SL/T 853-2025 数字孪生流域建设技术导则

　　中华人民共和国水利行业标准

SL/T 853 —2025

数字孪生流域建设技术导则

Technical guidelines for construction of digital twin watershed

2025 - 12 -23 发布 2026 -03 -23 实施

中华人民共和国水利部 发 布

中华人民共和国水利部

关于批准发布 《河湖健康评价规范》

等 4项水利行业标准的公告

2025年第 36号

中华人民共和国水利部批准发布 《河湖健康评价规范》 (SL/T 793—2025) 等 4 项水利行业标准 , 现予以公布 。

水利部

2025年 12月 23 日

前 言

根据水利技术标准制修订计划安排 , 按照 GB/T 1.1—2020《标准化工作导则 第 1 部分 : 标准化文件的结构和起草规则》 的要求 , 编制本标准 。

本标准共 12章 , 主要技术内容包括 :

— 总则 ;

— 总体架构 ;

— 感知系统 ;

— 数字孪生平台 ;

— 业务应用 ;

— 网络安全 ;

— 保障措施 ;

— 共建共享 。

请注意本标准的某些内容可能涉及专利 。本标准的发布机构不承担识别专利的责任 。

本标准为首次发布 。

本标准批准部门 : 中华人民共和国水利部

本标准主持机构 : 水利部网络安全和信息化领导小组办公室

本标准解释单位 : 水利部网络安全和信息化领导小组办公室

本标准主编单位 : 水利部信息中心

北京金水信息技术发展有限公司

本标准参编单位 : 水利部小浪底水利枢纽管理中心

黄河勘测规划设计研究院有限公司

黄河水利委员会信息中心

淮河水利委员会水文局 (信息中心)

山东省水利综合事业服务中心本标准出版 、发行单位 : 中国水利水电出版社

本标准主要起草人 : 成建国 钱 峰 谢文君 李凤生 李家欢 贺 挺 赵轩哲 李亚青陈余含 丁昱凯 胡豫英 范宇楠 陈 岚 董泽亮 许志辉 葛召华霍建伟 宋东东 韦 蔚 郏 建

本标准审查会议技术负责人 : 蔡 阳

本标准体例格式审查人 : 万金红

本标准在执行过程中 , 请各单位注意总结经验 , 积累资料 , 随时将有关意见和建议反馈给水利部国际合作与科技司 (通 信 地 址 : 北 京 市 西 城 区 白 广 路二 条 2 号 ; 邮 政 编 码 : 100053; 电 话 : 010 63204533; 电子邮箱: bzh@mwr.gov.cn; 网址: http: //gjkj.mwr.gov.cn/jsjd1/bzcx/)。

数字孪生流域建设技术导则

1 范围

本标准规定了数字孪生流域的总体架构 、感知系统 、数字孪生平台 、业务应用 、 网络安全 、保障措施 、共建共享等技术要求 。

本标准适用于集水面积 3000 km2 及以上流域的数字孪生流域规划 、设计 、建设 、验收和运行 ,其他可参照简化技术要求 。

2 规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本标准必不可少的条款 。其中 , 注日期的引用文件 , 仅该日期对应的版本适用于本标准 ; 不注日期的引用文件 , 其最新版本 (包括所有的修改单) 适用于本标准 。

GB/T 22239 信息安全技术 网络安全等级保护基本要求

GB/T 39204 信息安全技术 关键信息基础设施安全保护要求

GB/T 39786 信息安全技术 信息系统密码应用基本要求

GB/T 40087 地球空间网格编码规则

GB/T 40525 地理信息在线共享接口规范

GB/T 50138 水位观测标准

GB/T 50159 河流悬移质泥沙测验规范

GB 50174 数据中心设计规范

GB 50179 河流流量测验规范

SL 21 降水量观测规范

SL 59 河流冰情观测规范

SL/T 277 水土保持监测技术规范

SL 364 土壤墒情监测规范

SL/T 551 土石坝安全监测技术规范

SL 601 混凝土坝安全监测技术规范

SL 768 水闸安全监测技术规范

SL/T 794 堤防工程安全监测技术规程

SL/T 803 水利网络安全保护技术规范

SL/T 812.1 水利监测数据传输规约 第 1部分 : 总则

SL/T 828 小型水库监测技术规范

SL/T 837 数字孪生水利数据底板地理空间数据规范

SL/T 846—2025 水利重要数据安全保护要求

3 术语和定义

下列术语和定义适用于本标准 。

3 1

数字孪生水利体系 digitaltwin watersystem

以物理水利对象为单元 、时空数据为底座 、数学模型为核心 、水利知识为驱动 , 对物理水利全要

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 , 与物理水利对象同步运行 、虚实

交互 、迭代优化的综合体系 。 由数字孪生流域 、数字孪生水网 、数字孪生工程组成 , 三者之间互不替代 、各有侧重 、互联互通 、信息共享 。

3 2

数字孪生流域 digitaltwin watershed

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时监控 、发现问题 、优化调度的新型基础设施 。

3 3

感知系统 perception system

对物理流域 、水网 、水利工程全要素和水利治理管理活动全过程信息进行监测感知 , 以及提供网络通信和计算存储等支撑的基础环境 , 主要包括水利感知网 、水利信息网和水利云等 。

