近日，水利部信息中心发布关于征求《数字孪生水网建设技术导则（征求意见稿）》，向有关单位及专家征求意见。全文如下
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数字孪生水网建设技术导则
1 范围
本文件规定了数字孪生水网的总体框架，以及信息化基础设施、数字孪生平台的基本技术要求，并对数字孪生水网的业务应用、安全体系、保障体系、共建共享等建设提出了要求。
本文件适用于国家骨干网、省级水网、市级水网、县级水网的数字孪生水网建设。
2 规范性引用文件
下列文件对于本标准的应用是必不可少的。凡是注日期的引用标准，仅注日期的版本适用于本标准。凡是不注日期的引用标准，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB/T 22239 《信息安全技术 网络安全等级保护基本要求》
GB/T 22240 《信息安全技术 网络安全等级保护定级指南》
GB/T 25058 《信息安全技术 网络安全等级保护实施指南》
GB/T 25070 《信息安全技术 网络安全等级保护安全设计技术要求》
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 50174 《数据中心设计规范》
GB/T 40087 《地球空间网格编码规则》
GB/T 50138 《水位观测标准》
GB/T 50179 《河流流量测验规范》
GB/T 21303 《灌溉渠道系统量水规范》
SL/T 812.1 《水利监测数据传输规约 第1部分：总则》
SL 21 《降水量观测规范》
SL 34 《水文站网规划技术导则》
SL 337《声学多普勒流量测验规范》
SL 427《水资源监测数据传输规约》
SL 443 《水文缆道测验规范》
SL 537 《水工建筑物与堰槽测流规范》
SL 339 《水库水文泥沙观测规范》
SL 365 《水资源水量监测技术导则》
SL 183 《地下水监测规范》
SL 364 《土壤墒情监测规范》
SL 219 《水环境监测规范》
SL 197 《水利水电工程测量规范》
SL 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 725 《水利水电工程安全监测设计规范》
SL 766 《大坝安全监测系统鉴定技术规范》
SL 768 《水闸安全监测技术规范》
SL 794 《堤防工程安全监测技术规程》
SL/T 783 《水利数据交换规约》
3 术语和定义
下列术语和定义适用于本文件
3.1
国家水网 national water network
国家水网是以自然河湖为基础、引调排水工程为通道、调蓄工程为结点、智慧调控为手段，集水资源优化配置、流域防洪减灾、水生态系统保护等功能于一体的综合体系。国家水网分为国家骨干网、省级水网、市级水网和县级水网。
3.2
数字孪生水网 digital twin of water network
数字孪生水网是以物理水网为单元、时空数据为底座、数学模型为核心、水利知识为驱动，对物理水网全要素和建设运行全过程进行数字映射、智能模拟、前瞻预演，与物理水网同步仿真运行、虚实交互、迭代优化，实现对物理水网的实时监控、调度管理、风险防范的新型基础设施。
3.3
数字孪生平台 platform of digital twin
用于表达和管理物理水网全要素和建设运行全过程的数据、模型和知识等信息资源，具备数字映射、智能模拟、前瞻预演等通用功能，能够为水利业务应用提供信息资源与服务支撑的基础应用体系，由数据底板、模型平台和知识平台组成。
3.4
数据底板 data baseboard
对物理水网全要素和建设运行全过程实现数据一体化应用服务的数据要素、数据组织及软件工具的总称，由数据资源、数据模型和数据引擎等构成。
3.5
模型平台 model platform
对物理水网全要素和建设运行全过程实现模型一体化应用服务的模型组件及管理软件的总称，由模型库和模拟仿真引擎等构成。
3.6
知识平台 knowledge platform
对物理水网全要素和建设运行全过程实现知识一体化应用服务的知识内容和知识工具的总称，由知识库、智能模型和人工智能引擎等构成。
4 缩略语
下列缩略语适用于本文件。
BIM 建筑信息模型 （Building Information Modeling）
DEM 数字高程模型（Digital Elevation Model）
DOM 数字正射影像图（Digital Orthophoto Map）
DSM 数字表面模型（Digital Surface Model）
GIS 地理信息系统（Geographic Information System）
PLC 可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller）
SCADA 数据采集与监视控制系统（Supervisory Control And Data Acquisition）
5 总则
数字孪生水网建设应符合下列要求：
