當前數(shù)字孿生技術在水利方面的應用剛起步，2021年水利部首次提出“數(shù)字孿生流域”概念，即以物理流域為單元、時空數(shù)據(jù)為底座、數(shù)學模型為核心、水利知識為驅動，對物理流域全要素和水利治理管理活動全過程的數(shù)字映射、智能模擬、前瞻預演，與物理流域同步仿真運行、虛實交互、迭代優(yōu)化，實現(xiàn)對物理流域實時監(jiān)控、發(fā)現(xiàn)問題、優(yōu)化調度的新型基礎設施。

2021年12月水利部召開推進數(shù)字孿生流域建設工作會議，部署在全國范圍內推進數(shù)字孿生流域建設，推動新階段水利高質量發(fā)展。2022年2月水利部組織開展數(shù)字孿生流域建設先行先試，涉及全國范圍56家單位94項任務；7月水利部完成“十四五”七大江河數(shù)字孿生流域建設方案、11個重要水利工程數(shù)字孿生水利工程建設方案審查工作。數(shù)字孿生流域建設正在全國范圍內推進并已取得成效。

數(shù)字孿生流域是一個全新概念，其建設是一項復雜巨系統(tǒng)。一是投入大，需要大量人力、物力和財力；二是層級多，涉及水利部本級、流域管理機構、各級水行政主管部門、水利工程管理單位等多個層級；三是任務重，包含數(shù)據(jù)底板、模型平臺、知識平臺、水利感知網(wǎng)、水利信息網(wǎng)、水利云等多項建設內容，建設體量大；四是難度高，當前數(shù)字孿生流域方面研究成果和成功案例很少，許多領域還是空白，亟須開拓；五是關聯(lián)強，數(shù)字孿生流域是一個有機系統(tǒng)整體，不同層級、不同應用主體的數(shù)字孿生流域之間在數(shù)字底板和業(yè)務應用方面關聯(lián)非常緊密。因此只有做好數(shù)字孿生流域共建共享工作，堅持“全國一盤棋”，做到不重不漏、集約節(jié)約、統(tǒng)籌共建、資源共享、業(yè)務協(xié)同，才能保障數(shù)字孿生流域建設的進度、質量和效益同步推進。

一、《辦法》解讀

2022年3月水利部制定并印發(fā)《數(shù)字孿生流域共建共享管理辦法（試行）》（以下簡稱《辦法》），旨在解決“重建、漏建、未按要求建”“能否共享、共享什么、如何共享”等系列問題?！掇k法》有總則、職責分工、共建管理、共享管理、監(jiān)督管理、附則共六章三十條。

1.適用范圍

《辦法》主要適用于水利部本級，以及各流域管理機構、各?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）水利（水務）廳（局）、計劃單列市水利（水務）局、新疆生產(chǎn)建設兵團水利局開展的數(shù)字孿生流域建設和水利工程管理單位開展的數(shù)字孿生工程建設。省級水行政主管部門可參照《辦法》制定實施細則并對省級以下水行政主管部門開展數(shù)字孿生流域共建共享進行指導。

2.定義和原則

數(shù)字孿生流域共建共享的定義為：各單位遵循智慧水利建設頂層設計和數(shù)字孿生流域建設有關要求，開展的對數(shù)字孿生流域共建內容分工協(xié)作建設和共享內容有序共享應用的工作。定義有兩層含義：一是共建，即對數(shù)字孿生流域有重疊、交叉等內容進行合理分工、協(xié)作建設，避免重復建設、數(shù)據(jù)不一致、投資浪費。二是共享，一方面是將數(shù)字孿生流域共建、其他數(shù)字孿生流域需要的內容等提供出來共享；另一方面根據(jù)履職需要共享其他數(shù)字孿生流域有關內容。

數(shù)字孿生流域共建共享遵循原則：“整體謀劃、協(xié)同推進”，強調各單位分工協(xié)作、有序推進數(shù)字孿生流域建設；“流域統(tǒng)籌、不漏不重”，強調以流域為單元加強對流域內省級水行政主管部門數(shù)字孿生流域建設統(tǒng)籌協(xié)調，避免應建未建或重復建設情況；“統(tǒng)一標準、有序共享”，強調圍繞水利治理管理活動、數(shù)字孿生流域建設和應用實際需要，標準規(guī)范先行，按照“一數(shù)一源”等合理有序共享數(shù)字孿生流域建設成果；“整合集約、安全可靠”，強調按照“整合已建、統(tǒng)籌在建、規(guī)范新建”要求充分利用現(xiàn)有各類信息化資源和共享有關數(shù)字孿生流域建設成果強化國產(chǎn)軟硬件應用。

