现形式，综合展示当前和未来的洪水情势。成果报告在经过有关部门审核签发后，可按照相关规定报送至相关部门和人员。预报方案管理实现创建预报方案、查询修改预报方案、导入导出预报方案、历史资料整理、水文模型参数率定、降雨径流相关图和单位线的率定等功能。预报成果管理实现对已保存的预报成果的查询、删除、入库操作，实现对同一预报对象不同预报方案或不同预报人员预报结果的对比，预报成果的精度评定且可以查询方案的各洪水场次的精度评定结果。表3.9-1 洪水预报功能建设内容序号建设内容具体任务1水雨情分191、析处理模块开发实现水雨情实况跟踪、天气分析预报产品接入和暴雨简报自动生成发布等主要功能，为掌握流域当前水雨情和未来降雨总体形势提供服务支撑2洪水预报方案构建模块开发制定花家疃水库入库洪水预报方案、巫山水位站以上洪水预报方案、区间洪水预报方案，预报精度达到乙级及以上水平；针对基于API模型和新安江模型预报方案，设计方案构建功能，实现预报拓扑图构建、预报模型及其参数配置、预报输入和控制参数设定等任务3作业预报模块开发设计实现自动预报、人机交互等预报模式，开发未来降雨预报、参数率定、多模型融合、精度评定、多方案比较优选、预报结果图表展示、能考虑专家经验等功能4预报管理模块开发实现预报成果发布、预报方192、案管理与预报成果管理功能3.9.2 防洪预警功能建设防洪预警功能主要是确立预警对象，制定预警指标及其等级阈值，根据预报结果精准定位险情发生位置与范围，及时把预警信息送达工作一线。主要包括：预警对象动态识别功能开发、预警指标与阈值确定、预警机制与预警信息发布平台建立等建设内容。1. 预警对象动态识别功能开发开发防洪系统薄弱环节智能识别模块，基于数字孪生平台提供的实时监测数据和智能识别模型，动态分析水库大坝、堤防、闸坝等水利工程安全状态；开发水利工程人工巡查接口，具备语音上报、短信上报、图像上报和视频上报等功能；开发威海市山洪灾害监测预警平台接口，即时获取降雨、流量等洪水要素监测数据和山洪预警信息193、。开发水库大坝、堤防工程险工段及其可能影响的风险区动态识别功能，根据自动监测信息和人工巡查信息，自动识别流域防洪薄弱环节，进而确定防洪预警对象，包括水库垮坝洪水、河道洪水、漫堤洪水等。2. 预警指标与预警阈值确定 针对强降雨、江河洪水、山洪灾害等预警任务，考虑水文站点、水库、河道等预警对象，从降雨量、水位、流量等预警要素中，选取具有较好报汛条件、预报能力的要素，建立洪水预警指标体系。考虑洪水量级以及可能造成的危害程度划分预警等级，如红色预警、橙色预警、黄色预警等，并确定预警要素不能预警等级的阈值范围。开发预警指标等级自动识别功能，将预警指标实时监测结果或预报结果与阈值进行对比分析，确定预警对象194、的预警等级。3. 预警信息发布平台建立根据洪水风险要素信息、险情发生位置与影响范围，设计洪水预警信息自动生成模块。开发可通过短信、网站、APP、微信等形式提供预警信息个性化订阅和主动推送等功能的警情发布平台。按照相关规定，及时将通过审核的预警信息，发送给水行政主管部门领导、水利业务管理人员、相关涉水部门和受影响人员。 表3.9-2 防洪预警功能建设内容序号建设内容具体任务1预警对象动态识别功能开发开发防洪系统薄弱环节智能识别模块、洪水影响对象识别模块和人工巡查接入，为工程安全状态评估和预警对象确定服务 2预警指标与阈值确定强降雨预警指标与等级阈值确定、江河洪水预警指标与等级阈值确定、山洪灾害预195、警指标与等级阈值确定3预警信息发布平台设计预警信息自动生成模块，建立警情信息发布平台，按照规定，及时发送预警信息3.9.3 防洪预演功能建设防洪预演功能主要是基于数字孪生流域，对历史已经发生洪水、设计洪水、预测报洪水等水情在各种给定的调度目标、调度方案、边界条件下的演进过程进行模拟仿真，前瞻预演工情、险情和灾情，制定和优化调度方案。包括预演场景配置模块开发、模拟仿真模块开发和方案优化制定模块开发等建设内容。1.预演场景配置模块开发开发预演场景配置模块，实现调度目标、预演节点、边界条件、调度方案等灵活设置。针对水库洪水、河道洪水、山洪灾害等风险事件类型，考虑标准内洪水和超标洪水两种类型，确定保护196、对象和调度目标，实现调度目标的分类量化确定。依据保护对象和调度目标，确定纳入预演场景的水文站及水库、堤防、闸坝等防洪工程，确定预演节点。边界条件设定包括水情与防洪工程控制运用指标的设定。其中水情包括历史典型洪水、设计洪水、预报洪水等，工程控制运用指标包括水库、河道、堤防、闸坝等防洪控制节点的水位、流量等量化指标。调度方案设定包含从防洪知识库中选择已有调度方案、专家经验重新生成调度方案和迭代优化生成调度方案三种模式，生成初步调度方案。2.模拟仿真模块开发模拟仿真模块根据预演场景配置，从数据底板中获取相关的气象水文资料、社会经济资料、防洪工程资料等；调用驱动数字孪生平台中相关的水利专业模型，实现可197、能发生的水情下的工情、险情、灾情的前瞻性预演，正向预演洪水风险形势和影响，通过逆向推演分析，及时发现问题，迭代优化调度方案；调用模拟仿真引擎和可视化模型，设计仿真可视化界面，实现预演全过程的可视化模拟，包括洪水演进、洪水淹没、水库调洪、堤防挡水、闸坝运用、分洪行洪等过程的展示，达到二三维全时空、轻量化渲染，实现数字孪生流域模拟过程与流域物理过程高保真。3.方案优化制定模块开发确定防洪效果、洪水影响、洪灾风险评估指标体系，开发洪水调度方案多指标比选与迭代调优功能，利用专家经验和迭代优化，实现多方案比较、优先和调优。在此基础上，考虑当前的雨情、水情、工情、险情等，确定最佳调度方案。针对确定的调度方198、案，充分考虑可能出现的最不利情况，提早制定风险防范措施，守住安全底线。表3.9-3 洪水预报功能建设内容序号建设内容具体任务1预演场景配置模块开发实现从调度目标、预演节点、边界条件、调度方案等方面灵活配置定义预演场景。针对入库洪水、山洪灾害、河道堤防漫堤/溃堤等水灾风险事件，分标准内和超标准洪水两种情况，确定保护对象和调度目标指标。依据调度目标和保护对象，智能选择或人工选择确定纳入预演场景的的水文站及水库、堤防、闸坝等防洪工程。边界条件设定包括水情设定与防洪工程控制运用指标设定。调度方案设定包含从防洪知识库中选择已有调度方案、专家经验重新生成调度方案和迭代优化生成调度方案三种模式。2模拟仿真模199、块开发开发预演数据调取接口，从数据底板调取预演相关资料；建设多情景模拟计算功能，调用相关的水利专业模型，对不同雨水工情下的“产流-汇流-演进-调度”全过程进行模拟计算，正向预演洪水风险形势和影响，逆向推演分析发现问题、迭代优化调度方案；设计仿真可视化界面，调用模拟仿真引擎与可视化模型，实现预演全过程的可视化模拟。3调度方案制定和优化模块开发确定调度方案评估指标体系，开发洪水调度方案多指标比选与迭代调优功能，利用专家经验和迭代优化，确定最佳调度方案。针对确定的调度方案，充分考虑可能出现的最不利情况，提早制定风险防范措施，守住安全底线。3.9.4 防洪预案功能建设防洪预案功能依据预演确定的方案，考200、虑水利工程最新工况、社会经济发展现状等信息，确定防洪工程运用、人员转移等非工程措施，定防洪预案并组织实施，制提高预案的科学性和可操作性。主要包括人员避险转移方案制定、防洪预案制定和防洪预案管理与发布模块开发等建设内容。1. 人员避险转移方案制定开发风险区和安置点智能识别模型，根据预报与预演结果，实时确定需要转移居民的地区和安置点；开发人员避险转移路线确定模型，根据道路淹没情况实时更新转移路线，为居民避险转移优选路径。2. 防洪预案制定预案制定主要包括三方面内容：依据预演确定的调度方案，从明确水库、河道、堤防、闸坝等防洪工程运用次序、时机、规则等方面，确定防洪工程调度运用方案；从值班值守、防汛物201、料设备配置、查险抢险人员配备、技术专家队伍建设和受影响人员避险转移方案等方面制定非工程措施；从落实执行机构、权限和职责、明确信息报送要求等方面明确预案的组织实施。3. 防洪预案管理与发布模块开发防洪预案管理实现创建预案、查询修改预案、导入导出预案、历史资料整理、防洪工程调度运用方案修正、人员避险转移方案修正等功能。防洪预案发布可依据防洪预案内容，参考现有防洪预案规范模板，设计防洪预防预案报告自动生成模块，审定后的预案可进行发布。 表3.9-4 防洪预案功能建设内容序号建设内容具体任务1人员避险转移方案制定开发风险区和安置点智能识别模型和人员避险转移路线确定模型，制定人员避险转移方案。根据人员定202、位和淹没实况，指挥人员转移。2防洪预案制定从防洪工程调度运用、非工程措施制定、组织实施三个方面，依据预演确定方案，制定防洪预案。3防洪预案管理与发布模块开发实现防洪预案创建、查询、修改、发布、工程调度运用方案与人员避险转移方案修正等功能3.10 开发水资源管理与调配应用子系统开发水资源管理与调配应用子系统，满足水资源管理预报、预警、预演与预案需要，有利于提高黄垒河流域与威海市区水资源管理水平。具体包括：水资源预报功能建设、水资源预警功能建设、水资源预演功能构建和水资源预案功能建设四项内容。3.10.1 水资源预报功能建设水资源预报功能主要是通过集成多个水利专业模型对流域未来的水资源要素时空变化203、过程进行预测预报。主要包括雨水工旱情分析处理模块、预报方案构建模块、作业预报模块和预报管理模块等开发内容。1. 雨水工旱情分析处理模块开发水雨情分析处理模块主要具备3个功能：1）雨水工情实况跟踪功能。连接实时雨水工情数据库，基于L2级底板或GIS地图，查询展示流域过去1天、1旬、1个月、3个月或自定义时段内雨量站实测降雨量、水库与河道的实测水位、径流、取水口或主要用水户实际取用水量；将实时数据与历史降雨、历史径流、历史取用水数据、最低水位、汛限水位、保证水位、计划用水量等特征指标进行直观比较，分析展示当前雨情、水情、工情和供用水形势。2）旱情分析功能。考虑降水、水库水位、河道水位、地下水水位、204、缺水量等水文气象要素，采用距平、水位变化率、干旱缺水率等指标，综合评估流域和区域当前旱情，以图表方式，展示旱情发展变化。3）雨水工旱情简报自动生成与发布功能。以文字、图片、表格等多种表现形式，综合展示当前的雨情、水情、工情和旱情。报告在审核后，按照有关规定发布给相关部门与人员。2. 来水预报方案构建模块开发来水预报方案是模型及其参数和某些预报参数配置的集合。方案构建就是在预报系统中为预报对象定义一个新的预报方案。预报方案主要包括长中短等时间尺度的降水预报方案和径流预报方案。需要针对这两类预报方案，设计实现方案构建功能，具体包括不同预报对象的预报拓扑图、确定预报模型及其参数、设定预报模型的输入和205、控制参数等内容。需要针对水库入库、控制断面、区间等预报对象的降水、径流过程等预报要素，利用已建立的不同时间尺度的降水、径流预报模型，制定相应预报方案。 3.作业预报模块开发作业预报应包含自动预报、人机交互等预报模式，同时具备参数率定、多模型融合、精度评定、多方案比较优选、预报结果图表展示、专家经验纳入等功能。