a)应锚定“系统完备、安全可靠，集约高效、绿色智能，循环通畅、调控有序”的国家水网建设目标，遵循“需求牵引、应用至上、数字赋能、提升能力”要求，强化算据、算法、算力建设，实现物理水网全要素和建设运行全过程的数字化映射、智能化模拟、前瞻性预演，推动数字孪生水网与物理水网同步仿真运行、虚实交互、迭代优化，支撑水网“四预”（预报、预警、预演、预案）功能实现，提高水网智能化监控水平和安全保障能力；
b)数字孪生水网应与物理水网同步规划、设计、建设、运行，应覆盖物理水网的“纲、目、结”对象并兼顾影响范围；
c)应按照“整合已建、统筹在建、规范新建”要求，利用已有信息化基础设施及国家新型基础设施，与数字孪生流域、数字孪生水利工程建设成果资源整合、共建共用，实现各类资源的集约节约利用和互通共享，避免重复建设。同一单位应建设统一的数字孪生平台，省级、市级、县级数字孪生水网建设应充分考虑并利用水利部的数字孪生平台，通过整合资源和技术，确保数据和模型的统一性和兼容性，提高建设效率和效果；
d)应重点围绕水网联合调度决策、水网安全运行监控等业务需求开展建设，强化云计算、大数据、物联网、人工智能、卫星遥感等新技术融合，持续开展数据动态更新和功能迭代优化；
e)应按照相关法律法规和标准规范要求，构建安全可靠的网络和数据安全体系，保障网络等基础设施、数据和信息系统安全，应优先采用自主可控的软硬件产品。
6 数字孪生水网体系架构
6.1 总体框架
数字孪生水网应包括信息化基础设施、数字孪生平台、业务应用、安全体系、保障体系。
图 { SEQ 图 \* ARABIC |1}数字孪生水网总体框架
6.2 组成
6.2.1 信息化基础设施
主要包括监测感知网、水利信息网、水利云等。其中监测感知网包括水文水资源、水质、水网工程工情及安全等监测要素，水利信息网包括业务网、工控网，水利云包括计算资源、存储资源及物理环境等。
6.2.2 数字孪生平台
主要包括数据底板、模型平台、知识平台等，数据底板为模型平台、智能模型和知识平台提供算据，模型平台为业务应用提供算法，知识平台为业务应用提供智能分析服务，共同支撑水网联合调度决策和水网安全运行监控的业务应用。数据底板包括数据资源、数据模型、数据引擎等，模型平台包括水网专业模型库、模拟仿真引擎等，知识平台包括水网知识库、智能模型、水网人工智能引擎等。
6.2.3 业务应用
主要包括水网联合调度决策和水网安全运行监控等。水网联合调度决策包括水资源调度、防洪排涝调度、水生态调度、应急调度等，水网安全运行监控包括水网运行监视、水网工程管控、应急事件处置、日常业务管理等。
6.2.4安全体系
包括网络安全、数据安全等。
6.2.5 保障体系
包括组织机制、科技攻关、标准规范等。
6.3 内在联系
a)数据底板是基于信息化基础设施的支撑，汇聚水网传输的各类数据，利用数据引擎处理后为模型平台、知识平台和业务应用提供数据服务；
b)模型平台对物理水网全要素和建设运行全过程进行模拟仿真和前瞻预演，为水网业务应用提供“算法”服务；
c)知识平台通过人工智能引擎组织、推理支撑研判和决策，为水网业务应用提供智能交互和分析服务；
d)业务应用是数字孪生水网的具体实践环节，基于信息化基础设施及数字孪生平台的支撑，实现水网联合调度及水网安全运行监控；
e)数据底板、模型平台、知识平台、业务应用紧密交织，构建高度集成且功能完备的动态数字孪生水网平台。
7 信息化基础设施
7.1 监测感知网
7.1.1 总体要求
a)应充分共享数字孪生流域和数字孪生工程监测感知数据，按照应设尽设、应测尽测、应在线尽在线的原则，构建覆盖自然河湖、水网工程和取用水单元等对象的“天空地水工”一体化监测感知体系；
b)监测站网宜加强常规监测与应急监测能力建设，升级改造传统监测设备，按需扩展监测项目、加大监测范围与密度、提高监测精度与频次，应满足SL/T 812.1要求，宜选用具备自动测报、多种通信、断电存储、故障报警、低功耗等功能的产品；
c)应加强气象卫星、天气雷达、测雨雷达、航空遥感、激光雷达、无人机、高清视频、光纤传感与视频联动、地面机器人、无人船、水下机器人等现代监测技术应用；
d)宜按照雨水情监测预报“三道防线”要求，科学布设水利测雨雷达，以及雨量、水文监测设施；
e)宜建设北斗短报文、卫星通信、自组网等应急通信措施，保障极端情况下监测信息报送和预警信息发布；
f)在时间敏感、数据敏感或带宽资源占用巨大的监测告警、智能图像等应用场景中，宜构建边缘计算网络；
g)重要水网工程的监测设施或涉及水网工程调度运行的重要监测设施应采用供电备份、设备备份等冗余模式；
h)宜采用密码技术加强传感器设备的可信接入和数据安全传输。
7.1.2 水文水资源监测
7.1.2.1 雨量监测
应在充分共享数字孪生流域和数字孪生工程雨量站基础上，按照引调水工程、调蓄工程、取用水单元等雨量监测需要布设水利测雨雷达和雨量自动监测站，雨量监测应符合SL 21、SL 34要求。
7.1.2.2 水位监测
a)宜根据水网水资源调度、防洪排涝调度、水生态调度等水位监测需要，布设水位自动监测站，水位监测应符合GB/T 50138要求；
b)应充分共享流域管理机构、地方水行政主管部门水文站的监测数据。
7.1.2.3 流量监测