3.共建管理

（1）數(shù)據(jù)底板

一是數(shù)據(jù)底板中“數(shù)據(jù)資源池的基礎數(shù)據(jù)、地理空間數(shù)據(jù)”為共建內容，其他內容如“數(shù)據(jù)資源池的監(jiān)測數(shù)據(jù)、業(yè)務管理數(shù)據(jù)、跨行業(yè)共享數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)模型、數(shù)據(jù)引擎等內容”，按照現(xiàn)有模式進行建設和應用；二是基礎數(shù)據(jù)共建，依照事權職責，分級建設所轄各類水利對象基礎數(shù)據(jù)并逐級匯交至水利部；三是地理空間數(shù)據(jù)共建，水利部本級負責全國范圍L1級數(shù)據(jù)底板建設，流域管理機構負責大江大河大湖及主要支流、跨?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）主要河流L2級數(shù)據(jù)底板建設，省級水行政主管部門負責所轄范圍內主要河湖L2級數(shù)據(jù)底板建設，水利工程管理單位負責水利工程相關范圍L2、L3級數(shù)據(jù)底板建設，具體建設范圍由水利工程管理單位與所在流域管理機構或省級水行政主管部門共同協(xié)商。

（2）模型平臺

模型平臺原則上按三級分級進行建設，水利工程管理單位僅建設模型平臺功能。通用模型原則上由水利部本級統(tǒng)一開發(fā)，流域管理機構、省級水行政主管部門、水利工程管理單位開發(fā)專用模型。

（3）知識平臺

知識平臺原則上按三級分級進行建設，水利工程管理單位僅建設知識平臺功能。通用知識原則上由水利部本級統(tǒng)一開發(fā)，流域管理機構、省級水行政主管部門、水利工程管理單位開發(fā)專用知識組件或服務。

（4）水利信息網(wǎng)

主要包括水利業(yè)務網(wǎng)和水利工控網(wǎng)。共建內容僅為水利業(yè)務網(wǎng)廣域網(wǎng)（由骨干網(wǎng)、流域省區(qū)網(wǎng)、地區(qū)網(wǎng)組成），水利業(yè)務網(wǎng)城域網(wǎng)、部門網(wǎng)及水利工控網(wǎng)由各單位根據(jù)實際需要，按照原有模式建設。水利業(yè)務網(wǎng)廣域網(wǎng)由各單位分級負責建設，包括各自節(jié)點網(wǎng)絡設備的建設改造。

（5）水利云

主要包括一級水利云、二級水利云及水利工程管理單位計算存儲資源。共建內容主要為：一級水利云（水利部節(jié)點和流域管理機構節(jié)點）由水利部本級和流域管理機構共同建設，二級水利云由各省級水行政主管部門建設，水利工程管理單位計算存儲資源由各水利工程管理單位建設。

4.共享管理

（1）共享要求

使用方履職需使用基礎數(shù)據(jù)、地理空間數(shù)據(jù)及通用模型、通用知識組件等成果，則提供方應無條件提供共享。專用模型、專用知識組件等成果共享由提供方與使用方協(xié)商決定。

（2）共享方式

可根據(jù)實際情況選用數(shù)據(jù)交換、調用服務、離線拷貝等方式，具體共享方式應在“十四五”數(shù)字孿生流域建設方案或數(shù)字孿生流域建設先行先試實施方案等中進行明確。

（3）共享工作任務

主要包括資源編目、匯集更新、共享服務等任務。各項任務按照《水利信息資源共享管理辦法（試行）》《水利信息資源目錄編制指南》等來開展，任務完成情況應在年度建設總結報告中體現(xiàn)。

（4）年度共享清單報告

各單位在提交數(shù)字孿生流域（水利工程）年度建設情況總結時應包括已完成交換或提供共享服務的成果清單，并提供可核查的成果服務對象、次數(shù)、時長、效果等信息，用于共享清單復核。