在自动预报模式中，当系统收集得到下个时段所有降雨预报因子值后，立即按照设定的预报模型与预报参数，自动开始预报未来降雨和径流。人机交互式预报能够为预报人员提供便捷的预报资料选取功能，能够由人工选定预报对象、指定预报模型、调整模型参数、调整预报参数、优选预报成果、管理发布成果。4.预报管理模块206、开发预报管理模块实现预报成果发布、预报方案管理与预报成果管理功能。预报成果发布实现预报成果报告自动生成，通过文字、图片、表格等多种表现形式，综合展示当前和未来来水情况。成果报告在经过有关部门审核签发后，可按照相关规定报送至相关部门和人员。预报方案管理实现创建预报方案、查询修改预报方案、导入导出预报方案、历史资料整理、模型参数率定、预报因子调整等功能。预报成果管理实现对已保存的预报成果的查询、删除、入库操作，实现对同一预报对象不同预报方案或不同预报人员预报结果的对比，预报成果的精度评定且可以查询方案的各洪水场次的精度评定结果。表3.10-1 水资源预报功能建设内容序号建设内容具体任务1雨水工旱情207、分析处理模块开发实现雨水工情实况跟、旱情分析和雨水工旱情简报自动生成发布等主要功能，为把握流域当前雨情、水情、工情和旱情提供服务支撑2来水预报方案构建模块开发制定花家疃水库、巫山水位站以上区域和区间来水预报方案，为水资源调度提供有价值预报信息；针对长中短等时间尺度的降水预报方案和径流预报方案，设计实现预报方案构建功能，满足预报拓扑图构建、预报模型及其参数配置、预报输入和控制参数设定等需要3作业预报模块开发设计实现自动预报、人机交互等预报模式，开发参数率定、多模型融合、精度评定、多方案比较优选、预报结果图表展示、能考虑专家经验等功能4预报管理模块开发实现预报成果发布、预报方案管理与预报成果管理功208、能3.10.2 水资源预警功能建设水资源预警功能主要是确立预警对象，制定干旱缺水风险预警指标和阈值，根据预报结果精准定位险情发生位置与范围，及时把风险预警信息送达工作一线。主要包括预警对象调查识别、预警指标与阈值确定、预警信息发布功能开发等建设内容。1. 预警对象诊断识别基于孪生流域提供的雨情、水情、工情、需水等数据，开发水资源系统来水、蓄水、供水状态异常诊断模块，识别降水偏少、水库来水与蓄水不足、河道水位偏低、地下水水位偏低、供水减少等干旱缺水的风险源，确定干旱缺水影响对象、范围和程度。2. 预警指标与阈值确定针对地表水库、地下水库、河道、地下水开采井等工程，考虑降水、来水、蓄水、供水等要素209、，确定预警指标，如降水、水库入库、水库水位、河道水位、地下水埋深、工程可供水量等，并确定红色、橙色、黄色等不同警级所对应的指标阈值范围。3. 预警信息发布功能开发根据旱情现状和发展演变趋势、影响对象、范围和程度，设计预警信息自动生成模块。开发可通过短信、网站、APP、微信等形式提供预警信息个性化订阅和主动推送等功能的警情信息发布平台，按照相关规定，及时向水行政主管部门领导、水利业管理业务人员、相关涉水部门和受影响用户发送预警信息。表3.10-2 水资源预警建设内容序号建设内容具体任务1预警对象诊断识别开发水资源系统来水、蓄水、供水状态异常诊断模块，识别干旱缺水的风险源及其影响对象、范围和程度。210、2预警指标与阈值确定考虑降水、水库入库、水库水位、河道水位、地下水埋深、工程可供水量等要素，确定预警指标、预警等级和指标阈值范围。3预警信息发布平台设计预警信息自动生成模块，建立警情信息发布平台，按照规定，及时发送预警信息。3.10.3 水资源预演功能建设水资源预演功能主要是结合水雨情预报信息与水资源调度与配置运行信息，对历史典型枯水、设计枯水、预报来水等不同来水情景在不同调度方案下的“来水-配水-蓄水-供水”全过程、水资源供需和旱情发展变化情况进行预演。包括预演场景配置模块开发、模拟仿真模块开发和方案优化制定模块开发等建设内容。1. 预演场景配置模块开发开发预演场景配置模块，实现调度目标、预211、演节点、边界条件、调度方案等灵活设置。考虑来水丰枯，确定保护对象和调度目标，实现调度目标的分类量化确定。依据保护对象和调度目标，确定纳入预演场景的水文站及地表水库、地下水库、闸坝等供水工程，确定预演节点。边界条件设定包括水情与工程控制运用指标的设定。其中水情包括历史典型干旱、设计枯水年、预报来水等，工程控制运用指标包括地表水库、地下水库、闸坝等工程的水位、供水量、下泄水量等指标。调度方案设定包含从水资源调度知识库中选择已有调度方案、专家经验重新生成调度方案和迭代优化生成调度方案三种模式，生成初步调度方案。2.模拟仿真模块开发模拟仿真模块根据预演场景配置，从数据底板中获取相关的气象水文资料、社会212、经济资料、工程调度资料等；调用驱动数字孪生平台中相关的水利专业模型，对可能发生的水情下的工情、旱情、灾情的前瞻性预演，正向预演干旱缺水风险形势和影响，通过逆向推演分析，及时发现问题，迭代优化调度方案；调用模拟仿真引擎和可视化模型，设计仿真可视化界面，实现预演全过程的可视化模拟，包括降水偏少、径流偏枯、工程蓄水不足、河道水位偏低、地下水水位偏低、水源供水不足、农业、生态和城乡缺水等旱情发生发展过程的展示，达到二三维全时空、轻量化渲染，实现数字孪生流域模拟过程与流域物理过程高保真。3.方案优化制定模块开发确定调度效益、旱情、缺水影响评估指标体系，开发水资源调度方案多指标比选与迭代调优功能，利用专家213、经验和迭代优化，实现多方案比较、优先和调优。在此基础上，考虑当前的雨情、水情、工情、旱情等，确定最佳调度方案。针对确定的调度方案，充分考虑可能出现的最不利情况，提早制定防御措施，确保干旱应急调度超前、科学、合理。表3.10-3 水资源预演建设内容序号建设内容具体任务1预演场景配置模块开发实现从调度目标、预演节点、边界条件、调度方案等方面灵活配置定义预演场景。针对来水丰枯，开展蓄水调度或抗旱保供调度，确定调度目标指标。依据调度目标，智能选择或人工选择确定纳入预演场景的水文站及水库、堤防、闸坝等防洪工程。边界条件设定包括来水丰枯设定与工程控制运用指标设定。调度方案设定包含从水资源调度知识库中选择已214、有调度方案、专家经验重新生成调度方案和迭代优化生成调度方案三种模式。2模拟仿真模块开发开发预演数据调取接口，从数据底板调取预演相关资料；建设多情景模拟计算功能，调用相关的水利专业模型，对“来水-配水-蓄水-供水”全过程模拟计算，正向预演干旱缺水风险形势和影响，逆向推演分析发现问题、迭代优化调度方案；设计仿真可视化界面，调用模拟仿真引擎与可视化模型，实现预演全过程的可视化模拟。3调度方案制定和优化模块开发确定调度方案评估指标体系，开发水资源调度方案多指标比选与迭代调优功能，利用专家经验和迭代优化，确定最佳调度方案。针对确定的调度方案，充分考虑可能出现的最不利情况，提早制定防御措施，确保干旱应急调215、度超前、科学、合理。3.10.4 水资源预案功能建设结合流域水利工程运行情况、旱情发展演变趋势、社会经济发展现状等信息，评估流域旱情等级，制定抗旱预案，根据旱情等级确定应急抗旱措施，并组织实施。主要包括流域旱情等级评估模块开发、抗旱预案制定模块开发和抗旱预案管理与发布模块开发等建设内容。1. 流域旱情等级评估模块开发参照威海市防汛抗旱应急预案区域旱情等级（GB/T 321352015）等文件标准，结合流域实际，考虑气象、农业、水源、城乡供水等方面情况，建立黄垒河流域旱情等级评估指标体系和量化方法，确立级级干旱等级标准，建立流域干旱等级判别模型。从数据底板和相关数据库中，获取计算旱情等级评估指标216、的基础数据，实时滚动评估流域干旱等级。2. 抗旱预案制定参照国家防汛抗旱应急预案抗旱预案编制导则（SL 590-2013）威海市防汛抗旱应急预案等文件标准，对不同等级干旱，从工程调度运行和非工程措施等方面，制定抗旱应急响应措施。在工程调度运行方面，依据预演确定的调度方案，考虑水利工程最新工况、社会经济情况和旱情发展演变趋势，制定现有工程和急备用水源运用次序、时机、规则；从加大节水力度、合理限制用水、抗旱物资设备配置、技术专家队伍建设等方面制定非工程措施；从落实执行机构、权限和职责、明确信息报送要求等方面明确预案的组织实施。3. 抗旱预案管理与发布模块开发抗旱预案管理实现创建预案、查询修改预案、217、导入导出预案、历史资料整理、旱情等级评估指标体系与旱情等级标准修改、抗旱应急响应措施修改等功能。抗旱预案发布可依据现有抗旱预案规范模板，设计抗旱预案报告自动生成模块，审定后的预案可进行发布。 表3.10-4 水资源预案功能建设内容序号建设内容具体任务1流域旱情等级评估模块开发建立黄垒河流域旱情等级评估指标体系和量化方法，确立级级干旱等级标准，建立流域干旱等级判别模型，实时滚动评估流域干旱等级。2抗旱预案制定针对不同等级干旱，从工程调度运行和非工程措施等方面，确定抗旱应急响应措施，制定抗旱预案。3抗旱预案管理与发布模块开发实现预案创建、查询、修改、发布、旱情等级评估指标体系与旱情等级标准修改、抗218、旱应急响应措施修改等功能。3.11 开发黄垒河地下水库工程调度管理应用子系统黄垒河地下水库工程调度管理应用子系统主要完成以下功能。3.11.1 地下水库工程三维模型建设及可视化展示该模块主要构建黄垒河地下水库库区及工程构筑物的三维模型，同时实现地表-地下的立体化展示。1.地下水库含水层的三维地质动态展示功能建设收集地下水库含水层三维地质建模所需的基础数据，构建黄垒河地下水库含水层三维可视化基础数据库，并构建数据信息的维护与管理机制，实现地下水库含水层系统三维结构的动态更新和即时服务。利用数据库及地质建模软件平台，建立黄垒河地下水库含水层三维地质模型。2. 地下水库工程地下构筑物立体建模收集黄垒219、河地下水库工程建设资料，包括附属建筑物工程的位置、规模、结构、设计图等信息，据此构建庙东地下截渗墙、小观地下截渗墙和东浪暖地下截渗墙等地下构筑物的BIM模型；收集黄垒河地下水库库区的地下水开采井、观测井信息，具体包括位置、井深、水位、开采量等，构建地下水开采井与观测井三维可视化模型，立体展示地下水要素空间分布。3 地下水库工程地表-地下立体化展示开发地下水库工程地表地下立体化展示技术，利用三维建模引擎，将已构建的地下水库含水层三维地质模型、地下水库工程地下构筑物模型与三维可视化模型进行耦合集成，建立黄垒河地下水库工程三维可视化模型，实现黄垒河地下水库地表-地下三维可视化展示。3.11.2 地下220、水库工程运行管理数字化场景建设该模块主要构建黄垒河地下水库工程运行管理数字化场景，实现地下水库工程运行状态实时信息融合展示以及地下水库补排过程同步仿真。1. 地下水库运行状态要素的实时信息融合与展示在按需完善黄垒河地下水库水利感知网基础上，收集整理河道水位、橡胶坝等地表工程高度、地下水位、地下水开采量等的历史监测数据，建立地下水库运行状态要素数据库，并开发上述监测数据的实时读取、传输、存储模块，实现历史监测数据与实时监测数据融合，不断更新延长时间序列；构建统计分析模型，实现地下水库运行状态要素的数据查询与实时展示。