a)宜根据水网水资源调度、防洪排涝调度、水生态调度等流量监测需要，布设流量自动监测站，流量监测应符合GB 50179、GB/T 21303、SL 337、SL 427、SL 443、SL 537、SL 339、SL 365要求；
b)应充分共享流域管理机构、地方水行政主管部门水文站的监测数据；
c)可综合利用水文学方法计算对流量监测进行补充。
7.1.2.4 地下水监测
a)宜根据灌区、水厂、直接取水用户等取用水单元的地下水取用水量和水位监测需要布设地下水自动监测站，地下水取用水量和水位监测应符合SL 183要求；
b)地下水监测站应兼顾与水文监测站的统一规划与配套监测，可共享自然资源等部门地下水监测站的监测数据；
c)地下水超采区、大型及特大型地下水水源地、次生盐渍化区等特殊类型区的监测站布设密度可适当加密。
7.1.2.5 墒情监测
a)宜根据灌区的田间土壤含水量及对应作物水分状态监测需要，布设墒情自动监测站，土壤墒情监测应符合SL 364要求；
b)墒情监测站应遵循单站对应耕地面积与行政单元相结合的布设原则，并与相关水文站网协调，可共享气象、农业等部门墒情站的土壤监测数据；
c)易旱地区、雨养农业区、水资源短缺地区、粮食主产区等应适当增加墒情监测站的密度。
7.1.3 水质监测
a)宜根据水网水资源调度、水生态调度等水质监测需要，布设水质自动监测站，水质监测应符合SL 219要求；
b)水质监测站应兼顾与水文监测站的统一规划与配套监测，可共享生态环境等部门水质监测站的监测数据。
7.1.4 水网工程工情及安全监测
7.1.4.1 一般要求
a)应覆盖水网工程建（构）筑物、金属结构、机电设备等，大型和有条件的中型水利工程监测项目应包括变形监测、渗流监测、应力应变、环境监测、运行状态监测、险情监测、专项监测与巡视检查等；
b)应根据工程类型、建筑物结构型式、运行工况和载荷等边界条件，在代表性或控制性部位布设监测断面，监测工程各部位的工作状态；
c)应满足SL 197、SL 551、SL 601、SL 725、SL 766、SL 768、SL 794等要求的安全监测设施及监测精度和频次，宜通过工程安全风险分析、安全监测系统评价鉴定等方式确定监测项目、监测点位布置、精度与监测频次并更新完善监测设施；
d)宜构建基于星载平台（北斗卫星、InSAR卫星等）、航空平台（无人机等）、地面平台（高精度三维激光扫描仪等）的多源立体监测系统，实现对水网工程全域安全隐患的早期识别与重点监测；
e)重大水利工程应建设易于操作和维护的安全自动化监测系统，系统应具备实时监测、自动报送、综合展示、数据管理分析、预警发布等功能，同时应具备极端工况下信息采集、报送能力；
f)遇超标准洪水、特大暴雨、强地震等特殊情况或巡视检查等发现工程异常时应增加监测频次。
7.1.4.2 变形监测
a)应对工程内部变形和外部变形开展监测，可根据工程实际选择水平位移与挠度、垂直位移与倾斜、裂缝及接缝变形、净空收敛等监测项目，监测要求参照SL 601和SL 551；
b)宜采用北斗卫星定位系统开展高精度变形监测和高实时性变形监测；
c)宜采用合成孔径雷达干涉测量等技术对工程水工建筑物形变进行监测。
7.1.4.3 渗流监测
a)应实时对工程渗流进行监测，可根据工程实际选择扬压力监测、渗流压力监测、绕坝渗流监测、渗漏流量监测等监测项目；
b)应根据工程实际确定监测压力、渗流流量等精度要求。
7.1.4.4 应力应变监测
应对工程应力应变进行实时或定期监测，可根据工程实际选择结构内部应力应变监测、支护工程应力应变监测等监测项目。
7.1.4.5 环境量监测
应对工程环境量进行实时或定期监测，可根据工程实际选择水温、气温、大气压力、冰压力、坝前淤积及下游冲刷等监测项目。
7.1.4.6 运行状态监测
a)应对工程运行状态进行实时监测，可根据工程实际选择闸门开度、荷载、过流量、启闭时间，泵站流量、实时负荷、启停时间等监测项目；
b)应对工程主要机电设备的电气参数、温度、振动、噪声等进行实时监测。
7.1.4.7 险情监测
应对工程险情位置进行定期监测，可根据工程实际选择散浸、漏洞、管涌和流土、滑坡、塌坑、漫顶、严重淘刷、裂缝等监测项目。
7.1.4.8 专项监测
a)可根据工程实际选择水力学监测、冰凌监测、白蚁监测等检测项目；
b)水力学监测包括水流流态、水面线、动水压力、波浪、水流流速、消能、冲刷等；
c)冰凌监测包括静冰压力、动冰压力、冰厚、冰温等；
d)白蚁多发区域应设置白蚁监测设施，监测站点部署和监测内容参照T/CHES 43。
7.1.4.9 巡视检查
宜采用机器人巡查、无人机巡查、人工巡查、视频监控等方式对主要水工建（构）筑物、金属结构及机电设备和其他重点管理和保护范围进行巡视检查。
7.1.4.10 安防监测
应对水网工程重要部位和核心生产区进行实时在线监控。水网工程重要部位和核心生产区域应采用光纤传感与视频联动方案，需实现全天候无漏报，低误报。
7.2 水利信息网
7.2.1 网络分区
a)数字孪生水网网络应按功能分为业务网、工控网；
b)业务网宜分为业务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），如下图2所示。
图 { SEQ 图 \* ARABIC |2}数字孪生水网网络功能分区图
7.2.2 功能分区