（5）年度共享清單復核

明確水利部本級、流域管理機構、省級水行政主管部門在開展數(shù)字孿生流域（水利工程）年度建設成果評估時，應依托水利一張圖重點對共享清單進行復核。

5.監(jiān)督管理

（1）跟蹤指導

水利部本級層面主要是實施臺賬管理、定期通報進展，相關業(yè)務司局按職責加強跟蹤指導；流域管理機構、省級水行政主管部門層面按照要求加強所轄范圍內數(shù)字孿生流域（水利工程）建設的跟蹤指導。

（2）監(jiān)督檢查

水利部本級層面主要是開展監(jiān)督檢查，將結果作為評優(yōu)評先、預算安排等的參考；流域管理機構、省級水行政主管部門按照要求加強所轄范圍內數(shù)字孿生流域（水利工程）建設的監(jiān)督檢查。

（3）獎懲機制

主要是水利部本級層面，已將數(shù)字孿生流域（水利工程）建設納入最嚴格水資源管理制度考核和河長制湖長制督查激勵。

（4）成果遴選與發(fā)布

主要是水利部本級層面，將適時組織開展數(shù)字孿生流域（水利工程）建設優(yōu)秀成果、案例的遴選與推薦，進行發(fā)布并推廣應用。

二、實施路徑

1.具體要求

水利部編制了《“十四五”數(shù)字孿生流域建設總體方案》，作為開展數(shù)字孿生流域建設的重要指導和相關項目前期工作的重要依據(jù)。方案中對共建共享具體要求進行了明確。

數(shù)字孿生流域共建共享要以流域為單元、空間范圍為邊界，三級數(shù)字孿生平臺建設為抓手、共建共享制度和標準規(guī)范為依據(jù)，緊扣數(shù)據(jù)底板共建共享重點，突破水利模型共建共享難點，開展水利知識共建共享試點，注重網(wǎng)絡安全聯(lián)防聯(lián)控，按照任務分工進行共建，按照業(yè)務履職需要開展共享。

（1）水利部本級

制定共建共享相關技術標準和制度，建設服務水利治理管理的L1級數(shù)據(jù)底板，集成流域、相關省、工程管理單位相關內容，形成統(tǒng)一行業(yè)數(shù)據(jù)底板；建設行業(yè)級模型管理和服務平臺，提供模型及目錄注冊、使用的支撐和服務，組織建設通用模型供調用；建設行業(yè)級知識管理和服務平臺供注冊、使用。

（2）流域管理機構

建設服務于水利治理管理的L2級數(shù)據(jù)底板及委屬工程管理單位的L3級數(shù)據(jù)底板、流域模型庫和知識庫。數(shù)據(jù)底板方面，主要利用數(shù)據(jù)交換平臺實現(xiàn)數(shù)據(jù)向部本級匯集，建設數(shù)據(jù)服務供部本級調用；模型和知識方面，提供具體模型和知識服務供其他單位共享。

（3）省級水行政主管部門

建設服務于水利治理管理的省級L2級數(shù)據(jù)底板、模型及知識并提供共享。

（4）水利工程管理單位

主要根據(jù)水利治理管理需要，建設工情數(shù)據(jù)、出入庫水位流量監(jiān)測數(shù)據(jù)、工程外觀BIM數(shù)據(jù)、工程區(qū)域高精度地理空間數(shù)據(jù)等。

（5）外行業(yè)單位

主要共建服務于水利治理管理的外部專業(yè)數(shù)據(jù)。通過全國一體化政務服務平臺和全國政務信息共享網(wǎng)站進一步完善地名、土地利用規(guī)劃、國有建設用地使用權出讓和劃撥、水質等數(shù)據(jù)；結合需要，開展地形地貌、土壤、土地利用類型、植被覆蓋、以電折水、水資源費改稅數(shù)據(jù)等共享獲取。

2.資源共享平臺

基于水利部本級數(shù)字孿生流域、流域（?。┘墧?shù)字孿生流域、數(shù)字孿生水利工程三級平臺共建共享，構建資源共享平臺，形成一體化數(shù)字孿生流域共享機制，具體實施數(shù)據(jù)、模型、知識等資源共建共享。