3 4

数字孪生平台 digitaltwin platform

对数据 、模型和知识等信息资源进行统一组织管理 , 为水利业务应用提供信息服务的软件系统 ,由数据底板 、模型系统和知识系统构成 。

3 5

水利感知网 watersensing network

水利行业由卫星 、雷达 、无人机 (船) 、视频监控设备及其他智能传感设备等互联组成的 “天空地水工 ” 一体化物联网络 。

[来源 : SL/T 307—2025, 3.7]

3 6

水利信息网 water information network

水利行业各单 位 计 算 设 备 与 网 络 设 备 互 连 形 成 的 专 用 网 络 , 主 要 包 含 水 利 业 务 网 和 水 利 工控网 。

[来源 : SL/T 307—2025, 3.1] 3 7

水利云 watercloud

水利行业基于云计算等技术形成的计算资源 、存储资源 、物理环境等基础软硬件资源的集合 。

3 8

数据底板 databaseboard

对物理流域 、水网 、水利工程全要素和水利治理管理活动全过程实现数据一体化应用服务的数据内容 、数据组织及软件工具的总称 , 由数据资源 、数据模型 、数据引擎等构成 。

[来源 : SL/T 837—2025, 3.1] 3 9

模型系统 modelsystem

对物理流域 、水网 、水利工程全要素和水利治理管理活动全过程实现模型一体化应用服务的模型组件及软件工具的总称 , 由水利专业模型 、智能识别模型和模拟仿真引擎等构成 。

3 10

知识系统 knowledgesystem

对物理流域 、水网 、水利工程全要素和水利治理管理活动全过程实现知识一体化应用服务的知识内容及软件工具的总称 , 由水利知识和水利知识引擎等构成 。

3 11

雨水 情 监 测 预 报 “三 道 防 线 ” three defence lines for rainfall and hydrological monitoring and forecasting

由气象卫星 、天气雷达和水利测雨雷达 、雨量站 、水文站及相关水利专业模型组成的雨水情监测预报体系 。第一道防线由气象卫星 、天气雷达和水利测雨雷达及降雨预报模型 、产汇流水文模型 、洪水演进水动力学模型组成 , 实现对 “云中雨 ”监测预报 ; 第二道防线由雨量站及产汇流水文模型 、洪水演进水动力学模型组成 , 实现对 “落地雨 ”监测并开展洪水形成演进预报 ; 第三道防线由水文站及洪水演进水动力学模型组成 , 实现对 “河中水 ” 洪水演进过程监测预报 。

4 缩略语

下列缩略语适用于本标准 。

API: 应用程序接 口 (Application Program Interface)

IPv6: 互联网协议第 6 版 (InternetProtocolversion6)

JSON: JavaScript对象表示法 (JavaScriptObjectNotation)

MCU : 微控制单元 (Microcontroller Unit)

NAS: 网络附加存储 (Network Attached Storage)

NetCDF: 网络通用数据格式 (Network Common Data Form)

OSS: 对象存储服务 (ObjectStorage Service)

RTU : 远程终端单元 (Remote Terminal Unit)

SAR: 合成孔径雷达 (Synthetic Aperture Radar)

SAN: 存储区域网络 (Storage Area Network)

SDK: 软件开发工具包 (Software DevelopmentKit)

5 总则

数字孪生流域建设遵循下列原则 :

a) 应遵循 “需求牵引 、应用至上 , 数智赋能 、提升能力 ” 原则 , 以支撑流域统一规划 、统一治理 、统一调度 、统一管理为目标 , 赋能流域水旱灾害防御 、水资源节约集约利用 、水资源优化配置 、江河湖泊生态保护治理 , 强化预报 、预警 、预演 、预案功能 。

b) 应满足 “整合已建 、统筹在建 、规范新建 ” 要求 , 利用已有感知系统及其他信息基 础 设 施 ,与数字孪生水网 、数字孪生水利工程建设成果资源整合与共建共用 , 水利部本级 、流域管理机构 、省级水行政主管部门应统筹建设本级及其直属单位共用的数字孪生平台 , 省级以下水行政主管部门宜共用上级水行政主管部门建设的数字孪生平台 。

c) 应满足 “大系统设计 、分系统建设 、模块化链接 ” 要求 , 采用分布式架构提高系统性能和可靠性 , 建设成果应标准统一 、耦合贯通 、共享共用 、协同高效 。

d) 应持续动态修正 、迭代优化 。

6 总体架构

数字孪生流域应包括感知系统 、数字孪生平台 、业务应用 、 网络安全和保障措施 , 总体架构如图 1所示 , 具体组成如下 :

a) 感知系统 , 包括水利感知网 、水利信息网 、水利云等 。对物理流域不同类型 、形态 、来源的数据进行采集 、传输 、存储 , 为数字孪生平台和业务应用提供算力支撑 。

b) 数字孪生平台 , 包括数据底板 、模型系统 、知识系统等 :

