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国家水网智能调度总体框架与关键问题认识和思考
General framework for intelligent scheduling of the national water network and key issues: understanding and reflections
王超¹，李韡²，陈竹青³，林斌⁴，卢鑫⁵，郑钧⁶,⁷
（1.中国水利水电科学研究院，100038，北京；2.水利部水利水电规划设计总院，100120，北京；3.淮河水利委员会水文局，233001，蚌埠；4.福建省水利水电勘测设计研究院有限公司，350001，福州；5.四川省水利科学研究院，610072，成都；6.中国南水北调集团水网智慧科技有限公司，102308，北京；7.南水北调水网智科公司水网数字化协同技术创新中心，102308，北京）
摘要：开展国家水网智能调度，是充分发挥国家水网水旱灾害防御能力、水资源节约集约利用能力、水资源优化配置能力、大江大河大湖生态保护治理能力的核心关键，《国家水网建设规划纲要》明确提出要加快推进国家水网调度中心建设。分析了国家水网智能调度内涵以及实现的必要条件与现状差距，提出了管理和技术双轮驱动国家水网智能调度总体架构。从依法管水、健全国家水网调度法律法规和跨域协同、构建国家水网调度体制机制两方面对构建国家水网调度指挥体系进行了探讨，为国家水网调度提供工作基础。聚焦水网调度多层级多目标特征，从融合新要素新技术新模式的监测感知体系、打破跨部门多层级数据壁垒的数据资源体系、国家水网调度智能决策体系、水网分层分级评价体系等多方面，对数字孪生国家水网建设的若干关键问题进行了初步思考，相关内容可为下一步推动国家水网调度中心建设提供思路。
关键词：国家水网；智能调度；总体框架；体制机制；数字孪生；关键问题
作者简介： 王超，正高级工程师，主要从事流域水资源调度与智慧水利方面研究。
基金项目： 国家自然科学基金重大项目“国家水网构建原理与数字推演”（52394234）；四川省自然科学基金面上项目“基于数字孪生技术的堰塞湖险情自动判别与监测预警方法研究”（24NSFSC2282）。
DOI： 10.3969/j.issn.1000-1123.2025.03.001
2020年10月，党的十九届五中全会明确提出实施国家水网重大工程。2023年5月，中共中央、国务院印发了《国家水网建设规划纲要》（以下简称纲要），是当前和今后一个时期国家水网建设的重要指导性文件。自此，国家水网作为具有明确内涵的工程体系概念开始被广泛接受。国家水网是一个复杂的巨系统，从“纲”“目”“结”三要素出发，构建包括国家骨干网、省级水网、市级水网、县级水网等不同层级水网，且水网工程间存在复杂的水流、物质流、能量流交换关系，并与国家经济、社会、生态系统产生复杂的耦联关系。纲要明确提出要提升国家水网数字化、网络化、智能化调度运用水平，同时指出建设数字孪生水网是加快国家水网智慧发展的重要内容。国家水网具有跨流域、跨区域的显著特性，要在如此庞大、复杂的系统上协同水资源优化配置、流域防洪减灾、水生态系统保护等多功能，协调国家及流域、省、市、县多层级多管理主体间的利益关系，其调度规模和难度都是空前的，国内外尚无经验可循。本文借鉴国家电网、铁路网等复杂网络系统调度管理先进经验，探究国家水网智能调度内涵，从管理、技术等多维度探讨其总体框架及关键问题，为其组织实施提供参考。
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国家水网智能调度面临挑战
我国已拥有世界上最庞大的水网基础设施，流域面积50km²及以上河流45203条，常年水面面积1km²及以上湖泊2865个；已建成各类水库9.5万多座，总库容近1万亿m³；5级及以上堤防约32万km；建成大中型灌区7330多处；已建、在建调水工程400余项，设计年引水量1300多亿m³。随着国家水网骨干工程、省市县水网工程的持续建设，国家水网将形成一个规模超大、结构复杂的巨系统，包含复杂的物质能量交换、经济社会耦联，要实现国家水网的智能调度，在管理与技术上都面临着空前挑战。