2. 地表-地下补排过程同步仿真建立黄垒河地下水库地质模型，根据地表水库和河道水221、位实时监测数据和地表-地下水位动态特征，识别地表-地下水的补排关系；构建地表-地下补排过程模拟模型，进一步计算地表水与地下水的补排强度、转化位置等，实现设定情景或实时条件下的地表-地下补排关系及其时空分布的同步仿真。3. 地下水库蓄变量变化趋势分析根据黄垒河地下水库工程建设参数、库区水文地质特征及地下水生态环境保护需求，确定潜水含水层地下水埋深的控制标准；根据地下水库库区水文地质剖面地层分布数据及确定的剖面特征水位，计算水库的地下特征库容；通过调用水利感知网的库区地下水位实时监测信息，分析蓄变量变化趋，判别地下水水库埋深控制标准满足情况。3.11.3 地下水库工程综合管理该模块主要构建黄垒河地222、下水库工程管理模型，主要包括地下水可开采量模型、地下水流场变化模拟模型，并预测不同开采条件下地下水位变化趋势。1. 地下水可开采量动态确定功能建设收集黄垒河地下水库多年平均降雨量、降雨入渗补给系数、潜水蒸发量、地下水开采量等信息，计算库区地表水补给量及排泄量；考虑地下水水位控制指标，构建地下水库可开采量模型；在多年调节的情况下，计算以地下水采补平衡为目标的地下水最大埋深控制阈值和以生态保护为目标的地下水最小埋深控制阈值，进行地下水多年均衡计算，并得出不同频率下的地下水可开采量。2. 地下水流场变化模拟功能建设在地下水库含水层的三维地质模型的基础上，构建地下水流场变化模拟模型；利用地下水水位、降223、雨量、地下水开采量等监测信息，计算地下水库含水层全域、河床周边及地下水开采井附近的地下水流场，包括水位、流向、流速等要素，并通过地下水库工程数字化场景进行三维展示及关键控制断面数据标记，作为地下水库工程运行管理的重要依据。3. 河道-地下水库供水联合调度功能建设构建黄垒河三级地下水库与拦河闸坝的供水联合调度模型，开发黄垒河地下水库可供水量动态确定模型，根据米山水库用水需求与母猪河地下水库蓄水状态，确定黄垒河地下水库供水目标。开发联合供水规则优化模型，制定拦河闸坝、小观泵站与东浪暖泵站供水策略，包括河道供水量和地下水库开采量，为地下水库供水调度提供可靠工具。4. 不同开采条件下地下水位趋势预测功224、能建设利用地下水库含水层的三维地质模型及地下水流场变化模拟模型，综合考虑时段降雨量、地下水水位、蒸发量、河道供水量、地下水开采量等因素，设置地下水开采方案，预测不同开采方案下地下水库蓄变量及地下水位变化趋势，为地下水高效开发利用提供科学指导。表3.11-1 黄垒河地下水库工程调度管理应用子系统建设任务序号建设内容具体任务1地下水库工程三维模型建设及可视化展示构建黄垒河地下水库库区（1886km2）及工程构筑物（庙东地下拦蓄坝、小观地下拦蓄坝和东浪暖地下拦蓄坝）的三维模型，同时实现地表-地下的立体化展示。2地下水库工程运行管理数字化场景建设构建黄垒河地下水库工程运行管理数字化场景，实现地下水库工225、程运行状态实时信息融合展示、地下水库补排过程同步仿真，以及地下水库蓄变量变化趋势分析展示。3河道-地下水库供水联合调度模型构建河道-地下水库供水联合调度模型，主要包括供水量动态确定模型、联合供水策略优化模型，并预测不同需水和蓄水条件下的各级地下水库河道供水量与地下水库供水量。4地下水库工程管理模型构建构建黄垒河地下水库工程管理模型，主要包括地下水可开采量模型、地下水流场变化模拟模型，并预测不同开采条件下地下水位变化趋势。3.12 开发黄垒河流域河湖健康动态评价应用子系统本子系统主要是应用相关数据和模型完成黄垒河流域河湖健康动态评价功能。本子系统主要涉及数据底板、专业模型和可视化模型三部分内容。226、黄垒河河长制监控与动态评价子系统主要完成以下功能。（1）监管信息实时查询 在该模块下，可以查询黄垒河流域各水体信息感知的各项内容。信息查询的内容包括其他行业和部门的共享数据、监控设备的感知信息、水文设备采集的流量数据、水质监测设备的检测数据和已有的水体评价结果。通过信息查询可以实时获得各感知设备的现状信息，为河长制监管提供实时信息。（2）历史信息统计追踪根据信息知识设备的历史信息，可以分析影响水体健康状态的突发事件发生次数、时间和位置。并对突发事件进行动态追踪，为河长制监管提供溯源参考。（3）水体河湖健康评价根据其他行业和部门的共享数据、监控设备的感知信息和监控信息进行数据处理。对于非结构化数227、据进行模型解译，生成结构化数据。根据河湖健康指标，进行数据量化。通过调用河湖健康评价模块对全局或指定水体进行定量评价。根据评价单元的评价结果，进行分类动态可视化。（4）水体河湖健康分析根据历史河湖健康评价数据和河湖健康评价结果，调用河湖健康分析模块，动态生成全局或指定水体的“一河一策”和“一湖一策”。为河湖长制未来工作提供问题清单和责任清单。本项目建设内容如表3.12-1所示。表3.12-1 黄垒河流域河湖健康动态评价应用子系统建设内容序号建设内容具体任务1黄垒河流域河湖健康动态评价应用子系统监管信息实时查询，历史信息统计追踪，水体河湖健康评价，水体河湖健康分析;第四章 项目设计方案4.1 总228、体架构及技术路线4.1.1 总体架构基于智慧水利顶层设计总体框架，结合黄垒河流域实际，面向水行政主管部门领导、水利业务人员以及工程管理人员在流域防洪、水资源管理调配、黄垒河地下水库工程管理、河长制监管等方面的业务需求，提出了如下图所示，由水利信息化基础设施、数字孪生平台、业务应用、用户、网络安全体系、保障体系等组成总体框架。在水利信息基础设施层，一是完善水利感知网。扩大对物理流域的监测范围，完善监测要素类型和数据内容，为数字孪生流域提供基础算据，主要包括合理新建雨水工情等监测站点，完善传统水监测站网，利用卫星遥感、航空遥感、高清视频、无人机、无船等新型监测手段，完善新型水利监测网。二是完善水利229、信息网。扩大网络覆盖范围，提高网络带宽，实现各单位之间的全面互联，支持日常通信传输和应急通信服务保障，将数据传输至数字孪生平台数据底板；主要包括水利业务网和水利工控网。三是搭建水利云，以威海市电子政务云为依托，利用电子政务云提供的计算资源与存储资源，布设运营黄垒河数字孪生平台。图4.1-1 数字孪生黄垒河建设总体框架在数字孪生平台建设中，一是建立完善层级数据底板。整合水利基础数据、水利监测数据、水利业务管理数据，接入跨行业共享数据，建设3级地理空间数据，形成黄垒河流域多源数据资源池。按照统一的数据标准规范，基于科学的数据模型，以分层分类分级的方式，对多源数据进行汇集治理，提升数据的规范性、可用230、性，保证数据质量，为模型平台和知识平台提供数据支撑，并向各级部门和有关单位提供数据服务。二是建设模型平台。模型平台由水利专业模型、智能模型、可视化模型和数字仿真引擎组成，在数字空间对流域物理过程与水利治理管理活动进行智慧化模拟，为水利治理管理提供决策支撑。三是建设知识平台。面向业务应用需求，采用水利模型与人工智能相结合方式，建设水利知识引擎，生成以业务规则库、方案预案库、调度运行规则库、历史场景库、专家经验库等为主要内容的水利知识，利用水利知识支撑业务应用创新。在业务应用建设中，一是建设具有“四预”（预报、预警、预演和预案）的功能的流域防洪应用。依据防洪“四预”的基本技术要求，明确黄垒河防洪“231、四预”具体内容，利用模型平台和知识平台，实现“四预”功能，并在黄垒河汛期进行应用检验。二是建设具有“四预”功能的水资源管理与调配应用。研究探索水资源管理调配“四预”功能的主要内容与实现技术，建设黄垒河流域水资源管理台账，开展水资源动态评价，支撑地表地下水联合调配。三是建设黄垒河地下水库工程调度管理应用。融合黄垒河地下水库工程可视化模型、三维地质结构模型和数据底板，实现黄垒河地下水库工程数字映射，利用模型平台和知识平台，实现地下水库工程同步仿真、虚实交互和智能调度。四是建设黄垒河河湖健康动态评价应用。通过视频、无人机、移动设备、卫星遥感等新型监测设备，利用视频分析、图像识别、遥感解译等智能模型，232、实现岸线变化与“四乱”问题进行动态监测与主动发现。4.1.2 技术路线1. B/S结构B/S结构，即Browser/Server(浏览器/服务器)结构，随着Internet和Intranet技术的兴起，是目前业务系统主流的结构。在这种结构下，用户界面完全通过WWW浏览器实现，一部分事务逻辑在前端实现，但是主要事务逻辑在服务器端实现，形成所谓3-tier结构。B/S结构的应用系统具有安装部署、系统更新升级方便等优点。系统的应用部分采用B/S结构实现，用户通过浏览器即可使用本系统，系统升级维护后也无须在用户端进行额外的操作。平台系统同时采用最新的HTML5技术，为用户提供灵活、丰富的浏览器交互界面233、，最终形成一套适用的、标准的、开放的水利业务应用系统。2. SOA架构遵从SOA理念和相应的国家、国际先进标准，实现系统各项业务功能的系统服务封装，方便应用服务的跨平台部署和有效复用。在全方位系统分析相关数据与业务模型的基础上，基于SOA完成统一应用服务组织架构的再造。通过合理划分服务粒度，运用标准化的服务描述和商品化的中间件工具，设计和构造各项服务，通过细粒度服务向粗粒度服务的多重聚合，不断丰富系统的服务内容，持续扩展其服务载体和服务形式，做到按需动态构造服务和合理配置服务基础设施环境，逐步降低系统开发和构建的成本。SOA架构如下图所示：图4.1-2 SOA架构图3. J2EE平台Java 234、EE是开发、部署、运行和管理基于Java分布式应用的标准平台。Java EE以J2SE（Java2平台标准版）为基础，继承了标准版的优点，还提供了对EJB、Java Servlet、JSP等技术的全面支持。Java EE使用EJB Server作为商业组件的部署环境，在EJB Server中提供了分布式计算环境中组件需要的服务，例如组件生命周期的管理、数据库连接的管理、分布式事务的支持、组件的命名服务等。Java EE用于实现应用服务器有其优势，它可以利用Java语言自身具有的跨平台性、可移植性、对象特性、内存管理等方面的性能，为应用服务器的实现提供一个完整的底层框架。Java EE中定义的各235、种服务，包括JSP和Servlet容器、EJB容器、JDBC、JNDI（名字目录服务）、JTS/JTA（事务服务）、JMS（消息服务）等，也分别为应用服务器提供了各种支持。目前，基于Java EE的应用服务器主要有BEA WebLogic、IBM Web Sphere、Apache Tomcat、JBoss、TongWeb等。JavaEE技术架构如下图所示：图4.1-3 JavaEE技术架构图4. 