1) 数据底板基于感知系统汇聚物理流域的各类数据 , 经数据引擎处理后为模型系统 、知识系统和业务应用提供数据服务 ;

2) 模型系统为业务应用提供模型服务 , 通过调用模型和模拟仿真引擎对物理流域全要素和水利治理管理活动全过程进行模拟仿真和前瞻预演 ;

3) 知识系统通过水利知识引擎对知识进行组织 、处理 , 完成水利知识抽取加工 , 并实现与数据底板 、水利专业模型的关联和调用 , 提供检索问答 、推理分析等知识服务 。

c) 业务应用 , 包括流域防洪安全 、水资源管理与调配和其他业务等 。依托感知系统和数字孪生平台 , 实现水利业务与现代信息技术融合发展 , 为水利决策管理提供前瞻性 、科学性 、精准性 、安全性支持 。

d) 网络安全 , 包括网络安全等级保护 、关键信息基础设施保护 、密码应用和数据安全保护等 。

e) 保障措施 , 包括管理制度 、运维保障 、标准规范等 。

图 1 数字孪生流域总体架构7 感知系统

7.1 水利感知网

7.1.1 一般要求

水利感知网一般要求如下 :

a) 应综合利用天基监测 、空基监测 、地面监测 、水体监测 、工程监测等多种监 测 技 术 及 设 备 ,在时间 、空间 、范围 、精度 、频次等方面协同融合 , 构建水利感知网 , 支撑雨水情监测预报“三道防线 ”建设 。具体要求如下 :

1) 天基监测宜利用光学卫星 、SAR 卫星 、重力卫星 、气象卫星 、北斗卫星等监测技术装备 ,对流域下垫面 、河湖水域 、洪涝灾情 、工程面貌等要素进行监测感知 ;

2) 空基监测宜利用无人机 、高塔等搭载可见光/红外/高光谱相机 、激光雷达 、天气雷达 、水利测雨雷达等监测技术装备 , 对流域下垫面 、河湖水域 、洪涝灾情 、工程面貌 、涉水活动 、区域地形 、雨情等要素进行监测感知 ;

3) 地面监测宜利用雨量计 、水面蒸发皿 、地下水位传感器 、墒情传感器 、视频监测设备等地面监测技术装备 , 对区域点位雨情 、蒸发 、地下水位 、墒情等要素进行监测感知 ;

4) 水体监测宜利用水位计 、流速仪 、水质监测仪 、泥沙监测仪 、多波束载体 、水生生物监测仪 、水下机器人等监测技术装备 , 对河湖水 体 的 水 位 、 流 速 、水 质 、含 沙 量 、水 生 生 物 、河道断面等要素进行监测感知 ;

5) 工程监测宜利用渗压计 、位移计 、应变计 、震动仪 、测量机器人 、声音传感器等监测技术装备 , 对流域重大水利工程的渗流渗压 、位移形变 、应力应变等要素进行监测感知 。

b) 应具备溃坝 、决堤 、滑坡 、堰塞湖 、超标洪水及突发水污染等各类涉水险情应急监测能力 。

c) 应集中接收 、管 理 各 类 监 测 感 知 数 据 , 宜 支 持 对 监 测 设 施 远 程 运 维 管 理 , 数 据 传 输 应 符 合SL/T 812.1 的要求 。

d) 宜选用具备自动测报 、冗余通信 、断电存储 、故障报警 、低功耗等功能的设备 , 新建或改造监测设施宜支持 IPv6和远程运维 。

e) 宜利用北斗短报文 、窄带无线通信设备 、卫星通信等技术提升断路 、断网 、断电环境下的通信保障能力 。

f) 宜采用边缘计算技术处理实时性要求高或带宽资源需求大的监测场景 。

g) 宜选用融合多种功能 、支持多类传感器的一体化 RTU 或 MCU。

h) 宜采用密码技术保障传感器及 RTU 的可信接入和数据安全传输 。

i) 应对直接关系工程安全和工程调度运行的关键监测设施采用设备备份等冗余配置 。

j) 宜根据模型及其参数率定等因素设立实验站点 , 确定各类要素采集方式 、范围 、频次 。

7.1.2 水文水资源监测

7.1.2.1 降水量监测

应符合 SL 21的要求 。

7.1.2.2 水位监测

水位监测要求如下 :

a) 应符合 GB/T 50138的要求 。

b) 可根据水利业务应用需求采用物理水尺配合视频监视等方式开展水位监测 。

7.1.2.3 流量监测

应按照 GB 50179的要求对流域内重要河道断面流量进行监测 。

7.1.2.4 冰情监测

冰情监测要求如下 :

a) 应符合 SL 59的要求 。

b) 宜采用遥感卫星 、无人机 、视频监控等技术监测冰情要素和开河过程等 。

7.1.2.5 墒情监测

应符合 SL 364的要求 。

7.1.2.6 泥沙监测

泥沙监测要求如下 :