1.已有技术手段不够先进，赋能国家水网智能调度能力不足
国家水网运行面临着调度对象数量快速增长、运行技术要求快速提升趋势，调度对象海量、分散接入，管理技术目标的复杂度呈指数级提高，运行对数据资源、模拟预测、耦合联动的要求也不断攀升，已有的监测感知、数据融合、调度决策技术和业务流程已无法满足智能调度的技术要求，需要在关键技术能力上攻坚破难、更新换代，快速提高国家水网调度的全面性、时效性、精确性。
①监测感知覆盖度不全、精确性不高，急需融合新技术，创新建管模式。已有监测感知覆盖对象要素不全，监测技术装备水平不高，建设运行管理模式单一，无法支撑水网的智能调度应用，需要拓展监测范围、研发新型装备、革新建管模式，全方位升级监测感知体系，实现国家水网的自动化调度。
②数据资源系统性、完备性不够，急需破除数据壁垒，挖掘数据价值。国家水网数据资源建设与运维管理的主体和分工还不明确，汇聚共享的拓扑关系及联动更新机制不清晰，面向各级水网管理的多模态大数据叠加治理与时空融合欠缺，面向多目标的水网数据综合应用服务能力不足，面向水网数据全生命周期管控的保障体系不完善，急需打破跨部门多层级数据壁垒，推进数据环境重建，构建具有全局性、系统性的国家水网数据资源体系。
③调度决策流程不明、水平不高，急需重构业务流程，强化智能技术融入。国家水网调度涉及国家、省、市、县四级，审批—执行层级关系及业务流程不明，急需重构业务流程；现状调度决策仍以人工经验为主、模型支撑为辅，调度决策的智能化水平不高，急需构建智能调度决策新模式。
④评价体系指标缺失、规范不足，急需构建统分结合的评价准则。数字孪生水网是一项庞大、复杂的系统工程，国家、省、市、县四个层级水网既相互衔接，又差异明显，当前正处在先行先试的起步和探索阶段，需要构建一套统一、系统、全面的分层分级评价方法，科学指导后续全国大规模建设。
2.现有管理体系不够健全，多级水网跨域协同保障能力不足
国家水网的调度需要水资源调配、防洪减灾、生态环境保护等多功能的业务协同，协调国家、流域、省、市、县多层级多管理主体间的利益关系。目前已有法规制度、协同机制等的系统性、联动性与国家水网高效运行管理需求有较大差距，需要全面提升管理的维度，由点向网、由分散向系统发展，全面提升水网调度运行的系统性、综合性、强韧性。
①法律法规体系缺乏，系统程度不足，不能满足水网调度依法管水需要，亟待立法明确国家水网调度主体责任及职能使命。现行法律法规尚未涵盖国家水网调度机构设置、职责范围和工作制度，系统性、针对性不足，亟待出台国家水网调度有关条例等专项法规，在法律层面重点厘清国家水网调度机构与水行政主管部门的关系、国家水网调度机构与防汛指挥机构的关系，明确国家水网调度的组织机构、职责范围、工作制度等内容。
②调度指挥主体空位，权责划分不明，不能满足水网调度跨域协同需要，亟待构建统一调度、分级管理的国家调度指挥体系。目前尚未有明确的行使调度职权的机构，需要按照统一调度、分级管理原则，建立适应新时代水安全保障的国家水网调度指挥体系，明确国家水网调度的执行主体，细分权责，确定流程，配置完善的技术支撑力量。
③调度管理链路繁冗，协调机制不能满足水网调度上下高效联动要求，亟待建立数据驱动、服务主导的调度指挥机制。现阶段国家水网智能调度面临联合会商、信息共享、协调联络、检查督导等方面深度、广度不够的问题，需要探索建立先进科学的管理思路，通过数据驱动方式提升管理、分析、评价及预警决策支撑能力，利用多场景业务协同服务形成集水资源调配、防洪减灾、生态环境保护等于一体的调度指挥机制。
④复合型人才稀缺，梯次储备后劲不足，不能满足水网调度“指技合一”人才需要，亟待创新培养模式为水网调度指挥人才方阵注入新活力。国家水网智能调度需要一大批调度指挥经验丰富、具备专业领域知识的人才，亟待开展人才队伍建设的顶层设计，制定周密培养方案，按纲组织施训，培育国家水网智能调度的领军人才和复合型人才团队，打造梯次储备的人才队伍。
