摘 要： 2020年至今，甘肅省水土保持系統(tǒng)已建模塊為甘肅省水土保持智慧化監(jiān)管建立了良好的環(huán)境和數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。但隨著水土保持行業(yè)的持續(xù)發(fā)展、智慧水利技術(shù)架構(gòu)的不斷升級(jí)，以及新技術(shù)的深度廣泛應(yīng)用，現(xiàn)有模塊已不能完全滿足當(dāng)前智慧水土保持管理需求。在已建水土保持業(yè)務(wù)模塊的基礎(chǔ)上，通過補(bǔ)充數(shù)據(jù)資源、完善數(shù)字化場(chǎng)景，創(chuàng)建專業(yè)模型、實(shí)現(xiàn)智慧化模擬，升級(jí)業(yè)務(wù)應(yīng)用、支撐精準(zhǔn)化決策，升級(jí)構(gòu)建甘肅省智慧水保系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)典型水土保持業(yè)務(wù)場(chǎng)景的智慧化計(jì)算與模擬，更全面、科學(xué)、精準(zhǔn)支撐甘肅省水土保持工作決策。

關(guān)鍵詞： 智慧化系統(tǒng)；水土保持；現(xiàn)狀；展望；甘肅省

中圖分類號(hào)： S157" 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： C" DOI：10.3969/j.issn.1000-0941.2025.01.009

［引用格式］ 李瑞平，李文龍，楊樂，等.甘肅省智慧水保系統(tǒng)現(xiàn)狀與展望[J].中國(guó)水土保持，2025（1）：32-35.

2020年至今，甘肅省水利廳堅(jiān)持“整合已建、統(tǒng)籌在建、規(guī)范新建”的建設(shè)思路，按照《甘肅智慧水利建設(shè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)—建設(shè)—采購(gòu)—試運(yùn)行（EPC）總承包—總體設(shè)計(jì)方案》的設(shè)計(jì)要求和建設(shè)任務(wù)，建設(shè)了甘肅省智慧水利大平臺(tái)，全面推進(jìn)了全省水利業(yè)務(wù)與信息技術(shù)的深度融合。其中，水土保持業(yè)務(wù)板塊建設(shè)了相應(yīng)的信息化系統(tǒng)，以全面支撐甘肅省水土保持業(yè)務(wù)管理工作，為甘肅省水土保持智慧化監(jiān)管建立了良好的環(huán)境和數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。為全面提升甘肅省水土保持信息化水平，筆者梳理了甘肅省智慧水保建設(shè)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)，在已建水土保持業(yè)務(wù)模塊的基礎(chǔ)上，將數(shù)字孿生技術(shù)與甘肅省水土保持業(yè)務(wù)場(chǎng)景深度融合，通過補(bǔ)充數(shù)據(jù)資源、創(chuàng)建專業(yè)模型、升級(jí)業(yè)務(wù)應(yīng)用，擴(kuò)建甘肅省智慧水保系統(tǒng)，為甘肅省實(shí)現(xiàn)典型水土保持業(yè)務(wù)場(chǎng)景的智慧化提供參考。

1 甘肅省水土保持系統(tǒng)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

2020年，甘肅省開展了“甘肅智慧水利項(xiàng)目——水土保持系統(tǒng)”建設(shè)，建設(shè)內(nèi)容包括“天地空一體化”感知體系、水土保持信息系統(tǒng)和淤地壩監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)。其中，“天地空一體化”感知體系——淤地壩感知體系包括水位（泥位）監(jiān)測(cè)站、雨量計(jì)、視頻監(jiān)控站、水尺監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)，太陽(yáng)能供電、避雷模塊，通信模塊，主控系統(tǒng)，三維全景攝影測(cè)量系統(tǒng)等；水土保持信息系統(tǒng)包括生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目監(jiān)督管理系統(tǒng)、生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)、遙感監(jiān)管協(xié)同工作系統(tǒng)、目標(biāo)責(zé)任考核系統(tǒng)、移動(dòng)一體化系統(tǒng)、生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目可視化系統(tǒng)等；淤地壩監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)展示系統(tǒng)、淤地壩申報(bào)信息管理系統(tǒng)等。