a) 宜符合 GB/T 50159的要求 。

b) 针对坝前漏斗区 、淤积三角洲顶坡段 、干支流拦门沙坎等冲淤变化明显区域或其他重点部位 ,宜开展水下地形扫描监测 , 精确测验冲淤形态变化 。

c) 针对多沙河流工程 , 在排沙期间应开展含沙量监测 , 并结合实际开展发电含沙量 、泄流孔洞含沙量监测 , 可在适当位置设置含沙量自动化监测装置 。

7.1.2.7 水质监测

水质监测要求如下 :

a) 宜对水体的物理 、化学和生物等水质状况进行动态监测 。

b) 宜共享生态环境等部门水质监测数据 。

7.1.3 水生态水环境监测

7.1.3.1 水土流失监测

水土流失监测要求如下 :

a) 宜符合 SL/T 277的要求 。

b) 宜采用遥感卫星技术 , 通过资料收集 、遥感解译 、野外验证和模型计算相结合的方式 , 开展水土流失监测 。

7.1.3.2 河湖库监测

宜采用遥感卫星 、无人机 、视频监控等技术 , 对河湖库水体范围 、水域岸线 、涉河建设项目 、地物等进行监测 。

7.1.4 工程安全监测

工程安全监测要求如下 :

a) 宜符合 SL/T 551、SL 601、SL 768、SL/T 794、SL/T 828的要求 。

b) 宜根据业务管理需要共享接入流域内水利工程运行状态和安全监测等信息 。

7.1.5 其他监测

可结合水利业务应用需求扩展监测要素 。

7.2 水利信息网

7.2.1 网络分区

网络分区包括业务网和工控网 , 具体要求如下 :

a) 可根据需要建设工控网并与业务网物理隔离 。

b) 业务网宜分为信息管理区和互联网服务区 , 工控网宜分为实时控制区和过程监控区 (非实时控制区) 。

7.2.2 功能分区

功能分区要求如下 :

a) 计算资源 、存储资源等宜根据需要部署在不同网络分区 。

b) 直接控制工程设备运行的系统 、模块等宜部署在实时控制区 。

c) 不直接控制工程设备运行的运行监测系统 、故障诊断系统等宜部署在过程监控区 。

d) 数字孪生平台 、业务应用等宜部署在信息管理区 。

e) 面向互联网提供服务的业务应用应部署在互联网服务区 。

7.2.3 业务网

业务网要求如下 :

a) 应接入上级单位业务网 , 宜根据业务需求实现与流域管理机构 、省级 、市级 、县级水行政主管部门等水利部门业务网的互联互通 。

b) 应采用防火墙等网络安全措施进行网络间隔离 。

c) 宜通过租赁专线 、 自建光纤等方式连接 , 带宽应满足服务调用和数据共享的需求 。

7.2.4 工控网

可根据需要与工程管理单位工控网连接 , 并进行网络间隔离和数据传输加密保护 。

7.3 水利云

7.3.1 计算资源

计算资源要求如下 :

a) 宜采用物理服务器 、 自建云 、共享政务云等方式 , 构建安全可靠计算资源 。

b) 宜集约部署数据库 、报表管理 、服务网关等基础资源和用户认证 、 消息队 列 、应 用 服 务 器 、工作流等通用支撑组件 。

c) 可在通用计算基础上部署高性能计算设施和智能算力 。

d) 可通过共享相关单位计算资源解决汛期或出现其他突发情况时现地计算能力不足的情况 。

e) 宜综合采用冗余架构 、多区域部署等方式提升系统可用性并为后续功能扩展升级预留冗余和发展空间 。

7.3.2 存储资源

存储资源要求如下 :

a) 宜综合采用 NAS、SAN、 OSS等方式构建存储资源 。

b) 应建设本地备份设施 , 可根据需要建设异地备份设施 。

7.3.3 物理环境

物理环境要求如下 :

a) 自建机房应符合 GB 50174的要求 , 机房级别应不低于 B级 。

b) 可建设集方案预演 、会商研判 、应急指挥等一体的会商调度中心 , 支持大中小屏多 屏 联 动 ,支持现地站 、视频会商接入 。

8 数字孪生平台

8.1 数据底板

8.1.1 数据资源

8.1.1.1 一般要求

数据资源一般要求如下 :

a) 应包括基础数据 、监测数据 、业务管理数据 、地理空间数据 、跨行业共享数据等内容 。

b) 宜在水利一张图基础上扩展完善 , 扩充数据类型 、规范数据组织 、提升数据质量 。

c) 应动态更新雨情水情工情 、流域下垫面情况 、地理信息 、经济社会情况等信息 , 保持与物理流域的同步性和孪生性 。

d) 应根据水利业务应用需求合理确定数据资源建设范围和精度 , 对不参与空间分析及模型计算的数据宜适当降低精度 。

e) 空间基准要求如下 :

1) 大地基准宜 采 用 2000 国 家 大 地 坐 标 系 , 确 有 必 要 时 可 采 用 依 法 批 准 的 独 立 坐 标 系 并 与2000 国家大地坐标系建立联系 ;