微服务架构系统将基于领先的云架构思想，采用J2EE技术体系构建分布式微服务技术架构，既满足了系统的稳定性与系统的承载能力，同时具有较高的可扩展性，同时结合GIS数据技术增强整体架构支撑，支持对卫星影236、像数据、无人机正射影像数据、栅格化数据的处理与发布，同时满足对海量数据进行交换、存储和计算的实时性和扩展性要求。本项目的技术架构上采用开放的、标准的、成熟的分布式微服务技术架构，具有健壮性强、兼容性强、伸缩性强、扩展性强的特点。在结构设计上采用B/S分层结构设计，便于维护、更新升级。分布式开发和运行框架采用J2EE技术体系，基于SpringCloud构建分布式微服务架构体系，后端采用主流的SpringBoot框架，前段页面采用html5技术，使用ajax技术实现前后台的数据交互。提供从定制开发、编译打包、部署运行的全过程支撑，同时提供负载均衡、服务注册与发现、服务网关、服务安全控制、分布式配置237、中心等服务组件，为复杂的应用环境和数据环境提供支持。数据交换和配置采用XML技术，同时支持json数据格式等主流网络传输数据格式。结构化数据库支持各种主流数据库，包括Oracle、SQL、Sybase、MySQL等，同时支持非结构化数据库，如MongoDB、Redis、HBase等，用于存储日志数据、缓存数据等。5. WebGISWebGIS通过互联网对地理空间数据进行发布和应用，以实现空间数据的共享和互操作，如GIS信息的在线查询和业务处理等。WebGIS客户端采用Web浏览器，如IE，FireFox。WebGIS是利用Internet技术来扩展和完善GIS的一项新技术，其核心是在GIS中嵌238、入HTTP标准的应用体系，实现Internet环境下的空间信息管理和发布。WEBGIS可采用多主机、多数据库进行分布式部署，通过Internet/Intranet实现互联，是一种浏览器/服务器（B/S）结构，服务器端向客户端提供信息和服务，浏览器（客户端）具有获得各种空间信息和应用的功能。（1）空间数据的压缩与解压缩GIS中海量的空间数据会产生数据传输和存储问题，即使是宽带高速网，也不能使影像在万维网上以各种比例尺任意漫游，因此空间数据的压缩就显得尤为重要。此外，空间数据的管理和使用，如影像数据库的建立(影像无缝漫游)、网上数据分发、数据通信传播等都要求对空间数据进行压缩和解压缩。目前，由于小239、波理论能有效地应用于空间数据的压缩和解压缩，从而成为地理信息数据压缩领域的研究热点。（2）基于WAP技术的Web浏览由于无线互联网属于窄带网，网络环境并不十分稳定，但本身技术含量又特别高，因此，如何解决客户端的负荷是一个关键问题。最好的解决办法就是强化服务器端，同时研究具有可兼容、扩展和交互的、满足客户端要求的Web浏览技术。（3）分布式Web GIS数据库管理目前Web GIS数据访问技术有CGI、Web服务器专用APl、JDBC、Object Web 4种方法。Object Web是最新一代的动态网页技术，主要是Java/CORBA和Active X/DCOM 2种互相竞争的技术。Obje240、ct Web通过分布式对象技术，允许客户机直接调用服务器，开销小，避免了CGI形成的“瓶颈”。6. 流程整合和重组技术目前，受管理规范化、标准化水平较低等客观现实状况的制约，绝大多数业务系统的应用方式多停留在信息汇集与展示的水平，流程管理、业务整合工具的运用水平十分有限，系统应用的一体化水平亟待提高。因此，需要在逐项梳理业务流程、合理划分职能域、理清业务协同关系的基础上，采用产品工具将既有孤立、割裂的系统鸿沟逐步弥合起来，不断强化事件驱动、过程自动推送，逐步弱化人为触发和执行过程的随意性。在数据资源整合完成的基础上，基于Workflow工作流和BPM业务流程管理工具对业务进行梳理，强化水利管理241、在全域业务流程整合和协同关系的建立，提供信息系统运用的自适应、推演、预测能力。通过基础性工作的强化，力争使系统在资源、流程、界面三个层次的全方位一体化，提高系统业务、事务管理方面的智能化水平，规范化的实现系统与其他系统的协同与无缝对接。图4.1-4 工作流引擎流程配置图7. 基于组件的架构模型软件组件可定义为一个特定的软件、一个模块、一个包或者一个子系统，它实现一个特定的功能，有一个明确的边界，并且能够集成到一个设定好的构架中。它是对抽象设计的物理实现。组件来源于不同的途径：在定义一个非常模块化的构架时，需要确定、分离、设计、开发和测试成型的构件。这些组件会被分别测试，然后逐步集成以构成整个系242、统。 此外，这些组件中的一部分，尤其是那些对于各种各样的带有普遍性的问题提供通用解决方法的组件会被开发成重复使用的组件。这些可重复使用的组件（可能不止实用程序集合或类库），构成了一个组织内复用的基础，借助它们可全面提高软件生产率和质量。上述第一点利用了原有的模块性和封装的概念，使这些支撑面向对象技术的概念又向前迈进一步。后两点使软件开发从对软件编程（每次一行程序）转移到组装软件（通过组装组件）。基于组件的开发方法是设计良好的架构和系统重用的最基本方法。使用基于组件的开发方法会对软件重用带来一系列的好的影响：（1）实现软件层次间的清晰界定在使用基于组件的开发过程中，系统会变得更加有模块化。整个开243、发过程中，包括需求分析，设计和开发过程，所有相关成员都会向更加模块化的方向努力（基于组件化的开发使模块化更清晰，模块之间的耦合度降低）。通过组件间的清晰的接口定义，实现系统层次间的层次定义。（2）实现大规模复用的有效基础通过主要的组件和关键接口的描述，可以形成复用的依据，包括内部复用（确定公用的部分，内部购买）和外部复用（可以在系统中使用的在外部购买的组件）。基于组件的开发更容易帮助构成了一个组织内复用的基础，借助它们可全面提高软件生产率和质量。（3）复用组件的可替换性组件之间是以接口实现连接的，为了实现新建系统和其他系统的职责更加清晰。可以实现内部重用或者外部采购，而内部组件和外部组件实现统244、一的接口因此可以实现很容易的组件替换，对系统没有大的侵入性。8. 国产化支持（1）支持国产操作系统，如：深度Linux（deepin）、中标麒麟（NeoKylin）。（2）支持向国产数据库平滑升级如：瀚高数据库、金仓数据库，华为GaussDB；（3）支持国产云平台安装部署，如华为云、浪潮云等。9.其他技术要求项目建设成果、技术标准及数据维护标准应严格执行水利部关于印发数字孪生流域共建共享管理办法（试行）的通知（水信息2022146号）、水利部关于印发数字孪生流域建设技术大纲（试行）的通知（水信息2022147号）、水利部关于印发数字孪生水利工程建设技术导则（试行）的通知（水信息2022148号245、）、水利部关于印发水利业务“四预”基本技术要求（试行）的通知（水信息2022149号）等文件要求。本方案技术指标若与上述水利部文件的技术指标有冲突，要以有利于项目成果的原则，优先选择更高的技术指标。4.1.3 技术架构平台采用云计算的技术和理念进行设计，其技术架构如下图所示：图4.1-5 平台技术架构图平台基于BS（浏览器/服务器）模式架构,采用Java开发，通过微服务构架模式实现。在物理形态上采用前后端分离，前端应用通过 API 调用后端服务，需要网关具有认证、鉴权、缓存、服务编排、监控告警等功能。面向第三方系统开放 API：满足业务形态对外开放，与外部合作API 网关注重安全认证、权限分级246、流量管控、缓存等功能的建设。内部系统互联互通：通过API 网关进行统一的认证、鉴权、流量管控、超时熔断、监控告警管理，从而提高系统的稳定性、降低重复建设、运维管理等成本。应用层：实现黄垒河流域数字孪生各类业务应用和服务功能；接入层：涉及到负载均衡的高可用和稳定性；服务层：微服务的双方如何去注册和发现对方，以及如何进行通信以及部署上线的灰度发布；容器：容器集群的正常运转是业务正常运行的保证，这一层面同时涉及到代码库以及容器镜像的管理；政务云：部署采用云平台架构。4.2 系统拓扑图依托威海市电子政务外网，系统拓扑如下图所示：图4.2-1 数字孪生系统硬件布置与信息传输拓扑图 感知网：包含水位、流247、量、地下水等水利监测信息以及视频流的采集传输。地下水库管理中心：视频流存储在地下水库管理中心，通过VPN专线传输至水务局海康8700视频平台。水文中心：水利监测信息传输到水文中心进行存储及处理，处理后的水利监测信息接入部署在大数据中心的水务局智慧水利一期系统。水务局：地下水库管理中心推送到水务局海康8700视频平台的视频流，再由水务局推送到大数据中心视频智能平台。大数据中心：大数据中心包含平台所需应用服务器、数据库服务器、云计算服务器以及云渲染服务器等资源。平台将共享威海智慧水利一期平台水利监测、视频等信息。互联网：平台提供互联网访问。4.3 水利感知网4.3.1 传统水利监测站网传统水利感知248、信息主要包括雨水工情信息。通常是利用信息监测技术、通信技术、网络技术、计算机技术，建立由雨量站、水位站、流量站等组成的雨水工情遥测系统，实现对流域、河流、湖泊、水库、水电站和灌区的固定或移动站点的降水量、水位、流量等数据的自动实时采集、传输、处理和报送。 4.3.1.1系统功能与性能1.系统功能主要功能是：采集、存储水位、流量数据，以自报方式，按设定的规则自动向中心站上报遥测信息，同时具有定时应答功能，按中心站的指令修改参数，并可在响应中心站的召测后向中心站上报遥测数据。（1）自动采集：能按水文资料整编规范要求，采集水位、流量数据，能自动采集到水位和流量变化值，采样间隔可编程；（2）定时自报：249、按设置的定时时间间隔，向中心站发送当前水位、流量数据，同时包括测站站号、时间、电池电压、报文类型等参数；（3）自动加报：在规定的时段内水位变幅超过设定值时，且设定的定时发报时间未到时，自动加报，时段和设定值可编程设置；（4）应答查询：具有响应中心站查询指令的功能，按接收到的指令报送实时数据和批量数据；（5）现场固态存储：采集的水位现场带时标按水文资料整编规范要求存储；（水位存贮间隔为5分钟及5分钟的整倍数，最小间隔为5分钟）可编程，可提供现场查询、下载数据；（6）现场或远地编程（参数设置）：能在现场或远地对遥测终端设备进行各项参数设置或读取等编程操作；（7）自动对时：能接收中心站的指令校正RT250、U的时间；（8）自维护功能：具有定时工况报告、低电压报警、掉电保护以及自动复位等自维护功能；（9）工作环境：能在雷电、暴雨、停电的恶劣条件下正常工作。2.系统性能（1）系统具有实用性、先进性、开放性、安全性和经济性的特点。（2）数据准确度和精密度满足国家标准，自动监测数据在允许误差范围内。（3）系统采用的设备结构简单、性能可靠、维护方便，具有防误操作、防潮、防腐、防雷击等能力，系统可在无人值守的条件下长期工作。（4）系统具有良好的兼容性和可扩展性，充分考虑将来设备的扩充要求，相关设备保留相应的余量和接口。（5）软件界面设计简洁、美观、实用，功能全面且操作方便，适合监测技术人员使用。（6）系统工251、作稳定，确保遥测站在有人看管无人值守时正常工作。