在甘肅智慧水利2021年度項(xiàng)目中，又補(bǔ)建了淤地壩感知體系及水土保持綜合治理系統(tǒng)。其中，補(bǔ)建的淤地壩感知體系是在2020年度9座試點(diǎn)淤地壩的基礎(chǔ)上，另選取39座淤地壩，以拓展淤地壩智能監(jiān)管應(yīng)用范圍，實(shí)現(xiàn)壩前視頻圖像、雨量、水位、三維全景監(jiān)控，更大限度地發(fā)揮淤地壩在安全度汛方面的作用；水土保持綜合治理系統(tǒng)補(bǔ)建了綜合治理信息展示系統(tǒng)、重點(diǎn)治理工程管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)直報(bào)系統(tǒng)、水土保持綜合治理APP等，形成了省、市、縣三級(jí)用戶過程可控、信息留痕、協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)的電子化、網(wǎng)絡(luò)化管理平臺(tái)。

但隨著水土保持行業(yè)的持續(xù)發(fā)展、智慧水利技術(shù)架構(gòu)的不斷升級(jí)，以及新技術(shù)的深度廣泛應(yīng)用，智慧水土保持建設(shè)要求也在不斷提升，甘肅省水土保持系統(tǒng)現(xiàn)有模塊已不能完全滿足當(dāng)前智慧水土保持管理需求。2022年12月，中共中央辦公廳、國(guó)務(wù)院辦公廳印發(fā)《關(guān)于加強(qiáng)新時(shí)代水土保持工作的意見》，明確要求推進(jìn)遙感、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等現(xiàn)代信息技術(shù)與水土保持深度融合，要圍繞水土流失規(guī)律與機(jī)理、水土保持與水沙關(guān)系、水土保持碳匯能力等加強(qiáng)基礎(chǔ)研究和關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。2024年全國(guó)水利工作會(huì)議指出，要強(qiáng)化水土流失綜合治理，完成土壤侵蝕等模型集成應(yīng)用，提升水利智能業(yè)務(wù)水平?！?024年水土保持工作要點(diǎn)》強(qiáng)調(diào)，要推進(jìn)重要淤地壩“四預(yù)”能力建設(shè)。以上政策的出臺(tái)與實(shí)施，為甘肅省智慧水保深化發(fā)展提供了方向。

2 業(yè)務(wù)模塊現(xiàn)狀及擬建任務(wù)

2.1 補(bǔ)充數(shù)據(jù)資源，完善數(shù)字化場(chǎng)景

截至2024年7月，甘肅省已積累水土保持信息化數(shù)據(jù)共1 786 GB（見表1），年新增數(shù)據(jù)115 GB，基本滿足現(xiàn)有水土保持業(yè)務(wù)信息化場(chǎng)景需求。但對(duì)于水土保持?jǐn)?shù)字化場(chǎng)景而言，目前數(shù)據(jù)量尚不足以全面支撐其應(yīng)用，需進(jìn)行數(shù)據(jù)資源補(bǔ)充。從甘肅省實(shí)際需求出發(fā)，結(jié)合智慧水保建設(shè)思路與發(fā)展現(xiàn)狀[1]，歸納梳理了甘肅省待補(bǔ)充的數(shù)據(jù)資源，見表2。

2.2 創(chuàng)建專業(yè)模型，實(shí)現(xiàn)智慧化模擬

在已建水土保持業(yè)務(wù)系統(tǒng)中，成功應(yīng)用了監(jiān)督監(jiān)管項(xiàng)目信息匹配同步模型、生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目自動(dòng)化識(shí)別模型等，實(shí)現(xiàn)了水土保持監(jiān)督和監(jiān)管業(yè)務(wù)的一體化管理與人為水土流失快速發(fā)現(xiàn)。然而從整體上看，目前甘肅省水土保持系統(tǒng)的智慧化應(yīng)用仍有欠缺，應(yīng)面向甘肅省水土保持高質(zhì)量發(fā)展需求，構(gòu)建水土保持方案智能審查、重點(diǎn)棄渣場(chǎng)水土流失風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、水土流失綜合治理緊迫度計(jì)算、治理措施精準(zhǔn)化配置、綜合治理項(xiàng)目水土保持碳匯能力評(píng)估、重點(diǎn)淤地壩防汛“四預(yù)”、淤地壩風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等專業(yè)模型，以提升甘肅省水土保持工作的科學(xué)化、高效化和精準(zhǔn)化。