2) 高程基准宜采用 1985 国家高程基准 , 确有必要时可采用与 1985 国家高程基准建立关联的独立高程系 。

f) 时间基准要求如下 :

1) 日期应采用公历纪元 ;

2) 时间应采用北京时间 。

8.1.1.2 基础数据

应包括江河湖泊 、水利工程 、监测站 (点) 、其他管理对象等水利对象的标识 、 主要特征和空间位置形状数据 。

8.1.1.3 监测数据

应包括水文 、水资源 、水生态 、水环境 、水利工程等监测数据 。

8.1.1.4 业务管理数据

应包括流域防洪安全 、水资源管理与调配等业务产生的相关数据 。

8.1.1.5 地理空间数据

应按照 SL/T 837的要求建设 L1级和 L2级地理空间数据 , 宜共享接入 L3级地理空间数据 。

8.1.1.6 跨行业共享数据

宜包括从其他行业部门共享的经济社会 、 自然资源 、生态环境 、农业农村 、应急管理 、航天 、气象 、税务等数据 , 经加工处理后可根据水利业务应用需求按 8.1.1.2、8.1.1.3、8.1.1.4、8.1.1.5进行归并 。

8.1.2 数据模型

8.1.2.1 水利数据模型

应对基础数据 、监测数据 、业务管理数据 、地理空间数据等进行统一组织 , 完整描述水利对象的

属性特征 、空间特征 、时间特征和关系特征 。

8.1.2.2 水利网格模型

水利网格模型要求如下 :

a) 宜基于全球多级网格剖分 , 将水利对象占据的空间范围统一剖分成不同尺度的网格单元 , 建立水利对象与网格单元之间的关系 。

b) 网格剖分宜基于北斗网格位置码网格剖分方式 , 网格剖分方法 、剖分范围 、剖分起点 、地球参考椭球面网格与高度域的剖分规则 、 网格定位及边界面归属应符合 GB/T 40087的要求 。

c) 宜根据行政区划 、流域分区 、水资源管理分区和数值计算等应用需求确定网格剖分级别 。

8.1.3 数据引擎

8.1.3.1 数据归集

数据归集要求如下 :

a) 宜充分利用现有数据归集通道构建实时与离线汇集基础数据 、监测数据 、业务管理数据 、地理空间数据和跨行业共享数据的平台化能力 , 具体要求如下 :

1) 基础数据宜依托已有成果集成整合 ;

2) 监测数据宜基于感知系统汇集 ;

3) 业务管理数据宜通过对接业务应用系统接入 ;

4) 地理空间数据宜充分利用实景三维中国建设等成果 ;

5) 跨行业共享数据宜通过全国一体化政务大数据体系获取 。

b) 应具备接入 API接 口 、数据库 、文件等多种类型数据源的能力 。

c) 应支持对数据进行复杂的数据抽取 、转换和加载操作 , 可根据业务需求和数据特点 , 灵活设置调度策略 , 实现数据的实时或批量归集 。

d) 应具备数据对账和监控调度管理功能 , 确保归集数据的一致性和时效性 。

8.1.3.2 数据治理

数据治理要求如下 :

a) 应对归集后的多源数据进行数据质量校核 , 宜利用多源比对 、血缘分析 、人工智能等技术手段 , 减少无效数据 、错误数据 , 识别重复采集数据 , 明 确 权 威 数 据 源 , 提 升 数 据 的 准 确 性 、完整性和一致性 。

b) 数据治理功能宜包括元数据管理 、数据模型管理 、数据标准管理 、数据探查 、数据血缘管理 、数据质量管理 、数据开发应用 、数据安全管理等内容 。

8.1.3.3 数据挖掘

数据挖掘要求如下 :

a) 宜运用统计学 、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 。

b) 宜支持多层次的数据分析和关联数据分析 , 包括相关性分析 、描述性分析 、诊断性分析 、预测性分析 、 因果性分析等 。

c) 可通过图表 、地图 、动画等方式对数据分析进行可视化展现 。

8.1.3.4 数据服务

数据服务宜 包 括 数 据 资 源 目 录 服 务 、通 用 数 据 服 务 、地 理 信 息 服 务 和 服 务 管 理 等 , 具 体 要 求

如下 :

a) 数据资源目录服务应提供数据资源的名称 、数据项 、提供单位 、数据格式 、数据更新频率以及共享属性 、共享方式 、使用条件 、数据分类分级等信息 。

b) 通用数据服务宜采用 RESTful风格 , 使用JSON格式进行数据交换 。

c) 地理信息服务宜符合 GB/T 40525的要求 。

d) 服务管理宜包括服务注册 、服务鉴权 、协议转换 、流量控制 、负载均衡 、服务编排 、服务监控等功能 。

8.2 模型系统

8.2.1 一般要求

模型系统一般要求如下 :