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加快管理与技术的双轮驱动，构建国家水网智能调度总体框架
深刻理解纲要相关要求，以“依法管水、跨域协同、数智赋能、高效利用”为理念，以“厘清概念、划分边界、构建框架、明晰重点”为原则，以“建设法律法规体系、理顺调度体制机制、提升数智支撑能力”为内容，进行国家水网智能调度的总体框架设计。
1.锚定总体目标，厘清国家水网智能调度的内涵
国家水网调度是指国家水网调度机构为实现水资源优化配置、防洪减灾、水生态系统保护，对国家水网运行进行的组织、指挥、指导和协调。国家水网调度主要任务包括水资源调度、防洪调度、生态调度和应急调度，现有的流域防洪调度、流域水资源调度与生态流量保障调度、调水工程水资源调度等应统一纳入国家水网调度。国家水网调度对象包括纳入国家、省、市、县各级水网的各类水工程。
国家水网智能调度是指运用数字孪生水网，通过智慧化模拟支撑水网全要素预报、预警、预演、预案模拟分析，提供智慧化决策支持，提高水网防洪、供水、生态等综合调度管理水平。
2.借鉴“他山之石”，构建国家水网智能调度的总体框架
参考国家电网、铁路网调度的实现路径，从法律法规、体制机制、信息化支撑手段等三方面分析了开展国家水网智能调度的必要条件和现状差距。
（1）法律法规方面
国家电网调度依据《中华人民共和国电力法》和2011年修订的《电网调度管理条例》。国家铁路网调度依据《中华人民共和国铁路法》和中国国家铁路集团有限公司（以下简称国铁集团）制定的《铁路运输调度规则》。相关法律法规和规章制度明确规定了电网、铁路网调度组织机构、职责范围、工作制度。
国家水网调度任务包括防洪调度、水资源调度等内容，涉及《中华人民共和国水法》《中华人民共和国防洪法》《中华人民共和国防汛条例》《中华人民共和国河道管理条例》《中华人民共和国水库大坝安全管理条例》《南水北调工程供用水管理条例》《水资源调度管理办法》等。目前尚无直接指导国家水网调度机构设置、职责范围和工作制度的法律法规，亟须出台国家水网调度条例等专项法规，在法律层面重点厘清国家水网调度机构与防洪法中所规定的“防汛指挥机构”的关系、国家水网调度机构与水行政主管部门的关系，明确国家水网调度的组织机构、职责范围、工作制度以及责罚等。
（2）体制机制方面
国家电网运行实行统一调度、分级管理原则，国家能源局为国务院电力行政主管部门，国家电网有限公司、中国南方电网有限责任公司根据管理范围依法行使国家电网调度职权。国家电网调度机构分为五级，即国家调度中心、分中心调度中心、省级调度中心、地区调度中心和县级调度中心。
国家铁路网运输工作实行分级管理、集中统一指挥原则，国铁集团作为国务院铁路主管部门主管全国铁路运营工作。国家铁路网调度机构由国铁集团、铁路局集团公司和运输站段三级调度组成。
国家水网也应实现统一调度、分级管理原则，水利部作为国务院水行政主管部门，但尚未明确其行使调度职权的机构，需要按照相关法律法规的规定以及纲要要求构建国家水网调度指挥体系。
（3）信息化支撑手段方面
国家电网有限公司统一组织、集中研发了智能电网调度控制系统（D5000平台），横向集成为由一个基础平台、四大类应用（实时监控与预警、调度计划、安全校核、调度管理）构成的电网调度控制系统，纵向实现国家、区域、省（自治区、直辖市）三级调度业务的协调控制，提高了调度机构驾驭大电网的能力、大范围资源优化配置的能力以及应对重大电网故障的处理能力，保障了电网的安全、稳定、经济、环保运行。
国铁集团利用信息技术、网络技术、控制技术等现代科学技术手段构建了铁路列车调度指挥系统（Train Operation Dispatching Command System，TDCS），对列车运行实行透明指挥、实时调整、集中控制。在调度集中区段，TDCS可以实现几百公里之外的车站全部由调度所集中控制，调度员在调度台上便可直接控制车站的联锁设备进行远程作业，可以做到车站的无人值守。