a)控制工程设备运行的系统、模块，PLC、SCADA等应部署于实时控制区；
b)工控系统监测与管理系统、模块，运行监测、故障诊断、生产数据分析等系统宜部署于过程监控区；
c)数字孪生平台、水网业务应用等宜部署于业务管理区；
d)对互联网提供服务的系统应部署于互联网服务区。
7.2.3 业务网
a)应接入上级单位水利业务网，实现与各级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隔离，涉密信息应采取密码技术进行数据传输加密保护；
c)宜通过租赁专线、租赁裸光纤、自建光纤等方式连接，业务网应满足业务调用、模型支撑、数据传输和用户数量的需求。可考虑汛期带宽在非汛期带宽基础上弹性扩展；
d)互联网服务区应结合网络结构，采用双链路（不同路由）或环网链路满足冗余设计。若双链路（不同路由）或环网链路均为租用模式，应选用不同运营商；
e)网络建设宜考虑异地灾备所需的网络资源。
7.2.4 工控网
数字孪生水网工控网与上级单位工控网连接时，应分别连接实时控制区与过程监控区，采用防火墙、网闸等网络安全措施进行隔离，涉密信息应采取密码技术进行数据传输加密保护。
a)宜建设工程自动化控制系统，对工程发电机组、泵站及水闸等进行自动化控制；
b)工程自动化控制系统应具备运行监控功能，可通过数据外发、传感器检测、视频识别、声纹监测等方式实现对设备运转状态的实时监测；
c)工程自动化控制系统可采用现地控制和远程控制。
7.3 水利云
7.3.1 计算资源
a)应根据数字孪生水网业务需求，考虑孪生平台计算资源的复用性和不同精度的计算需求，确定计算资源规模；
b)结合数字孪生水网算力需求和业务管理，宜采用自建计算资源、租用计算资源、共享政务云等方式部署；
c)宜根据数字孪生水网模型计算、“四预”等高精度计算场景需求，在通用计算基础上部署高性能计算资源；
d)宜根据数字孪生平台智能模型计算需求，配备必要的人工智能算力资源；
e)宜在当前需求基础上预留冗余和发展空间，满足后续功能扩展升级需要；
f)汛期或其他突发情况导致现地计算能力不足时，宜采用共享上级单位计算资源等方式。
7.3.2 存储资源
a)应结合数字孪生水网业务应用、模型平台、知识平台等数据存储需求，采用块存储、对象存储、文件存储等方式存储结构化和非结构化数据；
b)宜考虑本地备份及异地灾备存储设施；
c)宜在当前需求基础上预留适当冗余和发展空间，满足后续功能扩展升级需要。
7.3.3 物理环境
a)应根据机房重要性、机房使用性质及管理要求确定建设级别，应按照GB 50174要求开展机房建设；
b)对涉及国家秘密或企业对商业信息有保密要求的电子信息系统机房,应设置电磁屏蔽室,电磁屏蔽室的性能指标应依据国家相关标准执行。
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
a)应包括基础数据、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；
b)宜在水利一张图基础上升级扩展，包括扩充数据类型、明确数据范围、规范数据组织、提升数据质量；
c)应运用数据治理等技术保障数据的真实性、唯一性、完整性、关联性、实时性；
d)空间基准要求：
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。
e)时间基准要求：
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
a)应根据业务需求广泛获取各类水利对象的主要属性数据和空间数据，宜包括流域、河流、湖泊等江河湖泊类对象，各类水网工程、机电设备等工程类对象，水文水资源监测站、工程安全监测点、水事影像监控点等监测站（点）类对象，工程运行管理机构、人员、资产等工程管理类对象；
b)数据库表结构应执行SL/T 809，应对所有对象进行统一编码，并根据业务需要实时或定期更新。
8.1.1.3 监测数据
a)应根据需求通过各类监测感知手段获取各类水利对象状态属性，宜包括水文水资源、水质、水网工程安全运行、卫星遥感及其他监测数据；
b)数据库表结构应执行SL 323、SL 380、SL 513等，并根据业务需要实时或定期更新。
8.1.1.4 业务管理数据
应获取业务管理中产生的数据，主要包括水网联合调度决策、水网安全运行监控等业务数据。
8.1.1.5 跨行业共享数据
a)宜从气象、自然资源、生态环境、农业、交通等相关部门共享获取水网区域的墒情、地下水、水质、人口、土地利用、航运、能源等数据；
b)应根据业务需要及时更新。
8.1.1.6 地理空间数据
a)宜包括DOM、DEM/DSM、倾斜摄影模型、激光点云模型、河道断面、BIM等数据，按照数据精度和适用范围分为L1、L2、L3三级；
b)L1级适用于全国范围的中低精度地理空间数据，宜包括DOM和DEM/DSM等数据；
c)L2级适用于大江大河及主要支流重要河段（含堤防）、重要湖泊、国家蓄滞洪区、水土保持重点区、重要受水区、重要水利工程保护范围，以及水网联合调度、水网安全运行监控等重要业务重点关注区域的中高精度地理空间数据，宜包括DOM、DEM/DSM、倾斜摄影模型、激光点云模型、河道断面等数据；