a) 应包括水利专业模型 、智能识别模型和模拟仿真引擎 。

b) 水利专业模型的精度及智能识别模型的准确率 、精确率和召回率应满足流域防洪安全 、水资源管理与调配等业务的需要 。

c) 水利专业模型可分为机理模型 、统计模型和混合模型 , 宜选用机理模型揭示流域发展规律 。

8.2.2 水利专业模型

水利专业模型要求如下 :

a) 应根据物理流域自然规律 , 结合流域治理管理业务需求构建水文 、水资源 、水生态 水 环 境 、水力学 、泥沙动力学 、水土保持等水利专业模型 。

b) 模型宜进行标准化开发或改造 , 模型输入输出宜根据模型编排要求合理组织内部变量数据结构 , 输入输出文件宜根据数据量大小 、数据结构复杂程度合理选用 NetCDF、JSON等数据格式 , 数据量大 、数据结构复杂的模型宜采用 NetCDF格式 , 其他可采用 JSON格式 。

c) 模型宜采用容器等技术进行通用化封装 。

d) 模型宜适配安全可靠软硬件运行环境 , 以 API、SDK等方式提供服务 。

8.2.3 智能识别模型

智能识别模型要求如下 :

a) 宜包括遥感识别 、视频识别和音频识别等通用模型 , 可根据需要扩展其他模型 。

b) 宜利用机器学习 、深度学习等技术构建遥感识别模型 , 实现流域治理管理重点关注地物的自动识别和动态变化监测 。

c) 宜利用目标检测 、深度学习等技术构建视频识别模型 , 识别出视频中所包含的流域要素和动态目标行为事件等信息 。

d) 宜利用声学特征提取 、 自然语言处理等技术构建音频识别模型 , 融合语义理解 、语 音 合 成 、智能呼叫等技术 , 增强语音交互 、音频鉴别等能力 , 赋能多 模 态 指 令 识 别 、 预 警 信 息 叫 应 、故障排查等场景 。

e) 应面向水利业务管理和应急突发水事件等需求 , 迭代优化模型 , 提升识别精度和效率 。

8.2.4 模拟仿真引擎

模拟仿真引擎要求如下 :

a) 宜包括模型管理 、场景配置 、仿真推演 、可视表达等功能 。

b) 模型管理宜利用组件化 、工作流和容器等技术 , 实现模型注册与发布 、模型计算调度 、模型

服务 、运行监控等管理功能 , 具备模型组件化 、模型构建敏捷化 、并行调度计算和在线服务调用等能力 ; 宜根据水利业务应用需求开发模型评价功能 , 基于历史和实时典型数据 , 加强模型功能验证 , 评估模型结果准确性 。

c) 场景配置宜根据模型计算需求调用数据和知识服务 , 配置生成模型计算运行与展示所需数字场景 。

d) 仿真推演宜根据初始条件 、边界和方案等 , 调用模型服务模拟推演物理流域的运行状态和发展趋势 , 在线动态率定模型计算物理参数 , 提高模型模拟精准度 , 具备 “正向—逆向—正向 ”推演功能 。

e) 可视表达宜实现自然背景 、流场动态 、水利工程 、设备设施等可视化渲染表达 , 应根据业务需求和硬件性能合理选择表达精度 , 不应过度追求渲染效果 。

8.3 知识系统

8.3.1 一般要求

知识系统一般要求如下 :

a) 应包括水利知识和水利知识引擎 。

b) 水利知识宜包括对象关联关系 、业务规则 、历史场景 、预报调度方案及其他知识等内容 。

c) 水利知识引擎应具备对水利知识的抽取加工 、知识管理 、知识检索和推理分析等功能 , 宜通过 API、SDK等形式提供服务 。

8.3.2 水利知识

8.3.2.1 对象关联关系

宜构建物理流域中水利对象在物理归属 、逻辑计算 、业务管理等方面关联关系 , 可按照 <主实体 , 关系描述 , 关联实体> 三元组的形式组织和记录 。

8.3.2.2 预报调度方案

宜对预报调度方案进行知识汇集和加工 , 形成模型运行参数率定设置和水利工程调度方案编排等预报调度方案知识 。

8.3.2.3 业务规则

宜建设流域防洪安全 、水资源管理与调配等业务相关法律法规 、标准规范 、政策文件等业务规则知识。

8.3.2.4 历史场景

宜建设暴雨—洪水 、干旱 、应急抢险 、生态补水 、水污染等历史事件的特征规律 、处置过程 、事件成因等历史场景知识 。

8.3.2.5 其他知识

宜按需建设其他水利知识 , 可包括水利百科 、专业文献 、公文档案以及支持模型训练 、语义检索等用途的语料库 、样本库等数据集 。

8.3.3 水利知识引擎

8.3.3.1 抽取加工

抽取加工要求如下 :

a) 宜根据水利业务应用对水利知识的需求 , 对数据底板中的非结构化数据进行整理汇集 、质量校对 、文本清洗和分类标注 , 以文本片段 、 问答对 、遥感图像等形式建设语料库和样本库等数据集 。

b) 可使用人工智能与专家经验结合的方法 , 从知识库中提取结构化知识 , 形成知识图谱 、事件流程链 、决策树或其他计算机可处理的知识 。

8.3.3.2 知识管理

知识管理要求如下 :

a) 宜提供对水利知识各项内容的审核 、编目与更新功能 。

b) 宜根据知识抽取加工成果的形式采用图数据库 、 向量数据库或结构化数据库进行存储 。

8.3.3.3 知识检索

宜支持结构化检索 、语义检索 、 图检索以及混合检索等召回方法 , 对对象关联关系 、业务规则 、历史场景 、预报调度方案等水利知识进行查询检索 。

8.3.3.4 推理分析

推理分析要求如下 :

a) 推理机制宜具备以下功能 :