2.3 升級(jí)業(yè)務(wù)應(yīng)用，支撐精準(zhǔn)化決策

2.3.1 監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)業(yè)務(wù)應(yīng)用

針對(duì)水土流失監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)業(yè)務(wù)方向，甘肅省暫未開發(fā)建設(shè)本地化業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)。水土流失監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)需要建立水土保持監(jiān)測(cè)站點(diǎn)監(jiān)測(cè)、區(qū)域水土流失監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)等數(shù)字孿生場(chǎng)景[2]。目前，水利部已初步建成全國(guó)水土流失動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)解譯與模型計(jì)算平臺(tái)V1.0，實(shí)現(xiàn)了遙感影像協(xié)同解譯、土壤侵蝕模型計(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)與動(dòng)態(tài)分析、成果審查與報(bào)送等功能[3]，可滿足當(dāng)前甘肅省對(duì)區(qū)域水土流失監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)業(yè)務(wù)信息化的需求。但是，針對(duì)水土保持監(jiān)測(cè)站點(diǎn)監(jiān)測(cè)場(chǎng)景，尚缺少相關(guān)信息化系統(tǒng)支撐。因此，針對(duì)監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)業(yè)務(wù)，可通過建立水土保持監(jiān)測(cè)站點(diǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)字孿生場(chǎng)景及業(yè)務(wù)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)對(duì)甘肅省國(guó)家級(jí)、省級(jí)水土保持監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的數(shù)字孿生體構(gòu)建與可視化展示，支持站點(diǎn)基本信息管理、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控及監(jiān)測(cè)成果的半自動(dòng)流程化整編，具體可包括水土保持監(jiān)測(cè)“一張圖”、監(jiān)測(cè)站點(diǎn)詳情、成果整編管理等模塊。

2.3.2 預(yù)防監(jiān)督業(yè)務(wù)應(yīng)用

針對(duì)人為水土流失預(yù)防監(jiān)督業(yè)務(wù)，甘肅省已完成生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目監(jiān)督管理系統(tǒng)、生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)、遙感監(jiān)管協(xié)同工作系統(tǒng)等的建設(shè)，服務(wù)于14個(gè)市（州）86個(gè)縣（市、區(qū)）水行政主管部門，自2021年投入運(yùn)行以來(lái)，全面支撐了甘肅省生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目的流程化監(jiān)督管理及遙感監(jiān)管工作。然而，當(dāng)前系統(tǒng)在水土保持方案審查、人為水土流失預(yù)報(bào)預(yù)警、重點(diǎn)項(xiàng)目實(shí)時(shí)監(jiān)控等方面仍存在不足，需補(bǔ)充建設(shè)相關(guān)功能模塊，以進(jìn)一步提升水土流失預(yù)防監(jiān)督智慧化水平。在方案智能審查方面，可通過接入多源共享數(shù)據(jù)，從地理位置合理性、程序合規(guī)性兩方面對(duì)待批生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持方案進(jìn)行智能化審查，以提升水土保持方案審查過程智能化水平和審查效率；在人為水土流失風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方面，可基于棄渣場(chǎng)水土流失風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，結(jié)合重點(diǎn)棄渣場(chǎng)基礎(chǔ)信息、無(wú)人機(jī)巡查信息，以及風(fēng)力、降雨等氣象預(yù)報(bào)信息，定期對(duì)棄渣場(chǎng)水土流失風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估；在重點(diǎn)項(xiàng)目實(shí)時(shí)監(jiān)控方面，可接入重點(diǎn)生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目自建視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)（針對(duì)重點(diǎn)水土保持措施、水土流失風(fēng)險(xiǎn)區(qū)），支持水行政主管部門對(duì)生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，以彌補(bǔ)現(xiàn)場(chǎng)水土保持監(jiān)測(cè)、監(jiān)督的盲區(qū)和死角。