（7）可靠性指标监测站设备完好率应达到95%。监控中心及分中心设备完好率应达到98%。单站故障修复时间（MTTR）2h。（8）数据指标系统数据收集的月平均畅通率应达到98%以上，其中重要控制站的月平均畅通率应达到99%以上。数据处理作业的完成率应大于99.9%。数据存储的差错率不高于0.01%。系统通过网络传输数据的畅通率宜达到99%以上。数据准确率应达到98%以上。数据入库率应达到99.9%以上。4.3.1.2 系统组成与网络结构本次主要建设流量站、河道水位站和地下水监测井，实现流量、河道水位和地下水库水位的实时在线监测。1.流量监测站流量监测252、站主要由声学多普勒流速仪、水位计、数据终端机（RTU）、太阳能电池板、太阳能充电控制器、蓄电池、避雷装置等组成。数据终端机（RTU）根据设定的时间间隔自动控制多普勒流速仪采集流速、水位等监测数据，然后通过通信单元将数据传输到水文数据接收处理终端。监测站结构图如下所示：图4.3-1 流量站网络结构图2. 河道水位监测站水位监测站主要是由气泡水位计、数据终端机（RTU）、太阳能电池板、太阳能充电控制器、蓄电池、避雷装置等组成。数据终端机（RTU）根据设定的时间间隔自动控制水位等监测数据，然后通过通信模块将数据传输到水文数据接收处理终端。监测站结构图如下所示：图4.3-2 水位监测站网络结构图3.地253、下水位监测井地下水位监测井主要是由浮子水位计、数据终端机（RTU）、太阳能电池板、太阳能充电控制器、蓄电池、避雷装置等组成。数据终端机（RTU）根据设定的时间间隔自动控制水位等监测数据，然后通过通信模块将数据传输到水文数据接收处理终端。监测站结构图如下所示：图4.3-3 地下水监测站网络结构图4.3.1.3 流量站设计1. 测流原理固定多普勒流速仪（ADCP）法是流速面积法的一种流量量测方法。该方法利用多普勒效应原理进行流速测量。采用声波换能器作为传感器，换能器发射声脉冲波，声脉冲波通过水体中不均匀分布的泥沙颗粒、浮游生物等反散射体反散射，由换能器接收信号，测定出沿测线上若干点的多普勒频移值，254、从而测算测线范围内若干点流速，并计算测线平均流速。该方法需要通过现场率定获得测线平均流速与断面平均流速的相关系数。施测时根据实测的仪器测线平均流速，经率定的相关系数计算断面平均流速，通过断面测量的水位计算断面面积，利用断面平均流速与断面面积计算流量。固定多普勒流速仪（ADCP）法有水平或座底式安装法进行测流，须根据渠（河）宽、水深、河床形状、水流流速、通航以及渠（河）道淤积情况选用。2. 测量断面方法及布设原则使用ADCP超声波多普勒流速仪测流，在流速仪类型选择上，以断面宽度为基准，宽度大于（等于）30米的使用600K ADCP流速仪，宽度小于30米的使用2M ADCP流速仪。水位计优先考虑精255、度好、可靠性高的含水位计的ADCP，其次考虑使用浮子式或压力式水位计。3. 供电设计监测站采用太阳能供电方式，其主要由硅太阳能电池方阵、充电控制器、蓄电池组以及防反充二极管组成。为保证自动监测站设备能在雷电、暴雨、停电的恶劣条件下可靠、稳定、正常地工作，自动监测站终端及通信设备采用太阳能板浮充蓄电池直流供电方式。为防治蓄电池电压过电或欠压现象，配置相应的充电控制器进行钳位控制。太阳能板的功率、蓄电池的容量以及充电控制器，根据以下因素配置：（1）平均负载电流计算工作电压：12V设备耗电情况：自动流量监测站最大为5分钟采集一次数据，一天采集288次，每次工作时间约2min，平均工作电流0.2A，设256、备值守电流约2mA。则可计算出流量站每天消耗电量：Qe2401200.2/3600240.002=1.648AH。（2）蓄电池容量计算和太阳能电池组合的蓄电池的容量计算公式：C(安时)日平均耗电量最大连续无日照时间容量修正系数最大的连续无日照时间：标书要求在当地要求最大连续无日照时间30天能正常工作。容量修正系数：考虑蓄电池容量周期性的降落和它的老化，以及太阳能的充电效率等，通常选为0.7。流量监测站：C1.6530/0.770.14(AH)根据市场上蓄电池的实际情况，流量监测站选用100AH免维护蓄电池能满足要求。充电控制器的容量则根据以上计算结果确定。（3）太阳能电池计算由平均负载电流(I257、t)可以求出监测站设备的平均负载功耗(Pt)。考虑到监测站设备电源电压(Ec)是直流12伏，则：流量监测站：Pt(w)It(A)Ec(v)1.65(W)由于太阳能电池的输出(Ps)取决于当地的实际日照时数。因此，需进行尽可能长的日照时间的测量研究。按照当地区年日照量为2000小时计算，平均负载功耗乘以乘数(s)可以求出太阳能电池的输出，S可以从相关的表中查到，根据当地区的日照情况，其S值约为11.5左右，从而可得到自动监测站的太阳能电池输出的理论计算值为：流量监测站：Ps(w)P(t)11.518.95(W)考虑到太阳能电池的转换效率、电池板安装形式、安装位置、灰尘和树木等影响因素，以及太阳能258、电池板能给蓄电池提供一定容量的充电电流，因此，选择太阳能电池容量时要放大几倍，以保证蓄电池容量充足。流量监测站选择20W以上太阳能电池板，本项目选择100W太阳能。（4）防雷设计遥测站一般都在室外，这个特殊的工作环境决定了其容易遭受直击雷和应雷，损坏终端设备，破坏信息采集系统，因此，为了保证设备在野外能够正常稳定的工作，系统将充分考虑遥测站的防雷系统。遥测站及终端设备能满足建筑防雷击设计规范（GB50057-94）和电子设备雷击保护导则（GB1450）的规定和要求。传输通信系统的防雷设计主要针对自动监测站及数据接收处理平台的监测设备、通信信号线、传感器、电源等单元予以进行。防雷系统采用电源防雷259、总线防雷、传感器防雷三层防护体系：最外层是直接雷击区域，危险性最高，应在室外传感器或者遥测终端附近安装能保传感器和遥测终端的通用避雷针，并做出相应地网接地；同时，建造一组小于10欧的地网，使雷电及过电压快速对地泄放。在遥测系统的电源系统的防雷问题上，主要采取两条措施：采用有金属屏蔽层的电力电缆，埋地进出测房。金属屏蔽层两端就近接地。在电源上逐级加装电源防雷器，实现多级防护。信号线传输距离长，耐压水平低，极易感应雷电流而破坏设备，为了将雷电流从信号传输线传导入地，信号过电压保护器必须能快速响应，在设计信号传输线的保护是充分考虑信号的传输速率、信号电平、启动电压以及雷电通量等参数。室外的前端设备260、应有良好的接地，接地电阻小于10。按照GB50198-1994规定，传输部分的线路在城市郊区、乡村铺设施，尽量采用直埋铺设方式，此时，采用带屏蔽层的线缆或线缆穿钢管埋地铺设，保持钢管的电器连通。若电缆全层穿金属管有困难时，可在电缆进入终端和前端设备前传金属管埋地引入，但是埋地长度不得小于15米，在入户端将电缆金属外皮、钢管同接地装置相连。接地体埋设：用50cm50cm5cm角钢，2m长，竖直钻坑埋入地下成矩形分布，为改善接地电阻在每根角钢的坑内加入适量降阻剂，角钢顶部用50cm5cm的扁钢相联，扁钢的埋设深度不低于50cm。电源线采用三芯电缆，在电力母线的两端分别与地网连接。通信母线的电缆屏蔽261、层在两端也与地网连接。另外，还需要满足：当传感器信号线、太阳能板的引线过长时尽可能接地或在接地的金属管中穿过；安装相应的避雷装置，避雷器的洩流能力不小于10KA。（5）气泡水位计安装1）立杆选用110mm的镀锌钢管（材质：热镀钢管），总长度：3.5米，单杆（含配套支架）。2）杆体底座基础部分施工要求为（长*宽*深，mm）：1000*1000*1000，用混凝土浇筑，地上留出法兰盘位置。底座封包要求为（长*宽*深，mm）：600*600*200，表面平滑，美观。3）气泡水位计在安装传感器气管探头安装位置及存在方式尤为重要，关系到水位测量精度，探头安装位置应使其不能随水流和浪涌产生颤动,必须完全固262、定。4）气管要求有30mm的保护管保护（材质：热镀钢管），尽可能埋在地下，并使用混凝土浇筑，气线必须沿向下的坡度，保护管所有拐弯的部分弯曲度不能过于尖锐，应让气管有一个光滑的通道，用高密度混凝土块且有份量的、稳定的插入河岸的关键部位以固定气管，防止洪水威胁或塌陷，或将气管固定在已有的稳定建筑物上。5）气管出气口（气容处）一般安装于历史最低水位以下0.5米处。6）气管预埋沟道保证10公分深，气管用30mm保护管保护，水下部分用2至3米钢管保护并垂直伸至水面1.5到2米，能够达到死水位的尽量达到死水位。钢管上开2孔与气容用螺栓固定，水上部分用混凝土夯实保证气容不会因为水流或者打气来回摆动。气管保护263、管每6米有一个检修孔。（6）设备配置清单（详细参数指标见6.1）600K ADCP测流方案主要设备清单如下：表4.3-1 600K ADCP测流方案主要设备清单序号产品名称设备参数要求单位数量备注1多普勒流速仪频率600K台12流速仪及水位计安装支架项13气泡水位计台14高程引入项15遥测数据终端RTU(含4G通讯模块)RTU台1支持4G全网通模块6太阳能电池板100W块1含支架7充电控制器10A台18蓄电池100Ah台29二合一防雷器台110野外机箱300*550*600（mm)，不锈钢喷塑台2一个机箱为设备箱其尺寸为300*550*600（mm)，不锈钢喷塑；另一个机箱作为电池地埋箱，具体264、尺寸根据现场情况定制。11一体化立杆4米，140，主干热浸锌后喷塑，含避雷针套112一体化立杆基础800mm*800mm*1000mm套113线缆及辅材定制项114防雷地网角钢接地极，热镀锌角钢，L50*50*5*2500，接地电阻小于4欧姆处115通讯费4G通讯项160个月16球形摄像机低功耗台14.3.1.4 水位站气泡式水位计测量精度高，免气瓶，免测井，免维护，抗振动，寿命长，特别适用于流动水体、大中小河流等水深比较大的场合。气泡式水位计具有安装简单，操作、组网灵活，是遥测系统中的水位监测尤其是无井水位测量最理想的水位监测仪器。本次选用气泡式水位计。1. 工作原理水位计将空气通过空气过滤265、器过滤、净化后，气泵将空气经单向阀压入储气罐中，储气罐中的气体分两路分别向压力控制单元中的压力传感器和通入水下的通气管中输送，当气泵停止吹气时，单向阀闭合，水下通气管口被气体封住。从而形成了一个密闭的连接压力传感器和水下通气管口的空腔。根据压力传递原理可知，在通气管道内的气体达到动态平衡时，水下通气管口所承受的压力经过通气管传递到压力控制单元的压力传感器上，所以，水下通气管口的压力和压力控制单元的压力传感器所承受的压力相等，用此压力值减去大气压力值，即可得到水头的净压值，从而便可得出测量水位值。测量原理如下图所示：图4.3-5 气泡式水位工作原理2. 供电设计监测站采用太阳能供电方式，其主要由266、硅太阳能电池方阵、充电控制器、蓄电池组以及防反充二极管组成，如图所示：图4.3-6 供电结构示意图为保证自动监测站设备能在雷电、暴雨、停电的恶劣条件下可靠、稳定、正常地工作，自动监测站终端及通信设备采用太阳能板浮充蓄电池直流供电方式。