1) 正向推理 : 从已知事实出发 , 匹配知识库中的规则 , 给出业务性结论 ;

2) 反向推理 : 从设定目标出发 , 逆向推导所需的条件 、措施 。

b) 宜实现水利对象关联关系推理溯源及结果的拓扑网络展示 。

c) 宜支持事理关系驱动的数据分析和模型调用 , 支撑基于历史场景的预报调度策略推荐 、抢险处置方案生成 、事件成因分析推荐等应用 。

d) 可利用机器学习 、知识图谱等人工智能技术 , 结合数据底板和预报调度方案 、历史场景等知识 , 迭代优化水利专业模型和智能识别模型算法及参数 , 提升模型的精度和泛化能力 。

e) 可支持基于经验规律 、数理统计或机器学习与水利专业模型融合的预报方案构建 , 通过参数训练拟合产汇流 、洪水演进等水文水动力过程 。

9 业务应用

9.1 一般要求

业务应用功能一般要求如下 :

a) 应重点围绕流域防洪安全 、水资源管理与调配等业务开展应用 , 将预报 、预警 、预演 、预案功能有机融入业务应用系统 。具体要求如下 :

1) 应根据水利业务应用需求 , 遵循客观规律 , 在总结分析典型历史事件基础上 , 利用数字孪生平台对水利业务涉及的预报要素发展趋势开展短期 、 中期 、长期等不同预见期的定量或定性分析 ;

2) 应针对水利业务工作和社会公众的需求 , 依据预报结果制定风险预警指标和阈值 , 及时将预警信息直达相关责任人等水利工作一线 、相关政府部门和可能受影响区域的社会公众 ,提供工程巡查 、工程调度 、人员转移 、 防灾避险等响应措施所需的信息服务 ;

3) 应支持对典型历史事件 、设计 、规划或预报等情景 , 进行多对象 、多 目标 、多方式的前瞻性 、智能化预演 , 制定风险防范措施 ;

4) 应依据预演确定的优化方案 , 考虑监测预报成果 、水利工程运行状况 、经济社会情况 , 确

定可执行的优化调度方案 , 制定非工程措施 。

b) 可应用人工智能技术对业务应用提供辅助决策和优化参考 , 应对人工智能生成内容的真实性 、准确性 、可靠性进行验证和评估 。

9.2 流域防洪安全

流域防洪安全业务应用要求如下 :

a) 应围绕洪水防御四个链条 “降雨—产流—汇流—演进 、 总量—洪峰—过程—调度 、流域—干流—支流—断面 、技术—料物—队伍—组织 ” 开展功能建设 。

b) 应开展雨水情监测预报 “三道防线 ”耦合贯通建设应用 。

c) 应具备服务于预报断面节点需求的水文气象预报能力 , 宜包括洪水预报 、洪水风险要素预报 、冰情预报 、墒情预报等 。

d) 应具备靶向预警能力 , 通过对实况雨水情信息和预报产品成果开展告警 、预警分析 , 自动生成预警信息 。

e) 应具备洪水实时动态风险评估能力 , 支持 “正向—逆向—正向 ” 动态推演迭代优化调度运用方案 。

f) 应具备调度预案快速生成能力 , 结合水利工程运行状况 、经济社会情况等对预演结果进行分析评估 , 生成工程运行和优化调度等方案 。

9.3 水资源管理与调配

水资源管理与调配业务应用要求如下 :

a) 应围绕取用水管理 、节水管理与服务 、河湖生态流量及水量分配 、江河流域水资源调度 、调水工程水资源调度等方面开展功能建设 。

b) 取用水管理应具备水资源承载能力评价与预警 、管控方案制定与评估等功能 。

c) 节水管理与服务应具备节水在线监测 、 区域行业水效评估 、节水业务网上快捷办理 、节水产业供需对接等功能 。

d) 河湖生态流量及水量分配应具备断面指标比对 、流量预测 、监测预警 、成因分析 、调度方案预演 、预警响应等功能 。

e) 江河流域水资源调度应具备供需平衡指标 、生态流量 、水量分配指标以及其他调度控制要素指标体系构建 , 来水预测 、需水分析 、 区间产汇流分析 、调度计划制定 、监测预警 、方案预演 、调水预案 、水资源调度效果评估等功能 。