国家水网方面，针对国家水网调度中的防洪调度任务，已建有国家防汛抗旱指挥系统，覆盖水利部、7个流域管理机构、31个省（自治区、直辖市）和新疆生产建设兵团的水利厅（局）、地市级防汛抗旱部门，有力支撑了国家水旱灾害防御工作；针对流域水资源调度，通过国家水资源监控能力建设工程，建立了基本完善的国家水资源监控体系和管理系统，为最严格水资源管理制度提供了支撑。可以说，单从防洪调度、水资源调度等单项调度任务来看，国家水网已具有较为完备的信息化支撑能力。为落实纲要关于提升水网调度管理智能化水平的要求，水利部发布了《数字孪生水网建设技术导则》，并落实推进数字孪生水网先行先试工作，为国家水网调度信息化系统建设明确了实施路径。由此可见，国家水网调度在法律法规、信息化支撑手段方面已有较好基础，但由于现有国家水网调度是针对水资源调度、防洪调度、生态调度和应急调度的集成和整合，尚未有一个统一的调度机构统筹考虑上述调度职能，因此国家水网智能调度组织实施的核心任务是整合现有的法律法规、组织机构和信息系统，形成适应国家水网调度的法律法规体系、调度指挥体系和信息化支撑能力。
借鉴国家电网、铁路网调度的实现路径，探索性提出国家水网智能调度的总体框架。管理和技术是国家水网调度的一体两翼、驱动双轮，支撑国家水网调度，管理方面要构建国家水网调度指挥体系，包括法律法规体系、调度指挥体制、协同工作机制和人才队伍建设。技术方面，要建设数字孪生国家水网，重点包括监测感知、数据资源、智能决策、科学评价四方面。
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▲国家水网智能调度总体框架
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构建国家水网调度指挥体系，为国家水网调度提供工作基础
1.依法管水，健全国家水网调度法律法规
法律法规体系是国家水网调度的根本依据。从国家水网调度涉及水资源调度、防洪调度、生态调度和应急调度任务来看，各项调度工作均已具备较完备的法律法规体系。《中华人民共和国防汛条例》明确了防洪工作的组织机构、职责范围、工作制度等内容，水工程防洪调度是防洪工作的重要组成部分。《水资源调度管理办法》明确了江河流域及重大调水工程开展水资源调度的调度原则、管理主体、调度责任、协商机制和调度控制要素等。各重大调水工程也针对性出台了相应的调水工程管理条例，《南水北调工程供用水管理条例》《山东省胶东调水条例》《安徽省引江济淮工程管理和保护条例》等明确了调水工程水量调度的组织机构、调度责任等内容。国家水网调度要统筹各项调度工作，系统梳理现有各项调度工作组织机构、职责范围、工作制度，推动国家水网调度管理条例编制出台，明确水行政主管部门、水网调度机构、水工程运行管理单位在水网调度中的组织关系、调度责任、协商机制等内容，特别要厘清两个关系：一是水网调度机构在承担水工程防洪调度职责时与防汛指挥机构的关系；二是各级水行政主管部门与水网调度机构的责任关系。依据该条例，要推动不同层级水网编制水网调度方案，统筹洪水防御方案、洪水调度方案、水资源调度方案等，依据水网调度方案具体指导水工程防洪调度和水量调度计划的制定、实施和执行监督。
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▲国家水网调度法律法规体系
2.跨域协同，构建国家水网调度体制机制
调度指挥体制机制建设是国家水网智能监控调度的工作基础。纲要提出，加快推进国家水网调度中心、大数据中心以及流域分中心建设，构建国家水网调度指挥体系。在落实进一步全面深化改革水利任务过程中，可围绕国家水网智能调度，从调度指挥组织、调度运行制度两个方面找准需求，做好顶层设计。可从以下几个方面重点考虑。
①建立融合指挥链、数据链的国家水网调度指挥机构并明确工作职责，通过建立健全调度指挥各类要素，完善与其对应的技术支撑保障力量，在数据汇聚、处理、分析、服务强支持下，大力推进数据驱动的国家水网智能调度管理。
②明晰多级调度机构的关系，调度执行要深入分析上、下级水网在调度过程中水量的交换关系，充分考虑水网调度需求和目标的互馈关系，构建适宜的智能化业务应用，支撑信息交换共享、调度协同。