2.3.3 綜合治理業(yè)務(wù)應(yīng)用

針對(duì)水土流失綜合治理業(yè)務(wù)，甘肅省已完成重點(diǎn)治理工程管理系統(tǒng)、水土保持綜合治理APP、綜合治理信息展示系統(tǒng)等的建設(shè)，服務(wù)于14個(gè)市（州）86個(gè)縣（市、區(qū)）水行政主管部門，自2022年投入運(yùn)行以來(lái)，全面支撐了甘肅省國(guó)家及省級(jí)小流域綜合治理項(xiàng)目流程化管理及圖斑精細(xì)化管理工作。然而，當(dāng)前系統(tǒng)在綜合治理項(xiàng)目規(guī)劃階段尚存在不足，不能實(shí)現(xiàn)水土流失治理緊迫度計(jì)算和治理措施精準(zhǔn)化配置，需補(bǔ)充建設(shè)相關(guān)功能模塊，以進(jìn)一步提升水土流失綜合治理智慧化水平。在水土流失治理緊迫度計(jì)算方面，可綜合應(yīng)用縣（市、區(qū)）綜合治理緊迫度計(jì)算模型和小流域綜合治理緊迫度模型，逐步細(xì)化綜合治理項(xiàng)目目標(biāo)縣（市、區(qū)）和目標(biāo)小流域，輔助甘肅省水行政主管部門科學(xué)、合理安排水土流失綜合治理項(xiàng)目；在治理措施精準(zhǔn)化配置方面，可以“水保斑”[4]為基本單元，基于決策樹分析模型，綜合分析歷史治理措施、土地利用類型、植被覆蓋度、坡度等下墊面條件，提出精準(zhǔn)化治理措施。

2.3.4 淤地壩管理業(yè)務(wù)應(yīng)用

針對(duì)淤地壩管理，甘肅省已完成淤地壩監(jiān)測(cè)預(yù)警實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)展示系統(tǒng)、淤地壩信息申報(bào)管理系統(tǒng)等的建設(shè)，服務(wù)于22個(gè)縣（市、區(qū)）水行政主管部門，自2021年投入運(yùn)行以來(lái)，全面支撐了淤地壩監(jiān)測(cè)預(yù)警、申報(bào)管理等工作。然而，在衛(wèi)星遙感應(yīng)用、經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ皖A(yù)報(bào)預(yù)警等方面仍存在不足，不能全面滿足重點(diǎn)淤地壩“四預(yù)”、全省淤地壩風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等需求，需補(bǔ)充建設(shè)相關(guān)功能模塊，以進(jìn)一步提升淤地壩安全度汛能力。在監(jiān)測(cè)預(yù)警方面，可補(bǔ)充天基、地基遙感監(jiān)測(cè)手段，基于高分辨率InSAR衛(wèi)星開展典型淤地壩形變監(jiān)測(cè)示范，建設(shè)淤地壩巡查內(nèi)外業(yè)一體化系統(tǒng)，以進(jìn)一步提升淤地壩監(jiān)測(cè)能力，助力淤地壩安全度汛；在重點(diǎn)淤地壩“四預(yù)”系統(tǒng)方面，可基于淤地壩及其控制區(qū)和影響區(qū)的產(chǎn)匯流、水土流失、洪水演進(jìn)、潰壩等模型，進(jìn)行淤地壩洪水預(yù)報(bào)、監(jiān)測(cè)和預(yù)警、淹沒和潰壩過程模擬預(yù)演，以實(shí)現(xiàn)工程調(diào)度和搶險(xiǎn)預(yù)案可視化，輔助水行政主管部門分析模擬重點(diǎn)淤地壩險(xiǎn)情的發(fā)生、發(fā)展、處置過程；在全省淤地壩風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方面，可基于淤地壩風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系，結(jié)合淤地壩質(zhì)量、結(jié)構(gòu)、滲流、最高洪水位、有無(wú)溢洪道、剩余淤積年限、淤積庫(kù)容、有無(wú)防汛道路、有無(wú)預(yù)警系統(tǒng)、有無(wú)防汛預(yù)案、有無(wú)責(zé)任人、下游威脅對(duì)象等影響因子，從水文風(fēng)險(xiǎn)、運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)、管理風(fēng)險(xiǎn)、工程風(fēng)險(xiǎn)、危害等方面全面評(píng)估全省淤地壩風(fēng)險(xiǎn)狀況，輔助水行政主管部門對(duì)全省淤地壩進(jìn)行分級(jí)管理。