为防治蓄电池电压过电或欠压现象， 配置相应的充电控制器进行钳位控制。太阳能板的功率、蓄电池的容量以及充电控制器，根据以下因素配置：（1）平均负载电流计算工作电压：12V设备耗电情况：自动水位站最大为5分钟采集一次数据，一天最多采集288次，每次工作时间约20秒，平均工作电流0.5A，设备值守电流约2mA。水位站每天消耗电量：Qe288200.5/3600240.0267、02=0.848AH。水位站平均工作电流 ItQe2435.33(mA)（2）太阳能电池计算由平均负载电流(It)可以求出监测站设备的平均负载功耗(Pt)。考虑到监测站设备电源电压(Ec)是直流12伏，则：水位站：Pt(w)It(A)Ec(v)0.424(W)由于太阳能电池的输出(Ps)取决于当地的实际日照时数。因此，需进行尽可能长的日照时间的测量研究。按照太湖地区年日照量为2000小时计算，平均负载功耗乘以乘数(s)可以求出太阳能电池的输出，S可以从相关的表中查到，根据江苏长江地区的日照情况，其S值约为11.5左右，从而可得到自动监测站的太阳能电池输出的理论计算值为：水位站：Ps(w)P(t268、)11.54.876(W)考虑到太阳能电池的转换效率、电池板安装形式、安装位置、灰尘和树木等影响因素，以及太阳能电池板能给蓄电池提供一定容量的充电电流，因此，选择太阳能电池容量时要放大几倍，以保证蓄电池容量充足。雨量站选择5W以上太阳能电池板，水位站选择20W以上太阳能电池板。（3）蓄电池容量计算和太阳能电池组合的蓄电池的容量计算公式：C(安时)日平均耗电量最大连续无日照时间容量修正系数最大的连续无日照时间：标书要求在太湖流域地区要求最大连续无日照时间45天能正常工作。容量修正系数：考虑蓄电池容量周期性的降落和它的老化，以及太阳能的充电效率等，通常选为0.7。水位站：C0.848450.754269、.51(AH)根据市场上蓄电池的实际情况，水位站选用65AH免维护蓄电池能满足要求。充电控制器的容量则根据以上计算结果确定。3. 防雷系统设计遥测站一般都在室外，这个特殊的工作环境决定了其容易遭受直击雷和应雷，损坏终端设备，破坏信息采集系统，因此，为了保证设备在野外能够正常稳定的工作，系统将充分考虑遥测站的防雷系统。遥测站及终端设备能满足建筑防雷击设计规范（GB50057-94）和电子设备雷击保护导则（ GB1450）的规定和要求。传输通信系统的防雷设计主要针对自动监测站及数据接收处理平台的监测设备、通信信号线、传感器、电源等单元予以进行。防雷系统采用电源防雷、总线防雷、传感器防雷三层防护体系270、：最外层是直接雷击区域，危险性最高，应在室外传感器或者遥测终端附近安装能保传感器和遥测终端的通用避雷针，并做出相应地网接地；同时，建造一组小于10欧的地网，使雷电及过电压快速对地泄放。在遥测系统的电源系统的防雷问题上，主要采取两条措施：采用有金属屏蔽层的电力电缆， 埋地进出测房。金属屏蔽层两端就近接地。在电源上逐级加装电源防雷器，实现多级防护。信号线传输距离长， 耐压水平低，极易感应雷电流而破坏设备，为了将雷电流从信号传输线传导入地， 信号过电压保护器必须能快速响应， 在设计信号传输线的保护是充分考虑信号的传输速率、信号电平、启动电压以及雷电通量等参数。室外的前端设备应有良好的接地，接地电阻小271、于10。按照GB50198-1994规定，传输部分的线路在城市郊区、乡村铺设施，尽量采用直埋铺设方式，此时， 采用带屏蔽层的线缆或线缆穿钢管埋地铺设， 保持钢管的电器连通。若电缆全层穿金属管有困难时， 可在电缆进入终端和前端设备前传金属管埋地引入，但是埋地长度不得小于15 米，在入户端将电缆金属外皮、钢管同接地装置相连。接地体埋设：用50cm50 cm5 cm角钢，2m长，竖直钻坑埋入地下成矩形分布，为改善接地电阻在每根角钢的坑内加入适量降阻剂， 角钢顶部用505的扁钢相联， 扁钢的埋设深度不低于50cm。电源线采用三芯电缆， 在电力母线的两端分别与地网连接。通信母线的电缆屏蔽层在两端也与地网272、连接。另外，还需要满足：当传感器信号线、太阳能板的引线过长时尽可能接地或在接地的金属管中穿过；安装相应的避雷装置，避雷器的洩流能力不小于10KA。4. 安装1）立杆选用110mm的镀锌钢管（材质：热镀钢管），总长度：3.5米，单杆（含配套支架）。2）杆体底座基础部分施工要求为（长*宽*深，mm）：1000*1000*1000，用混凝土浇筑，地上留出法兰盘位置。底座封包要求为（长*宽*深，mm）：600*600*200，表面平滑，美观。3）气泡水位计在安装传感器气管探头安装位置及存在方式尤为重要，关系到水位测量精度，探头安装位置应使其不能随水流和浪涌产生颤动,必须完全固定。4）气管要求有30mm273、的保护管保护（材质：热镀钢管），尽可能埋在地下，并使用混凝土浇筑，气线必须沿向下的坡度，保护管所有拐弯的部分弯曲度不能过于尖锐，应让气管有一个光滑的通道，用高密度混凝土块且有份量的、稳定的插入河岸的关键部位以固定气管，防止洪水威胁或塌陷，或将气管固定在已有的稳定建筑物上。5）气管出气口（气容处）一般安装于历史最低水位以下0.5米处。6）气管预埋沟道保证10公分深，气管用30mm保护管保护，水下部分用2至3米钢管保护并垂直伸至水面1.5到2米，能够达到死水位的尽量达到死水位。钢管上开2孔与气容用螺栓固定，水上部分用混凝土夯实保证气容不会因为水流或者打气来回摆动。气管保护管每6米有一个检修孔。图4274、.3-7 安装效果图5. 配置清单（详细参数指标见6.1）表4.3-2 配置清单序号产品名称单位数量备注1气泡水位计套12高程引入项13遥测数据终端RTU(含4G通讯模块)台14太阳能电池板块160W5充电控制器台110A6蓄电池台165Ah7二合一防雷器台18野外机箱台1300*550*600（mm)，不锈钢喷塑9一体化立杆套14米，140，主干热浸锌后喷塑，含避雷针10一体化立杆基础套1800mm*800mm*1000mm11线缆及辅材项1定制12防雷地网处1角钢接地极，热镀锌角钢，L50*50*5*2500，接地电阻小于4欧姆13通讯费年54G通讯14安装调试项14.3.1.5 地下水位275、监测井1. 工作原理仪器以浮子感测水位变化，工作状态下，浮子、平衡锤与悬索连接牢固，悬索悬挂在水位轮的V形槽中。平衡锤起拉紧悬索和平衡作用，调整浮子的配重可以使浮子工作于正常吃水线上。在水位不变的情况下，浮子与平衡锤两边的力是平衡的。当水位上升时，浮子产生向上浮力，使平衡锤拉动悬索带动水位轮作顺时针方向旋转，水位编码器的显示读数增加;水位下降时，则浮子下沉，并拉动悬索带动水位轮逆时针方向旋转，水位编码器的显示器读数减小。本仪器的水位轮测量圆周长为32厘米，且水位轮与编码器为同轴联，水位轮每转一圈，编码器也转一圈，输出对应的32组数字编码。当水位上升或下降，编码器的轴就旋转一定的角度，编码器同步276、输出一组对应的数字编码(二进制循环码，又称格雷码)。不同量程的仪器使用不同长度的悬索能够输出1024至4096组不同的编码，可以用于测量10至40米水位变幅。通过与仪器插座相联接的多芯电缆线可将编码信号传输给观察室内的电显示器或计算机，用作观测、记录或进行数据处理;安装有RS485数字通信接口(或4-20mA)的水位计，可以直接与通信机、计算机或相应仪表相联接，组成为水文自动测报系统。2. 供电设计监测站采用太阳能供电方式，其主要由硅太阳能电池方阵、充电控制器、蓄电池组以及防反充二极管组成，如图所示：图4.3-8 供电结构示意图为保证自动监测站设备能在雷电、暴雨、停电的恶劣条件下可靠、稳定、正277、常地工作，自动监测站终端及通信设备采用太阳能板浮充蓄电池直流供电方式。为防治蓄电池电压过电或欠压现象， 配置相应的充电控制器进行钳位控制。太阳能板的功率、蓄电池的容量以及充电控制器，根据以下因素配置：1）平均负载电流计算工作电压：12V设备耗电情况：自动水位站最大为5分钟采集一次数据，一天最多采集288次，每次工作时间约20秒，平均工作电流0.5A，设备值守电流约2mA。水位站每天消耗电量：Qe288200.5/3600240.002=0.848AH。水位站平均工作电流 ItQe2435.33(mA)2）太阳能电池计算由平均负载电流(It)可以求出监测站设备的平均负载功耗(Pt)。考虑到监测站278、设备电源电压(Ec)是直流12伏，则：水位站：Pt(w)It(A)Ec(v)0.424(W)由于太阳能电池的输出(Ps)取决于当地的实际日照时数。因此，需进行尽可能长的日照时间的测量研究。按照太湖地区年日照量为2000小时计算，平均负载功耗乘以乘数(s)可以求出太阳能电池的输出，S可以从相关的表中查到，根据江苏长江地区的日照情况，其S值约为11.5左右，从而可得到自动监测站的太阳能电池输出的理论计算值为：水位站：Ps(w)P(t)11.54.876(W)考虑到太阳能电池的转换效率、电池板安装形式、安装位置、灰尘和树木等影响因素，以及太阳能电池板能给蓄电池提供一定容量的充电电流，因此，选择太阳能279、电池容量时要放大几倍，以保证蓄电池容量充足。雨量站选择5W以上太阳能电池板，水位站选择20W以上太阳能电池板。3）蓄电池容量计算和太阳能电池组合的蓄电池的容量计算公式：C(安时)日平均耗电量最大连续无日照时间容量修正系数最大的连续无日照时间：标书要求在太湖流域地区要求最大连续无日照时间45天能正常工作。容量修正系数：考虑蓄电池容量周期性的降落和它的老化，以及太阳能的充电效率等，通常选为0.7。水位站：C0.848450.754.51(AH)根据市场上蓄电池的实际情况，水位站选用65AH免维护蓄电池能满足要求。充电控制器的容量则根据以上计算结果确定。3. 防雷系统设计遥测站一般都在室外，这个特殊280、的工作环境决定了其容易遭受直击雷和应雷，损坏终端设备，破坏信息采集系统，因此，为了保证设备在野外能够正常稳定的工作，系统将充分考虑遥测站的防雷系统。遥测站及终端设备能满足建筑防雷击设计规范（GB50057-94）和电子设备雷击保护导则（GB1450）的规定和要求。传输通信系统的防雷设计主要针对自动监测站及数据接收处理平台的监测设备、通信信号线、传感器、电源等单元予以进行。防雷系统采用电源防雷、总线防雷、传感器防雷三层防护体系：最外层是直接雷击区域，危险性最高，应在室外传感器或者遥测终端附近安装能保传感器和遥测终端的通用避雷针，并做出相应地网接地；同时，建造一组小于10欧的地网，使雷电及过电压快281、速对地泄放。在遥测系统的电源系统的防雷问题上，主要采取两条措施：采用有金属屏蔽层的电力电缆， 埋地进出测房。金属屏蔽层两端就近接地。在电源上逐级加装电源防雷器，实现多级防护。信号线传输距离长， 耐压水平低，极易感应雷电流而破坏设备，为了将雷电流从信号传输线传导入地， 信号过电压保护器必须能快速响应， 在设计信号传输线的保护是充分考虑信号的传输速率、信号电平、启动电压以及雷电通量等参数。