③从保证国家水网调度指挥系统安全稳定运行思路出发，基于数字孪生水网组织建设国家水网调度指挥中心，重点建立和落实值班备勤、会议决策、联合会商、联合工作、信息共享、协调联络、监察督导等工作运行机制。
④谋定国家水网智能调度人才培养战略，培育优选符合国家水网调度指挥、组织管理、技术保障需要的复合型、专家型人才，打造通晓国家水网智能调度指挥的人才方阵。
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共建共享数字孪生国家水网，为国家水网调度提供技术支撑
数字孪生国家水网为国家水网调度提供技术支撑。数字孪生国家水网是由数字孪生国家骨干水网与各省级、各地市级、各县级数字孪生水网协同融合而形成的新型基础设施集群，是国家水网智能监控调度的核心支撑，是实现水网全要素预报、预警、预演、预案的模拟分析，提供水网调度智慧化决策支持，提高水网防洪、供水、生态等综合调度管理水平的关键技术手段。
1.厘清数字孪生水网、数字孪生工程和数字孪生流域关系，找准数字孪生国家水网定位
数字孪生流域、数字孪生水网和数字孪生工程相互独立、各有侧重、互不替代。需要从孪生的物理对象、业务功能两方面来理解数字孪生流域、数字孪生水网、数字孪生工程的关系。
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▲数字孪生流域、数字孪生水网和数字孪生工程的关系
数字孪生流域的孪生物理对象包括流域及其管理范围、干支流河道及其管理范围、各类水工程及其管理范围、湖泊及其管理范围，以及流域内取用水对象。数字孪生工程的孪生物理对象包括水利工程及其管理范围，水利工程的土建结构、金属结构与机电设备，还可拓展至其功能影响范围。数字孪生水网的孪生物理对象包括纳入水网的各类“纲”“目”“结”对象，具体为：骨干河道、调水工程、水库、蓄滞洪区等。数字孪生工程是数字孪生流域、数字孪生水网的重要组成部分，但数字孪生流域和数字孪生水网主要关注水利工程整体的功能，数字孪生工程还需要深入至组成工程的各类土建、金属和机电设备。数字孪生流域孪生对象为流域内各类涉水对象，但不包含跨流域调水工程等物理对象，数字孪生水网孪生对象仅包括流域内纳入水网“纲”“目”“结”的各类物理对象，不包含各类对象的管理范围。由此可见，数字孪生流域、数字孪生水网、数字孪生工程是不同物理对象组成系统的数字孪生体，三者孪生的物理对象存在交叉和重叠，但各有侧重，且无法相互覆盖。因此，数字孪生流域、数字孪生水网、数字孪生工程可共建共享共同的数字孪生对象。
从孪生的业务功能来看，数字孪生流域主要支撑流域防洪、水资源管理与调配以及N项业务，数字孪生工程主要支撑工程本身的安全监管、调度控制、运行维护、运营管理等业务，数字孪生水网主要支撑各级水网防洪调度、水资源调度、水生态调度和应急调度业务。由此可见，数字孪生流域、数字孪生水网和数字孪生工程在业务功能方面有着显著的差异，但又存在紧密的业务联系。数字孪生工程作为数字孪生流域、数字孪生水网的重要组成部分，向数字孪生流域和数字孪生水网提供工程运行状态等各类信息及执行决策生成的调度和控制指令。数字孪生流域可为数字孪生水网提供关键水源节点、调蓄节点、交叉河道节点的水文预报信息以及流域经济、社会、生态用水需求信息等，为水网调度提供边界条件。数字孪生水网可为数字孪生流域提供分洪、跨流域调水等决策信息，作为流域综合管理的边界条件。
数字孪生国家水网总体框架如下图所示。各级数字孪生水网的建设由各级水网调度机构组织，并充分考虑其与直管工程数字孪生的协同。国家水网调度流域分中心的数字孪生建设应该统筹纳入数字孪生流域的建设。
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▲数字孪生国家水网总体框架
2.聚焦水网调度多层级多目标特征，抓住数字孪生国家水网建设关键点