d)L3级适用于重要水网工程管理范围、工程水工建（构）筑物区域的高精度地理空间数据，宜包括DOM、DEM/DSM、倾斜摄影模型、激光点云模型、河道断面、BIM等数据。
8.1.2 数据模型
8.1.2.1 水网数据模型
水网数据模型执行SL/T 213开展水利对象分类，对基础数据、监测数据、业务管理数据、跨行业共享数据、地理空间数据等进行统一组织，完整描述水利对象的空间特征、业务特征、关系特征和时间特征。
8.1.2.2 水网网格模型
a)水网网格模型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执行GB/T 40087；
c)宜根据行政区划、水网分区和仿真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
a)对基础、监测、业务管理、跨行业共享和地理空间等数据，应具有实时与离线的平台化归集能力；
b)各类数据应依托已有成果接入，可通过监测感知、业务管理系统、一体化政务服务平台、实景三维中国建设等途径归集。
8.1.3.2 数据治理
应对归集后的多源数据进行统一清洗和管理，数据治理应执行GB/T 44109。
8.1.3.3 数据挖掘
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水网全要素间的关系及水网工程管理活动全过程的规律；
b)宜对数据资源进行描述性、诊断性、预测性和因果性分析。
8.1.3.4 数据服务
宜包括地图服务、数据资源目录服务和数据共享服务等内容，地图服务应执行GB/T 40525、GB/T 40767、SL/T 801，数据资源目录服务应执行SL/T 799，数据共享服务应执行SL/T 783。
8.2 模型平台
8.2.1 一般要求
a)应构建集水文、水资源、水力学、水工程调度、水工程安全等模型为一体的水网专业模型库，通过模拟仿真引擎实现水网业务场景配置、调度分析、综合展示等功能，为水网业务“四预”应用提供模拟计算依据；
b)模型平台建设内容应包括水网专业模型库和模拟仿真引擎；
c)模型平台宜按照“组件化、模块化、标准化”的原则构建，应统一模型的调用、共享和接口等技术标准；
d)模型平台应具备良好的扩展能力、迭代能力和模型管理能力。
8.2.1 水网专业模型库
8.2.1.1水网专业模型构建
a)宜结合水网调度业务应用需求，按照机理分析模型、数理统计模型、混合模型等三类，构建水文、水资源、水力学、水生态环境、水工程调度、水工程安全等模型，可按需建设泥沙动力学、水土保持等模型，模型应具有来水预报、水资源调配、洪水及调水演进、水质预测等模拟功能；
b)水文模型宜包括气象预报、产汇流模型、洪水预报模型、旱情预报模型等；
c)水资源模型宜包括径流预报模型、可供水量分析模型、需水预测模型、水量分配模型、水量调度模型、水资源评价模型等；
d)水力学模型宜包括河渠水力学模型、湖库水力学模型、管涵瞬变流及稳态流计算模型、河渠冰动力学模型、台风暴潮模型等；
e)水生态环境模型宜包括水质模拟与预测模型、污染物输移扩散模型、水生态（水华、富营养化等）预测模型等；
f)水网工程调度模型宜包括工程供水调度模型、防洪调度模型、水生态调度模型、各类突发水事件应急调度模型等；
g)水网工程安全模型宜包括工程安全分析模型、工程安全评价模型、工程安全风险预警模型、机电设备风险分析及故障诊断模型等。
8.2.1.2水网专业模型技术要求
a)应根据水网自身特点，围绕水网联合调度决策、水网安全运行监控等业务需求，确定所需构建的水文、水资源、水力学、水工程调度、水工程安全等水网专业模型集合，水网专业模型的构建宜充分整合利用已建模型相关研究成果；
b)宜根据业务应用场景，综合运用机理分析模型、数理统计模型和混合模型；
c)水网专业模型构建尺度和范围宜根据业务需求确定，确保模型边界封闭；
d)水网专业模型应满足可封装、可部署、可上架、可订阅等技术要求，模型的输入输出标准化结构应依据《水利部数字孪生平台水利专业模型输入输出数据结构规范（试行）》开展，模型的通用化封装应依据《水利部数字孪生平台水利专业模型封装技术要求（试行）》进行；
e)模型计算的精度可参考GB/T 22482等要求，计算效率应满足实时辅助决策的需求；
f)水网专业模型宜支持参数在线率定、仿真计算结果验证及实时校正；
g)宜利用模型试验、水利大数据、人工智能等技术手段，迭代优化模型及参数，提升模型的精度和性能。
8.2.2 模拟仿真引擎
模拟仿真引擎构建总体上宜开展注册、适配、管理、前处理、调度计算、后处理、评价等阶段工作。
8.2.2.1 模型注册
a)模型注册应能实现水文、水资源、水力学、水生态环境、水工程调度、水工程安全等模型组件及相关前后处理工具的注册管理及发布；
b) 模型组件及工具组件经注册后，应可供用户在建模、计算模块中调用；
c)模型组件注册宜包括基础信息维护、组件上传、输入输出数据项定义、建模工具配置、模型测试等功能；
d)工具组件注册宜包括基础信息维护、组件上传、输入输出数据项定义、组件配置、工具测试等功能。
8.2.2.2 模型适配
a)应针对水网特色业务场景做适配改造，满足业务应用需求；