f) 调水工程水资源调度应具备对特殊干旱 、工程事故 、水污染事件等突发事件影响情况推演及应急调水方案生成等功能 。

9.4 其他业务

其他业务要求如下 :

a) 水利工程建设和运行管理业务应围绕保障水利工程建设质量 、运行安全和效益充分发挥等开展功能建设 。

b) 河湖管理业务应围绕水域岸线管理保护 、河道采砂管理数字化智能化 、幸福河湖建设等开展功能建设 。

c) 水土保持业务应围绕水土流失监测 、人为水土流失监管 、水土流失综合治理智能管理 、黄土高原淤地坝安全度汛等开展功能建设 。

d) 农村水利水电业 务 应 围 绕 农 村 供 水 和 小 水 电 智 能 化 管 理 以 及 灌 区 综 合 效 益 发 挥 等 开 展 功 能建设 。

e) 水行政执法业务应围绕水事违法行为的线索发现 、预警研判 、业务协同 、案件督办 、辅助决策和调度指挥等 , 开展全面感知 、精准研判 、智能响应 、高效处置与长效管控等功能建设 。

f) 其他业务应围绕提升数字化 、 网络化 、智能化水平 , 优化重塑业务流程 , 创新业务工作模式开展功能建设 。

10 网络安全

10.1 一般要求

一般要求如下 :

a) 应按照 SL/T 803的要求开展数字孪生流域网络安全建设 , 确保网络安全技术措施同步规划 、同步建设 、 同步使用 。

b) 应落实网络安全等级保护制度 , 按照 GB/T 22239的要求开展网络安全等级保护定级 、备案 、测评 、整改 。

c) 应开展关键信息基础设施识别 、认定 , 认定为关键信息基础设施的应按照 GB/T 39204 的要求实施强化保护 。

d) 应按照 GB/T 39786的要求开展密码技术应用 , 开展商用密码应用安全性评估 。

e) 应加强人工智能应用安全防护和数据管理 , 使用具有合法来源的数据和模型 。

f) 应加强业务应用自身开发过程中的网络安全和数据安全保护 。

g) 应采用安全可靠的软硬件产品 。

10.2 网络安全等级保护

数字孪生流域网络安全等级可整体或分别定级 , 数字孪生平台不宜低于第三级 。

10.3 关键信息基础设施保护

关键信息基础设施保护要求如下 :

a) 应按照国家和行业要求开展关键信息基础设施认定和申报 , 并同步开展保护 。

b) 跨流域跨区域流域防洪系统 、水资源管理系统宜申报认定关键信息基础设施 。

10.4 密码应用

密码应用要求如下 :

a) 宜建设包含加解密 、 电子证书 、签名验签等功能的统一密码服务 。

b) 应采用密码技术对重要数据传输 、存储 、使用等开展机密性 、完整性 、真实性 、不可否认性保护 。

10.5 数据安全保护

应按照行业数据分类分级技术标准要求开展数据分类分级 , 按照 SL/T 846的要求开展重要数据识别和安全保护 。

11 保障措施

保障措施要求如下 :

a) 应建立多渠道可持续的经费保障机制 , 新建或改造的工程项目 中应合理确定数字孪生流域建设和运维经费比例 。

b) 应围绕数字孪生流域建设和运行编制管理制度 、运维手册和应急方案等内容 。

c) 宜利用移动互联 、可视化 、大数据等技术 , 构建一体化综合智慧运维平台 , 实 现 运 维 对 象 、运维人员 、运维流程全覆盖 。

d) 应遵循国家 、水利及相关行业标准规范 , 实现规划 、设计 、建设 、验收 、运行管理等阶段的协调统一 。

12 共建共享

共建共享要求如下 :

a) 应按照数字孪生水利共建共享管理要求开展成果共享和系统集成 。

b) 应重点针对数据底板 、模型系统 、知识系统 、感知系统等与相关工程管理单位和水行政主管部门开展协同共建 , 明确具体建设内容 。

c) 应编制信息资源共享目录 , 建立数据共享供需对接及校核纠错机制 。

d) 应接入流域范围内数字孪生水网和数字孪生水利工程建设成果 , 宜实现与流域管理范围内有关水行政主管部门相关系统数据共享及业务协同 。

e) 宜通过数字孪生水利资源共享平台开展行业内资源共享 , 通过全国一体化政务大数据体系开展气象 、应急 、税务等行业外资源共享 。

参 考 文 献

[1] GB/T 22482 水文情报预报规范

[2] GB/T 41479 信息安全技术 网络数据处理安全要求

[3] GB/T 43441.1 信息技术 数字孪生 第 1部分 : 通用要求

[4] GB/T 45800.2 全国一体化政务大数据体系 第 2部分 : 数据共享交换要求

[5] SL/T 213 水利对象分类与编码总则

[6] SL/T 307—2025 水利信息网命名及 IP地址分配规定

[7] 政务数据共享条例 (中华人民共和国国务院令 第 809号 , 2025年)

[8] 国务院办公厅关于印发全国一体化政务大数据体系建设指南的通知 (国办函〔2022〕 102号)

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简介

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