2.3.5 碳匯能力評(píng)估業(yè)務(wù)應(yīng)用

針對(duì)碳匯能力評(píng)估，甘肅省暫未開發(fā)建設(shè)本地化業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)。挖掘水土保持碳匯潛力，建立小流域綜合治理項(xiàng)目碳匯管理系統(tǒng)，符合國(guó)務(wù)院《2030年前碳達(dá)峰行動(dòng)方案》工作要求[5]。通過水土保持措施保碳、減排、增匯能力評(píng)估公式，結(jié)合土壤有機(jī)碳含量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)小流域綜合治理項(xiàng)目碳匯量計(jì)算，為綜合治理項(xiàng)目水土保持碳匯價(jià)值的實(shí)現(xiàn)奠定數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，具體可包括碳匯監(jiān)測(cè)與核算、專題圖制作、統(tǒng)計(jì)分析等模塊。

3 系統(tǒng)總體架構(gòu)

將已建基礎(chǔ)與擬建任務(wù)進(jìn)行集成、融合，采用“四橫兩縱”總體架構(gòu)設(shè)計(jì)（見圖1），構(gòu)建甘肅省智慧水保系統(tǒng)。其中“四橫”包括基礎(chǔ)設(shè)施、水土保持?jǐn)?shù)據(jù)底板、水土保持智能化模型、水土保持智慧化應(yīng)用模塊，“兩縱”包括標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系、安全體系模塊。圖1中白色代表甘肅省已建基礎(chǔ)，深灰色代表擬建模塊，淺灰色代表已建架構(gòu)需后續(xù)全面升級(jí)。系統(tǒng)建成后，將拓展甘肅省水土保持信息化深度和廣度，全面支撐甘肅省水土保持?jǐn)?shù)字化管理與精準(zhǔn)化決策。

4 結(jié)束語(yǔ)

基于甘肅省智慧水利總體架構(gòu)，采用數(shù)字孿生模擬可視化技術(shù)，在與已建系統(tǒng)集成融合的基礎(chǔ)上，結(jié)合新時(shí)代智慧化發(fā)展要求，不斷補(bǔ)建水土保持業(yè)務(wù)模塊，逐步升級(jí)完善系統(tǒng)平臺(tái)，可以科學(xué)、合理、有效地提升甘肅省水土保持智慧化管理水平。然而，在水土保持智慧系統(tǒng)建設(shè)中仍面臨一些困難與不確定性：①數(shù)據(jù)“壁壘”仍存在，需打通與發(fā)展改革、住建等部門的數(shù)據(jù)共享渠道；②對(duì)于重點(diǎn)棄渣場(chǎng)水土流失風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、水土保持碳匯能力評(píng)估和重點(diǎn)淤地壩防汛“四預(yù)”等模型，其參數(shù)的選擇與率定需符合甘肅省本地化要求；③開展高分辨率InSAR衛(wèi)星淤地壩形變監(jiān)測(cè)時(shí)，需探索研究高分辨率InSAR衛(wèi)星在淤地壩形變方面的應(yīng)用廣度和監(jiān)測(cè)精度。以上問題還需逐一深入分析探討，進(jìn)行可行性研究與設(shè)計(jì)方案細(xì)化，可考慮分期逐步開展智慧化模塊建設(shè)。

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（責(zé)任編輯 張緒蘭）