b)应满足国产化适配要求，包括硬件适配、操作系统适配、数据库适配、算力集群适配等。
8.2.2.3 流程管理
a)应针对具体业务场景，实现水网专业模型工作流的编排，调用的水网专业模型集合应支持不同业务、不同场景、不同调度目标的配置和演算；
b)宜利用组件、工作流、容器编排等技术实现模型及相关工具集的组装编排、加载调用、方案构建、参数传递、模型耦合等功能。
8.2.2.4 模型前处理
a)应具备场景展示、参数配置、边界条件加载、数据预处理、调度条件设置、网格剖分等功能；
b)场景展示宜包括支持常见遥感影像、高程、倾斜摄影等 GIS 数据的加载和渲染，水利一张图矢量展示，水位、流量、水质等动态监测信息展示；
c)参数配置应包括水文模型、水资源模型、水力学模型等中的计算系数确定；
d)边界条件加载宜包括雨量、流量、水位、水量、水质等边界加载；
e)数据预处理应能处理模型应用涉及到的水文、水资源、地形等多种数据，以准备其用于水文模型、水动力模型、水资源模型、水生态环境模型等方面的建模；
f)调度条件设置宜包括对水库、水闸、泵站、口门等调度运用条件的设置；
g)网格剖分宜包括水力学模型的网格形式及大小剖分、局部加密优化等。
8.2.2.5 计算调度
a)模型的计算任务宜基于容器的调度引擎实现，调度引擎将计算资源集节点划分为管理节点和工作节点，其中管理节点通过运行与资源管理相关的一组进程来实现对整个资源的管理；
b)可采用数据并行、模型并行和物理架构并平行三种方式实现模型的并行调度。
8.2.2.6 模型后处理
a)应具备场景配置、调度分析、综合展示等功能；
b)场景配置功能宜根据模型计算结果和渲染展示等需要，合理抽取组织数据资源和模型资源，配置形成模拟仿真场景；
c)调度分析应能对不同调度计算方案进行成果对比分析；
d)综合展示应满足不同方案、不同模型计算结果的展示需求，实现模拟仿真场景、模型计算结果等的融合展示与仿真渲染。
8.2.2.7 模型评价
a)模型评价应能够对上传至模型平台的水网专业模型引擎及具体实例进行评价管理工作，研发功能及内容主要涵盖评价指标确定、评价数据集、评价流程、评价结果管理等方面；
b)宜包括模型引擎的计算效率、计算稳定性、计算准确度（精度）、输入输出规范性，模型典型案例应用情况，模型评价认证及结果管理。
8.3 知识平台
8.3.1 一般要求
a)建设目标是打造集水利信息智能处理、知识资源高效运营、场景化智慧应用为一体的综合性智能体系，通过水网知识智能引擎向水网业务的“四预”应用提供知识依据，支撑水网业务的智能管理、精准研判和科学决策。
b)数字孪生水网知识平台的建设内容应包括水网知识库和人工智能引擎；
c)应随着水网运行数据的积累，以及信息技术迭代更新，对水网知识平台进行动态优化；
d)宜利用大模型驱动和运用水网知识库、组合调用专业模型，为水网业务应用提供决策支持。
8.3.2 水网知识库
水网知识库应包括水网对象及其关系库、方案预案库、业务规则库、历史场景库等：
a)水网对象及其关系库应以知识图谱的形式描述物理水网中的自然河湖、水网工程和水网对象管理活动等实体及其关联关系，包括水网物理对象及其关系、水网调配概念及其关系等内容；
b)方案预案库应在存储特定场景下的预报调度方案基础上，能对以数据或文本形式记录的气象水文预报、洪水预报、水文监测、水网工程安全监测、水网工程调度预案及执行过程等进行结构化、参数化和数字化处理，并与相关水网对象动态关联，形成特定场景下预报调度模型运行设置，并推荐与用户需求最匹配的预报调度方案知识；
c)业务规则库应将水网相关的法律法规、规程规范、技术标准、技术方案等文档内容进行结构化处理，通过对水网调度运行管理的各项业务规则进行抽取、表示和管理，形成可组合应用的结构化规则集，提供针对各种业务应用场景的智能问答与搜索等服务；
d)历史场景库应存储管理水网调配历史场景的场景特征、事件成因、调度处置过程、调度处置效果及经验等内容，应能对典型历史洪水、干旱、突发事件处置等场景的关键过程及主要应对措施进行复盘，对场景进行过程重建、特征标注，支撑相似场景的快速查找，为同类事件的预案预演模拟和决策提供依据。
8.3.3 智能模型
智能模型通过整合数据底板、模型库及知识库资源，利用模拟仿真引擎、水网人工智能引擎，开展进行智能模型分析和模拟，支撑水网联合调度决策和安全运行监控等业务。智能模型应包括多模态模型、决策模型、文字文本生成模型、智能识别模型等：
a)多模态模型能够处理和融合来自不同模态的数据，如文本、图像、视频等，应具备数据处理和融合能力，能够从多种数据源中提取有价值的信息，并进行综合分析，以提供更全面的决策支持；
b)决策模型通过分析和模拟不同的水网场景，辅助选择最优决策方案，应具备高效的计算能力和灵活的模拟能力，能够快速响应不同的输入条件，并提供可靠的决策建议；
c)文本生成模型能够根据输入的数据或指令，自动生成自然语言文本，应具备语言理解和生成能力，能够生成准确、流畅且符合专业领域要求的文本描述或报告；
d)智能识别模型能够识别和分类卫星遥感、图像、视频、音频等数据的目标和特征，应具备高精度的识别能力和自我学习能力，能够在复杂的环境中准确识别和分类不同的目标。
8.3.4 水网人工智能引擎