室外的前端设备应有良好的接地，接地电阻小于10。按照GB50198-1994规定，传输部分的线路在城市郊区、乡村铺设施，尽量采用直埋铺设方式，此时采用带屏蔽层的线缆或线缆穿钢管埋地铺设， 保持钢管的电器连通。若电282、缆全层穿金属管有困难时，可在电缆进入终端和前端设备前传金属管埋地引入，但是埋地长度不得小于15米，在入户端将电缆金属外皮、钢管同接地装置相连。接地体埋设：用50cm50 cm5 cm角钢，2m长，竖直钻坑埋入地下成矩形分布，为改善接地电阻在每根角钢的坑内加入适量降阻剂，角钢顶部用50 cm5 cm的扁钢相联，扁钢的埋设深度不低于50cm。电源线采用三芯电缆， 在电力母线的两端分别与地网连接。通信母线的电缆屏蔽层在两端也与地网连接。另外，还需要满足：当传感器信号线、太阳能板的引线过长时尽可能接地或在接地的金属管中穿过；安装相应的避雷装置，避雷器的洩流能力不小于10KA。4. 典型配置（详细参数指283、标见6.1）自动监测水位站典型设备设施配置如下表所示。表4.3-3 自动监测水位站设备设施配置表序号分类单位数量备注1浮子水位计台12RTU(含无线通讯模块)台1支持4G全网通模块3太阳能电池板（40W）套14充电控制器个15蓄电池12V 65AH套16信号避雷器个17配套接插件套18室外采集终端专用机箱个1材质：304不锈钢尺寸：600*500*200(mm）9一体化立杆（3.5m）套110一体化立杆基础套111简易水位井套112通信费年54.3.1.6 闸门开度仪1. 基本原理闸门开度仪用于观测各种平板闸门开启高度的变化，并将这种变化通过机械编码（格雷码）的方式转换为开关数字量输出，可满足284、相关部门对闸位数据进行采集、传输、处理、记录和显示等的需要，并在其他相关信息（如上、下游水位值)的基础上，实现流量的自动监测以及对闸门的自动控制。2.系统组成与网络传输闸门开度监测由闸门开度仪、格雷码转485模块和网络传输组成。闸门开度仪输出码为格雷码（10-13bit）属于机械编码，需要通过格雷码转485模块，转换为开关数字量输出，以方便进行传输。闸门开度信号一般结合闸门信息网络进行传输。为保障安全，闸门开度控制需要通过工控网来实现。本次仅传输闸门开度信号。本次在花家疃水库布设了3个枪机及其VPN专线。计划利用枪机的VPN专线，将闸门开度信息传输至后台。3. 安装方式花家疃水库泄洪闸门为平板285、闸门，现有闸门开度仪采用的安装 方式是齿轮变速式，如下图所示。本次仍然采用齿轮变速式。图4.3-9 花家疃水库闸门开度仪4.主要技术参数用途：平板闸门；安装方式：联轴器、齿轮变速式、链轮变速式可选；现场机械计数显示,有断电记忆功能，无温漂、时漂；量程：040m；分辨率：1cm ；输出码：格雷码10-13bit；输出接口：内置RS485或4-20ma可选；全量程可调；限位开关功率：220V/3A4.3.2 新型水利监测站网本次建设的新型水利监测感知网主要指智能视频监控系统。系统面向流域防洪情势、河湖监管、水利工程调度运行等业务需求对视频监控和视频智能识别需求，充分依托政务网络、运营商网络资源，通286、过布设于现场的摄像采集前端和传输网络，汇聚监控视频，借助视频智能识别算法，对防洪情势、河湖“四乱”行为、水利工程调度运行状况进行识别，并将识别结果自动推送给相关业务应用和管理人员，为流域防洪、水资源管理与调配、河湖监管、地下水库工程管理运行等业务应用提供更加智能、全面、及时的支撑。4.3.2.1 系统结构 智能视频监控系统采用四层架构，由前端智能感知层、中间传输层、中心站管理层与智能分析识别层组成，以实现日常巡护、监测预警和辅助决策等功能。（1）前端智能感知层前端智能感知层作为整个河道智能监控系统的第一线，主要负责对河道重点区域水面及岸线等区域的现场视音频、报警信息进行采集、编码、存储及上传，287、并通过客户端平台预置的规则进行自动化联动。（2）中间传输层传输层系统承载于政府专网，用于前端与平台、平台之间的通信。前端系统的视音频、报警信息可上传至监控中心。通过网络安全隔离装置并经过身份认证后，在运营商的通讯网络，可方便快速点播查看视频流。（3）管理支撑层管理后台对前端所有设备进行管理，满足用户视频、环境信息查看、设备控制的需求，管理层通过API接口开放将所有算法结果及视频流等信息对接到上层应用平台。（4）智能识别层智能识别层主要利用视频智能解析算法，开展堤岸崩塌检测、人员下水识别、垃圾堆放识别、水域岸线违建识别、河道漂浮物检测、采砂识别等视频识别工作，并将识别结果自动推送给相关业务应用和288、管理人员。由视频智能解析算法仓库与算法调度引擎组成。4.3.2.2 前端智能感知前端智能感知层主要包括智能视频摄像头、供电系统、防雷接地系统、金属立杆及基础施工等组成。（详细参数指标见6.1）（1）视频摄像头选用要求考虑黄垒河自然河道沿岸蜿蜒曲折、断面复杂、季节性涨落、监控要素复杂、河湖“四乱”频繁特点，选用的摄像头技术参数如下： l 400万像素星光级 9寸红外网络高清高速智能球机l 具备人脸、人体抓拍并关联输出功能，支持手动人脸抓拍、多场景轮巡抓拍、远距离卡口抓拍模式；l 支持人脸人体车辆同时抓拍，人脸人体关联输出，并实现对人脸、人体、车辆结构化属性特征信息提取l 支持深度学习算法，提升S289、mart 功能和跟踪功能，并支持去误报和目标分类5.支持区域入侵侦测、越界侦测、移动侦测等智能侦测功能l 支持手动跟踪、全景跟踪、事件跟踪，并支持多场景巡航跟踪l 支持车牌捕获及检索、混行检测、多场景巡航检测、云存储服务功能l 支持自动雨刷：主动感应下雨，下雨主动启动雨刷l 人员布控：支持前端实时建模比对，对人脸和人体进行布控跟踪，跟踪过程中目标经纬度信息实时上传，构建时空域场景l 车辆布控：支持前端实时建模比对，对黑白名单车辆进行布控跟踪，跟踪过程中目标经纬度信息实时上传，构建时空域场景l 图像传感器:1/1.8l 最低照度:彩色：0.0005Lux(F1.2，l AGC ON)；黑白：0.290、0001Lux (F1.2， AGC ON)；0 Lux with IRl 分辨率及帧率:主码流l 50Hz:50fps(25601440) ;60Hz:60fps(25601440)l 视频压缩:H.265/H.264/MJPEGl 红外照射距离:250米l 焦距:3.05-224mm，73倍光学变倍l Smart图像增强:120dB超宽动态、光学透雾、强光抑制、电子防抖、SmartIRl 水平及垂直范围:水平360；垂直 -25-90（自动翻转）l 水平速度:水平键控速度：0.1-210/s,速度可设;水平预置点速度：280/sl 垂直速度:垂直键控速度：0.1-150/s,速度可设;垂直291、预置点速度：250/sl 网络接口:RJ45网口，自适应10M/100M网络数据l 音频输入/输出:1路音频输入；1 路音频输出l 报警输入/输出:7路报警输入；2 路报警输出l 具有 RS485控制接口。l 内置 Micro SD卡插槽，支持MicroSD(即 TF卡)/ Micro SDHC/ Micro SDXC卡（最大支持256G）l 防护等级:IP66l 支持壁挂、吊装等多种安装方式l 支持 IPC预置位设置：SPVMN视频监控调测软件可设置IPC 设备的预置位（2）供电设计配套供电是整个系统稳定运行的保障。供电系统的设计应从全局着手，综合考虑电力负荷、负载能力、电力传输距离、设备电292、气特性，并结合前端现场以及后端监控中心的实际环境来进行设计。1）电源系统的设计原则和要求实用性。要求结合本系统的现场环境特点以及系统中各级设备的电气性能，做到实用、适用。稳定性。要求供电系统具有高稳定性和高可靠性，以确保监控系统的各个功能模块和设备能够高效稳定的运行。安全性。要求供电系统的各个环节，均具备绝缘保护措施。经济性。设计出合理的电力供应网络，尽可能的节约供电线路的投入成本。可维护性。所有电力线路的敷设、电源设备的端接点及电源的分配，均要考虑到维护方便，易于检修。确保供电系统出现故障时，维护人员能在最短的时间内检测到问题并及时修复。2）供电系统要求l 电源设备除电压、电流、功率符合容量293、要求外，还尽量保证稳定性，考虑到大功率电流、多个负载同时启动、远距离传输等造成的压降等多方面的因素。l 电源线的敷设保证符合室外电线电缆的敷设标准和规范，并满足市政的要求。l 供电点将选择供电能力有保障的位置接入。 3）供电方案视频监控系统的供电可选择市电供电、太阳能供电、风光互补供电等多种方式。根据实地调研情况，考虑供电的稳定性和可维护性，选择市电供电方式。（3）防雷设计前端点的防雷设计，包括信号防雷和电源防雷。根据国家相应规范，前端设备应作直击雷防护和感应雷防护，后端做感应雷防护。在本项目中主要针对上述两项对摄像机进行防雷接地设计。1）直击雷保护措施室外摄像头直击雷保护措施，采用在立杆上安294、装常规的独立避雷针和安装接地体。2）感应雷过压保护措施前端摄像机的安装除了要采取防直击雷措施对立杆上的摄像机进行保护外，还须在摄像机到设备箱之间的电源、信号线路等处采取严密的防感应雷措施。本次主要考虑的是电源防雷和网络防雷。由于传输链路是运营商的光缆，因此网络防雷这一块主要考虑在横臂较长、两个或者多个摄像机在同一立杆不同位置的情况下进行。（4）立杆及基础设计为保证监控摄像机监控视角合理、监控范围满足规范要求，我们对每个现场具体勘测，并作立杆建设记录。1)立杆及基础的原则要求：l 基础钢板上配镀锌螺丝、平光垫圈和弹簧垫圈各一个。l 设备箱体正面喷涂“图像采集区域”及相应点位编号。l 立杆主色调采295、用蓝色、白色，由供应商提供效果图供采购人选择。2）杆体安装的原则要求：l 摄像杆安装要牢固，其中心线应与水平面垂直； l 在摄像杆底部到各孔之间放置穿线用铁丝。l 立杆及基础应符合现行国家标准电气装置安装工程电缆线路施工及验收规范的有关规定。（5）设备箱设计前端设备箱结构为露天防雨密闭式设计，采用优质镀锌钢板制造，具有防盗、防潮等功能。机箱设计美观，距地面高度不小于3米。 设备箱要采用防水设计，箱内配备适宜的电源空气开关、防雷模块和散热装置等，对于多台摄像机共用一个设备箱的情况，应保证共用箱体内部安装设备的空间冗余及设备散热需要。设备箱的特点：优质镀锌钢板箱体，表面静电喷涂处理，美观耐用；密封296、性能好、能有效的防止雨水进入箱内；内装有空气开关，能起到过压，过载保护作用；内置电源防雷装置；门开启大于90，转动灵活；内设置设备安装备板，所有设备应固定在备板上，安装位置合理，易于维护；箱体统一颜色、材质、规格及安装方式：如需落地安装时按国家标准做好地基基础；按照命名规则在箱体喷绘相应8位数字编号；挂装时考虑承重及风压等因素，安装箱不影响攀杆作业。