数字孪生国家水网是多层级数字孪生水网的协同和融合，其孪生物理对象——国家水网是一个复杂的分层分布式巨系统，且国家水网的调度运行管理涉及不同层级行政管理主体、调度运行主体和功能服务主体，不同层级水网间存在复杂的水流、物质流、能量流和信息流的交换与互馈。因此，建设数字孪生国家水网，构建水网智能化调控能力和安全保障能力，还需要在数字孪生水网建设技术导则、规范和约定的基础上，在监测感知、数据底板、模型平台、知识平台和联合调度业务应用方面，针对水网调度管理跨流域、跨区域、多层级、多主体、多目标的特点，开展深入研究。
在智能监控感知方面，以实现从水网常规运行管理到智慧调度的跨越式发展为目标，完善监测要素，升级监测感知技术，优化产业运行模式，打造国家水网智能监控体系。在数据资源体系方面，聚焦国家水网数字化管理目标要求，以核心业务管理数据输入需求为导向，在水利数据现状条件的基础上，打造国家水网数据资源体系，面向水网实现我国水利数据环境重构，夯实国家水网调度的“算据”基础，有效支撑数字孪生水网数据底板构建。在智慧决策应用方面，构建多层级水网预报、预警、预演、预案“四预”智慧业务流程，厘清水网联合调度业务应用与“模型—数据—知识”的支撑关系，打造国家水网智慧调度决策体系。在数字孪生水网评价准则方面，锚定水网智慧调度的建设目标，考虑多层级水网差异化需求，打造数字孪生水网分层分级成熟度评价体系。
3.融合新要素新技术新模式，赋能国家水网监测体系跨越发展
建设监测感知体系，获取水网运行全要素状态信息，是开展国家水网调度必不可少的“算力”基础。
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▲国家水网智能感知体系建设框架
在监测要素方面，现有的针对水网的监测感知体系主要以服务常规运行管理为目标，在共享流域、工程监测感知体系的基础上，重点围绕行政边界、供水控制、生态流量控制、防洪控制等断面监测，针对支撑水网智慧调度运行的模型库、知识库所需的监测感知要素考虑不足，智慧化支撑能力“落地难”“见效难”等突出问题，以及以实现水网智慧调度为目标牵引，从监测要素、密度、频次、精度等方面重新构建国家水网智慧监测感知体系。
在监测技术方面，现有监测感知技术仍然存在监测误差时空不一致、流量监测误差大、大范围空间监测感知精度低、监测效率不高等问题，是制约国家水网精准精确调度目标实现的瓶颈性问题，需要充分融合现代信息技术，研制新型智能监测感知设备，全面提升水网智能监控水平。
在监测体系运行保障层面，国家水网运行全要素状态的监测感知涉及海量监测对象、监测要素，要维持如此庞大的监测感知体系良性运转，其人力、资金和机制保障的难度空前，亟待研究国家水网智能监控的多元化产业模式。因此，夯实国家水网调度的“算力”亟须完善监测要素、革新监测技术、优化产业模式，打造国家水网智能监控体系。
4.打破跨部门多层级数据壁垒，推进国家水网数据环境重建
聚焦国家水网数字化管理目标要求，以核心业务管理数据输入需求为导向，在水利数据现状条件的基础上，打造国家水网数据资源体系，面向水网实现我国水利数据环境重构，夯实国家水网调度的“算据”基础，有效支撑数字孪生水网数据底板构建，实现对物理水网全要素和建设运行全过程的数字化映射。针对当前我国水利行业数据在完备性、可持续性、时效性、一致性、可用性、安全性等方面存在的不足，重点从“类、源、汇、治、用、管”六个维度开展研究和工程实施。通过系统分析我国骨干水网决策管理的核心业务领域、业务过程及其业务活动，梳理确认水网数字化管理必要的数据类目与质量要求。提出适应国家水网高效管理的数据资源生产运营管理与汇聚共享体系总体布局方案，打破跨部门跨层级数据壁垒。充分整合共享各类水利数据资源，开展水网数据标准化治理，研究支撑差异化用途的多源数据互补与关联方法，实现多源异构数据的同化融合，建成国家水网时空大数据集，形成国家水网数据资源战略资产。面向水网业务管理数据服务需求，配套完善层级明晰、管理有序、安全可靠的硬件支撑环境，研发部署国家水网数据应用管理服务平台。从“标准、安全、共享、质量、运维、交易”等方面，研究制定必要的水网数据资源体系管理制度，保障水网数据资源体系建设成效与应用服务能力，全面支撑水网智能监控调度管理。