（1）數(shù)據(jù)底板方面

通過水利部本級建設的服務于水利行業(yè)管理的基礎數(shù)據(jù)、監(jiān)測數(shù)據(jù)、地理空間數(shù)據(jù)、跨行業(yè)共享數(shù)據(jù)及業(yè)務管理數(shù)據(jù)，集成流域管理機構L2級數(shù)據(jù)底板的相關數(shù)據(jù)資源，形成數(shù)據(jù)產(chǎn)品集，對數(shù)據(jù)格式、質量控制、數(shù)據(jù)分類、數(shù)據(jù)定義和編碼等進行優(yōu)化；建設數(shù)據(jù)資源目錄，實現(xiàn)數(shù)據(jù)組織，滿足信息共享需求，掌握數(shù)據(jù)資源現(xiàn)狀和業(yè)務系統(tǒng)的建設情況，避免數(shù)據(jù)重復采集，解決地區(qū)、部門之間數(shù)據(jù)資源查詢和共享困難問題。數(shù)據(jù)資源集中在資源共享平臺中，通過相互之間數(shù)據(jù)調用與數(shù)據(jù)注冊的形式，實現(xiàn)基礎數(shù)據(jù)、監(jiān)測數(shù)據(jù)、地理空間數(shù)據(jù)、跨行業(yè)數(shù)據(jù)、業(yè)務管理數(shù)據(jù)的共享服務，同時完善權限管理，實現(xiàn)服務的注冊、狀態(tài)監(jiān)測、查詢、組合、評價、數(shù)據(jù)維護以及用戶認證、授權管理等功能，為水利數(shù)據(jù)資源集成與共享提供統(tǒng)一的服務接口。

▲數(shù)字孿生流域數(shù)據(jù)資源共享流程示意圖

（2）模型方面

通過水利部本級建設的水利專業(yè)模型方案、智能識別模型實例庫、可視化場景庫，集成流域管理機構模型平臺，基于WebService或容器技術，對模型進行包裝并以微服務的方式封裝到容器鏡像中，發(fā)布到資源共享平臺的模型倉庫中，由平臺統(tǒng)一管理。水利部本級及流域管理機構分別對水利專業(yè)模型庫、智能識別模型庫、可視化模型庫進行注冊，根據(jù)模型服務描述標準對待發(fā)布模型服務包含的名稱、功能、傳遞參數(shù)個數(shù)、類型、順序、返回結構等信息進行描述，通過共享資源平臺完成模型服務的發(fā)布和存放。模型平臺的共享面向水利部本級及各流域管理機構，提供權限管理功能，根據(jù)用戶及默認的權限，設置對其開放不同的模型服務，實現(xiàn)方案、實例、場景的調用。

▲數(shù)字孿生流域模型資源共享流程示意圖

（3）知識方面

通過知識引擎對知識的分析和處理，以服務接口形式提供針對特定業(yè)務場景的知識應用，接口參照數(shù)據(jù)底板和模型平臺標準，采用API+token形式對外發(fā)布注冊，可供各流域管理機構和省級水行政主管部門按需求直接調用或進一步靈活定制開發(fā)；水利部本級水利知識引擎共享水利知識模式層設計規(guī)范，保障各流域管理機構水利知識圖譜的標準化構建和圖數(shù)據(jù)庫存儲的規(guī)劃化管理，同時將知識表示、知識抽取、知識融合、知識存儲、知識推理等算法工具以接口形式注冊至知識平臺共享調用，實現(xiàn)檢索、問答、推薦及可視化等功能。

▲數(shù)字孿生流域知識資源共享流程示意圖

3.考核評估

為有力有效推進數(shù)字孿生流域建設先行先試，水利部網(wǎng)信辦制定了《數(shù)字孿生流域建設先行先試中期評估工作方案》。其中將“共建共享”作為重要評估內容，重點評估各單位數(shù)字孿生流域建設先行先試實施方案確定的共建共享內容（含清單）完成情況與實際成效，數(shù)據(jù)底板與先行先試任務所在流域管理機構一張圖、全國水利一張圖共享情況，模型、知識等被調用或應用情況。

共建共享是數(shù)字孿生流域建設和運行的重中之重。在共建共享過程中，還應重視成果產(chǎn)權保護、數(shù)據(jù)全生命周期安全、一數(shù)一源和數(shù)據(jù)質量、數(shù)據(jù)保密等相關問題。