水网人工智能引擎将水网知识进行组织、推理后，形成支撑研判、决策的信息，为业务提供智能化服务。水网人工智能该引擎应包括当具备语义理解、知识发现、逻辑编排、工具调用等功能：
a)语义理解应能够解析用户提出的问题或指令，并将其转换为一种更加标准化或结构化的形式，便于后续处理。包括识别用户表述中的关键词或短语、理解潜在含义、纠正语法错误、填补信息空缺等。
b)知识发现应在理解用户意图后，调用已有的知识库或外部资源，生成准确的回答或执行复杂的推理计算等。
c)逻辑编排应在分析明确任务目标基础上，对任务进行拆解，并进行技能匹配，分配给最适合的执行者或系统模块来完成。
d)工具调用应能考虑模块间的依赖关系、优先级及并发控制，智能调用相应的技能或服务模块，包括外部API接口交互、数据库查询、知识图谱检索等。工具调用还应具备动态适应能力，能够根据任务执行状态，如资源占用情况、外部服务响应时间等，灵活调整策略。
9 业务应用
9.1 一般要求
a)应根据具体业务需求，归集多源数据资源，有序组合调用模型平台中的专业模型和知识平台中的水网知识库，实现水网全要素预报、预警、预演、预案功能，为水网精准调度、安全运行、科学决策等提供支撑。
b)业务应用应包括水网联合调度决策、水网安全运行监控等。
c)专业模型和水网知识库的组织调用可通过模拟仿真引擎和人工智能引擎实现，或是通过智能模型实现。
d)应考虑水网的层级及区域特点、实际业务功能需求、不同用户的工作重点等，开展业务应用功能设计。
e)数字孪生水网的业务应用建设应充分考虑算据、算法、算力的支持能力。
f)应充分应用云计算、大数据、物联网、人工智能、卫星遥感、5G、区块链、建筑信息模型（BIM）等信息技术，提升智能化服务水平。
9.2 水网联合调度决策
水网联合调度决策业务应开展水资源调度、防洪排涝调度、水生态调度、应急调度等场景 “四预”功能建设。
9.2.1 水资源调度
水资源调度业务应包括水资源态势感知、调度计划制定、调度管控等功能模块，支撑高效精准配水调水，实现水网的水资源统一调度管理。
a)水资源态势感知功能模块建设应利用水资源实时监测信息和水文气象预报结果，调用模型平台中的水资源模型（径流预报模型、来水预测模型、需水预测模型、水资源优化配置模型等），以及知识平台中的相关规则、历史数据等，对水网水资源供需平衡态势进行分析，并对水资源失衡风险告警、干旱等极端情况预警；
b)调度计划制定功能模块应利用水雨情、工情等信息，调用来水预测模型、需水预测模型、水动力模型、水工程调度模型等以及历史场景知识，生成长短期水量调度计划、不同类型水网工程调度方案，并对多方案进行人机交互预演；
c)调度管控功能模块应根据调度决策方案，考虑水网工程运行条件等，生成闸泵站调度控制指令，并对调度执行情况跟踪管理。
9.2.2 防洪排涝调度
防洪排涝调度业务应包括防洪排涝态势感知、调度方案、辅助综合会商等功能模块，支撑风险防控和精细化决策。
a)态势感知功能模块应实时展示水情、雨情、水网工程工情、气象等综合监测信息，利用洪水预报模型等，以及洪水预警规则等知识，提供防洪排涝形势的可视化分析作业功能，展示现有水网工程的防洪排涝作用能力，对水网工程及其影响对象进行洪水风险预警；
b)调度方案功能模块应利用降雨预报、洪水预报、水网工程运行等信息，调用模型平台中水文模型、水力学模型、水工程调度模型等，开展防洪排涝调度的多方案、正反向预演，并结合知识平台中的相关规则和历史场景知识等，生成水库、河道、堤防、蓄滞洪区、闸泵站等综合工程体系的防洪排涝调度方案；
c)辅助会商功能模块宜采用向导式设计，按降雨形势、水情形势、工情能力研判、调度预演分析、应急响应流程等完成整个会商过程，支撑快速会商研判、日常防汛演练等；
d)宜建立集预报调度一体化的功能模式，逐步实现对超标准洪水预报预警能力。
9.2.3 水生态调度
水生态调度业务应包括水生态监测预警、调度预演等功能模块。
a)监测预警功能模块应充分利用水雨情、工情、水质等监测数据，调用径流预报、水质模拟与预测等模型，基于生态流量及水位指标规则、水质指标规则、历史数据等知识，实现水生态流量预警、水质评价预警等功能；
b)调度预演功能模块应调用水动力学模型、输移扩散模型等，构建相应的预演场景，对拟定的水生态调度方案进行预演，支撑生态水量调度决策方案的制定。
c)应对水生态调度方案执行效果进行跟踪管理，动态更新水生态调度的规则经验库。
9.2.3 应急调度
应急调度决策应包括应急供水调度、应急防洪调度等功能模块，支撑异地会商决策。
a)应急供水调度主要针对极端干旱、水网工程险情、突发水污染等可能影响供水安全的突发事件，生成水网应急供水预案，预演水量应急调度效果；
b)应急防洪调度主要针对地震、堰塞湖、泥石流等灾害突发事件，聚焦灾害突发事件对水网重要河湖、重大调水工程的影响，生成水网工程的应急调度方案，预演调度效果。
9.3 水网安全运行监控
水网安全运行监控业务应开展水网运行监视、水网工程管控、应急事件处置、日常业务管理等功能建设。
a)水网运行监视应基于动态监测数据，集成水网专业模型和知识，实现对水资源、水质、水网工程等信息的综合展示和动态预警；
b)水网工程管控应在一张图上展示水网节点工程分布情况，显示工程规划设计、建设、运行管理等相关业务信息，具备远程集控功能；