设备箱外表面做喷塑处理，机箱柜内、外表面及控制面板光洁、平整，无凹痕、划伤、裂缝、变形等缺陷，机箱表面、金属零件没有锈蚀及其他机械损伤，各滑动或转动部件灵活，紧固部件不松动，机箱表面无可能导致伤害的尖锐突起或损角。机箱内部预留足够空间，有利于散热、297、安装、使用和维修。设备箱设计防雨且能减低灰尘和有害物质的侵入，防止顶面积水。机箱的结构设计具有足够的机械强度，可承受正常条件下可预料到的运输、安装、搬运、维护等过程中的操作。摄像机防护罩安装位置根据现场的实际情况确定。摄像机护罩具有防盗、防雷、防尘、防雨、防灰等防护功能。图4.3-10 智能视频监控安装示意图4.3.2.3 传输网络设计本次建设56路视频，按照每路25 fps（38401080）需要6Mbps的传输速率，选择运营商不低于30M VPN链路，由运营商敷设光缆至立杆点位。花家疃水库3个泄洪闸，每个均布设一个视频监控球机，通过交换机汇聚后与VPN专线连接。因此，56个视频监测点共需租298、用运营商56条VPN专线。视频流由地下水库管理中心推送到市水务局，再由市水务局推送到市大数据中心视频智能平台。黄垒河地下水库管理处至市水务局已布设了运营商专线，带宽为100M。为满足本次传输需要，需将其扩容至300M。在地下水库管理处布设1台32路网络硬盘录像机NVR，用于存储视频。 图4.3-10 视频监控系统网络结构图4.3.2.4 管理后台管理后台除具备运行管理、安全管理、权限管理、日志管理、配置管理等常见管理功能（表4.3-4），以及视频实时浏览、实时视频控制、资源目录、点位快速查找、PTZ控制和图像参数、图像抓拍、录像检索和回放等基础应用功能（表4.3-5），还具有视频接入、视频存储299、流媒体转发、视频并发、视频预拉流和视频共享等功能。表4.3-4 视频管理平台具有的管理功能序号名称说明1运行管理可对前端点位配置、用户管理、系统监控、状态监测、服务器运行状态拓扑图显示、报警查询等管理功能2安全管理采用安全认证机制，支持用户帐号的漫游，支持用户分组，支持用户级别的设定和PTZ抢占，可针对任何一个用户进行精细权限设置3权限管理具备完善的权限管理功能，实现对用户登录信息，包括账号、密码，以及相应权限的管理服务4日志管理支持多种日志类型区分，具体包括用户操作日志、视频监控日志、报警日志、系统日志，帮助用户更快更准确地定位日志。支持按用户、时间，类型、等级等条件对相关类型日志信息进行300、搜索。支持将查询出的日志导出成EXCEL文件格式。支持日志报表打印5配置管理资源的统一编号与管理、用户及用户组信息编号与管理、划分用户所能使用的资源以及分配用户使用对于资源的权限表4.3-5 视频管理平台具有的应用功能序号名称说明1视频实时浏览支持在计算机、监视器、电视墙等显示终端上进行远程实时视频的浏览：实现选择1、4、6、9、16等多种画面分割模式以及全屏显示；可按照图像原始分辨率的比例进行显示，可对框选局部画面进行放大浏览，支持主码流、辅码流，支持多码流浏览，多画面浏览时采用低分辨率，单画面采用主码流高分辨率显示。支持浏览器浏览，网络客户端在权限范围内可实时监视多路实时图像信息。2实时视301、频控制在视频浏览的同时可以实现对实时视频的抓拍、手动录像、音频播放，设置播放窗口、翻页、运行信息查看、数字放大等功能。3资源目录支持切换查看基础目录，收藏目录及历史浏览目录；资源以资源树形式展现，支持对所选点位进行预览，回放，收藏操作。4点位快速查找平台基于全文检索技术，可对大量的前端监控点进行快速的模糊检索。5PTZ控制和图像参数支持对前端云台镜头或球机的全功能云台控制，包括云台控制、镜头控制、球机控制，支持预置位的设置和启动、巡航轨迹的调用。图像参数包括：图像亮度、图像对比度等。6图像抓拍图像抓拍：用户在实时监看、录像回放时，发现可疑行为、重要线索、违章车辆等情况，可以进行图像抓拍。图像抓302、录：操作者针对特定视频图像，进行临时抓录。7轮巡管理按照设定的视频点位顺序、时间间隔开展视频浏览、视频解析等动作，并将结果输出到制定目的设备和目的屏幕。8录像检索和回放提供多种条件查询，包括：录像时间、点位名称等要素。支持单点回放、多点回放等多种回放方式，用户可根据需要灵活选择。9电子地图GIS地图功能可实现监控点在地图上的定位、实时画面显示，多监控点画面同时查看、历史图像回放等功能，支持模糊检索。同时支持框选等方式快速调用多个点位的实时图像信息。1.视频接入管理对新建以及已建的视频资源进行接入整合，实现对全部视频图像信息大整合、高共享。采用资源树的形式对全网图像资源进行统一编号，统一管理，配303、合全网统一的权限体系，支持各级用户直观方便的查找定位获取图像信息。支持多种品牌多种型号的摄像机、编码器、国标平台、硬盘录像机、异质平台、矩阵接入整合。除接入本次新增56个视频监控点位外，还将接入智慧水利一期在黄垒河市管段建设的视频摄像头。 2.存储管理当前新增56个监控点位，除花家疃水库点位布设3个摄像头外，其他点位布设1个摄像头，共需存储55路视频。单路视频存储空间计算公式如下：单路实时视频的存储容量(TB)【视频码流大小(Mb)60秒60分24小时存储天数/8】/1024/1024；按照55路视频存储，每路视频6M码流，存储时间为30天,冗余系数按1.1计算，本期项目存储所需空间如下：本期304、项目新增实时视频存储空间（GB）=55 6Mb 60 60 24 30 1.1 / 8 /1024 /102470TB。已有视频存储空间不在本次考虑范围。4.3.2.5 智能分析识别智能算法仓库由需要使用的各种视频图像智能算法组成。通过智能算法对视频或图像进行智能分析，以识别堤岸崩塌、人员下水、垃圾堆放、水域岸线违建、河道漂浮物、非法采砂等重要信息，并将识别结果自动推送给相关业务应用和管理人员，为流域防洪、水资源管理与调配、河湖监管等业务应用提供更加智能、全面、及时的支撑。目前，威海市大数据中心已建设了视频智能分析管理平台，包含了下表中的视频智能识别算法。本系统将利用现有平台算法，开展智能分析305、识别，并为流域防洪、水资源管理调配、地下水库运行、河湖管理等业务应用提供支撑。表4.3-7 拟采用的视频智能识别算法序号智能分析算法描述1堤岸崩塌检测对堤防险工险段的堤岸崩塌进行检测2人员下水识别对河面上有人员进行识别3垃圾堆放识别对水域岸线的违规垃圾堆放进行识别。4水域岸线违建识别对水域岸线中违规搭建的各类建筑物、建筑材料进行识别，并产生预警，判断是否存在违建现象。5河道漂浮物检测对河道、湖泊、水库的水面漂浮物聚集区域视频画面进行监控，对漂浮物如垃圾、水葫芦等进行识别。6采砂识别对挖掘机、推土机、施工车辆进行识别检测，一旦出现进行提醒上报。4.4 水利信息网本次主要建设水利业务网，将新建的雨306、水工情监测站点、视频监控前端，连接至市大数据中心和市水务局。建设过程中，要充分依托现有水利网络资源，充分利用电子政务外网，通过租赁专线、自建光纤、网络VPN、卫星通信等多种方式，按需扩展网络覆盖范围、提高网络带宽，实现有关单位之间的全面互联，支持日常通信传输和应急通信服务保障。如前所述，雨水工情监测站点数据主要采用运营商的4G无线网络进行传输，无需敷设相关传输网络。本次主要建设视频专网。（1）网络传输由于黄垒河沿岸现场实际情况复杂，河流交错，对设备的网络传输，数据上传是一项极大的挑战，凭借数据与威海市水务局的互通，实现后台监控中心报警、后台实时视频监控的功能极为重要，不仅可以极大的节省人力物力307、，更是促进地方执法工作的顺利进行，为解决前端设备网络传输的问题，对现场实际情况进行了详细的勘察，大致确定了前端网络传输的方式。前端网络传输选择运营商光纤专线传输的方式实现前端与水务局的数据互通。为保证传输的稳定性以及带宽冗余量足够，在优先保证功能、数据传输实现的前提条件下，选用最优质的方案，计划建设56条专线，对分布在黄垒河上游周边新建的56个前端设备点位进行网络覆盖，每个点使用运营商VPN专线进行网络传输。（2）安全运维网络安全运维服务是以网络安全的总体框架为基础、以安全策略为指导，配备经验丰富的安全运维团队、借助专业的技术工具、依托成熟的服务管理体系，为客户提供完善的安全运维服务，帮助客户308、梳理日常安全问题、规范安全运维流程、促进安全管理制度落地。网络安全运维服务包括安全巡检、安全加固、应急响应、安全通告及其它满足客户需求的必要服务。1）安全巡检。安全咨询顾问对客户进行安全巡检，包括核心路由配置、核心交换机网络设备配置合理性检测与分析，负载均衡与防火墙等安全设备的配置检测与分析等。服务器配置安全核查包括身份鉴别方式、账号安全设置；远程管理方式、多余账号和空口令检查、默认共享检查、文件系统安全、网络服务安全、系统访问控制、日志及监控审计、病毒及恶意代码防护、拒绝服务保护及补丁管理等。定期对设备进行日志检查分析。采用人工访谈、现场检查、工具检查的方式对客户的服务器及网络设备进行评估，309、收集相关信息进行分析，并结合客户实际需求提供整改建议。对主要设备安全漏洞扫描，收集网络和业务系统中存在的安全漏洞。通过定期安全巡检，能够发现设备的不安全因素。安全巡检的目的在于发现和消除设备安全隐患，保障系统的正常平稳的运行，能更好地摸清系统运行环境情况。2）安全加固。对操作系统和数据库系统进行安全配置加固。加固内容包括但不仅限于：设置操作系统和数据库系统登陆客户口令、删除操作系统和数据库系统中过期的账户、修改操作系统和数据库系统中默认账户和口令、检查操作系统和数据库系统中是否存在相同客户名的账户、增强操作系统和数据库系统口令强度设置、启用登录失败处理功能、设置限制非法登录次数和自动退出等措施310、启用远程加密管理（如：SSH）、修改管理客户身份鉴别方式、限制默认账户的访问权限、重命名操作系统和数据库系统默认账户、修改这些账户的默认口令、删除操作系统和数据库系统中过期或多余的账户、禁用无用账户或共享账户、升级操作系统和数据库系统补丁。网络及安全设备安全加固。加固内容包括但不仅限于：关闭设备的Telnet服务、启用安全管理服务（如：SSH和HTTPS等）、修改网络设备出厂时的默认口令（包括设备出厂口令、SNMP口令串）、开启网络设备和安全设备的日志审计功能、配置日志服务器、配置访问控制策略ACL、限制同一客户连续失败登录网络设备的次数、开启网络设备登录失败处理功能、在交换机上限制网络最大流量数及网络连接数、根据实际业务需求，完善防火墙相关网络安全防护策略。3）应急响应。由于突发安全事件没有确定性，随时都有可能发生相关问题，为提高快速处理突发事件的能力，缩短响应时间，保证客户信息化系统的安全、可靠运行，将提供完善的应急响应服务。应急响应能够向客户提供必需的资源来完善安全防护，抵抗攻击，进行安全修复，并减少未来安全漏洞产生的可能性。快捷的服务支持和724小时的紧急响应服务，可以保证网络安全无忧，预防危险发生。服务内容主要包括：入侵调查、主机系统异常响应、其他紧急安全事件处置等。4）安全通告。安全运维人员定期分析运维过程中产生的各种数据，及时发现信息系统