c)应急事件处置应开展应急事件信息展示、应急处置方案、应急处置档案等功能建设。宜重点建设极端旱情、突发水质污染、水网工程事故等事件应急处置的应用场景。
10 安全体系
10.1 网络安全
a)应根据GB/T 22239、GB/T 22240、SL/T 803等标准规范，确定系统安全保护等级，构建完善的网络安全组织管理体系、安全技术体系、安全运营体系，强化数据安全防护，全面保障数字孪生水网建设的网络安全；
b)处理重要数据的系统应符合GB/T 22239第三级安全要求，并通过网络安全等级保护三级（含）以上测评；
c)密码技术应用要求：
1）在物理环境、网络通信、设备计算、业务应用等方面，应合理部署符合密评要求算法的密码产品；
2）涉密数据应充分利用密码技术，按照GB/T 39786要求开展密码应用安全性评估。
d)列入关键信息基础设施的系统应在等级保护基础上按照GB/T 39204落实关键信息基础设施保护要求，从分析识别、安全防护、检测评估、监测预警、主动防御、事件处置六个方面进行重点保护；
e)安全运营保障体系要求：
1）应建立供应链安全管理制度，严格软硬件供应商、开发单位、设计单位、集成单位、运行维护单位和人员的管理；
2）应落实网络安全管理机构和人员，建立网络安全责任制，明确网络安全管理机构、落实安全责任。
10.2 数据安全
a)数据使用应严格遵照国家有关保密规定；
b)涉及国家秘密的地理空间数据，在非涉密环境中应用前应依法使用经有关主管部门认定的保密处理技术进行处理；
c)对于一般、重要、核心业务等不同类别数据，应严格控制权限资源；
d)应采用身份鉴别、访问控制、安全传输、操作抗抵赖、过程追溯等技术确保数据交换共享过程安全；
e)应规定数据最小化访问原则，不同网络区域之间的数据共享应采取安全交换措施；
f)应严格重要数据的访问范围，采用数据库审计对数据库操作行为进行记录分析研判；
g)应定期对关键业务数据进行备份，实现重要数据备份与恢复；
h)宜开展数据安全风险监控，全面监控数据收集、存储、使用、加工、传输、提供、公开等数据处理安全；
i)重要数据的处理者应定期开展数据安全风险评估；
j)宜采用隐私计算等技术开展数据安全保护。
11 保障体系
11.1 组织机制
a)应围绕数字孪生水网的水网联合调度决策、水网安全运行监控等核心业务需求，衔接物理水网、信息化基础设施、数字孪生平台、网络安全和数据安全体系、保障体系等相关组织机构、人员，建立健全数字孪生水网信息共享、业务协同等机制，充分发挥水网综合效能；
b)应围绕数字孪生水网建设，建立数据、设施、运维、应用等方面的管理制度。
11.2 科技攻关
a)应加强新技术应用，围绕数字孪生水网建设，利用“天空地水工”一体化智能监测感知体系，覆盖水文断面、水源、输配水工程等对象，提供全要素实时感知数据；
b)宜开展水文、水资源、水生态环境等模型研发，满足不同水网业务需求，开展基于机器学习和人工智能等技术的水网知识库构建、智慧调度决策支持等重大课题研究。
11.3 标准规范
应遵循国家、水利及相关行业标准规范，制定硬件集成、数据集成、软件集成、门户集成等标准规范，实现规划、设计、建设、运行管理等各阶段的协调统一。
12 共建共享
a)应按照水利部关于数字孪生水利建设共建共享的相关管理办法要求，在数据底板、模型平台、知识平台等方面开展共建共享；
b)数字孪生水网建设应与数字孪生流域、数字孪生水利工程充分协调，重点针对监测感知、数据底板、水网专业模型、水网知识开展共建，避免重复建设，并明确共建内容的类别、规模、现状等情况；
c)应从物理水网和水网工程管理活动所在的空间包含与业务协同关系出发，实现水利部、流域管理机构、省市县级水行政主管部门、水利工程管理单位之间数字孪生平台的互联互通、数据共享、业务协同；
d)应明确向相关水行政主管部门或单位提供的共享数据内容，以及共享数据的频次、方式、精度等要求；
e)应充分整合原有信息系统的已有数据，可根据需要对原有信息系统进行改造，与数字孪生水网集成对接。
参考文献
[1]GB/T 43441.1《信息技术 数字孪生 第1部分：通用要求》
[2]SL 715《水利信息系统运行维护规范》
[3]水利部关于印发《水利信息资源共享管理办法（试行）》的通知（水信息〔2020〕26号）
[4]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〔2022〕146号）
[5]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〔2022〕147号）
[6]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〔2022〕148号）
[7]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〔2022〕149号)
[8]水利部关于印发《数字孪生水网建设技术导则（试行）》的通知（水信息〔2022〕397号）
[9]水利部办公厅关于印发《水利数据分类分级指南（试行）》的通知（办信息〔2022〕256号）
[10]关于推进数字孪生水利建设网络安全工作的指导意见（征求意见稿）