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▲国家水网智能调度数据资源体系建设思路
5.构建国家水网智能决策体系，全方位赋能水网调度运行管理
构建多层级水网“四预”智慧业务流程，厘清水网联合调度业务应用与“模型—数据—知识”的支撑关系，打造国家水网智慧调度决策体系。模型平台、知识平台建设为水网联合调度决策提供支撑，是国家水网调度运行智慧化必不可少的“算法”支撑。国家水网调度是现行流域防洪调度、流域水资源调度、流域生态调度、调水工程水资源调度和应急调度统一和融合，是一种新的调度管理业务形态，国内外尚无相关业务流程先例可循，需要深入分析国家水网调度运行体制机制，充分结合现行国家防洪调度、水资源调度、生态调度和应急调度的“四预”业务流程，锚定数字化业务流程“由人力密集型向人机交互型转变，由经验判断型向数据分析型转变，由被动处置型向主动发现型转变”设计原则，明确多管理主体在业务流转中的信息交换关系，明确多层级水网间的信息交换和互馈关系，构建多层级水网“四预”智慧业务流程。针对现有的数据、模型、知识与业务应用支撑关系不明，智慧化支撑能力和业务应用需求在“最后一公里”脱节的问题，深入分析水网“四预”智慧业务流程，提出水网联合调度决策对数据、模型和知识支撑能力的需求清单，厘清业务流程中关键调度决策节点与数据、模型、知识支撑能力的关系，打造国家水网智慧调度决策体系。
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▲国家水网水量调度“四预”业务流程
6.构建水网分层分级评价体系，推动数字孪生水网有序发展
锚定水网智慧调度的建设目标，考虑多层级水网差异化需求，打造数字孪生水网分层分级成熟度评价体系。数字孪生成熟度是评估数字孪生发展水平的一项综合指标，构建成熟度评价体系，有助于数字孪生建设制定合理的目标任务、标准化评估发展水平、提高建设效率及确定后续的改进方向。水利部2022年11月印发了《数字孪生水网建设技术导则（试行）》，2023年7月印发《水利部关于开展数字孪生水网建设先行先试工作的通知》，在第一批、第二批省级水网建设先导区省份，以及南水北调东线、中线工程开展数字孪生水网建设先行先试。目前，专家学者对工业、交通、通信、城市、数字孪生流域等方面的数字孪生成熟度评价开展了系列研究，这些成果不能直接应用于数字孪生水网的成熟度评价。为指导和规范数字孪生水网建设先行先试和后续的大规模建设，需要提出一套适用于数字孪生水网的分层分级成熟度评价体系。
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▲数字孪生水网成熟度评价体系
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▲数字孪生水网成熟度评价分层分级要求
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结论与展望
国家水网调度面临复杂的调度管理问题；调度量-质-能关系耦联的“纲”“目”“结”对象，面临巨大的管理和技术挑战，需要从革新管理和创新技术两个层面加以破解。管理层面，要推动管理体系全面提档升级，赋能国家水网高效率运行，亟待完善法规制度，强化部门协同，转变管理思路；技术层面，要推进技术手段快速更新换代，驱动国家水网高质量运行，急需构建以融合新技术来创新建管模式的监测感知体系、以破除数据壁垒来挖掘数据价值的数据资源体系、以重构业务流程来强化智能技术融入的智慧调度决策体系，同时构建多层级数字孪生水网建设统分结合评价准则。
管理和技术双轮驱动，是高质量推进国家水网调度组织实施的根本路径。依法管水，推动国家水网调度条例出台，明确水行政主管部门、水网调度机构、水工程运行管理单位在水网调度中的组织关系、调度责任、协商机制，为国家水网调度组织实施提供根本依据。跨域协同，构建国家水网调度指挥体制机制，依托数字孪生水网，实现网络化、智能化调度指挥环境中不同层级调度机构间信息通联顺畅，调度指挥与工程控制有机融合形成合力，为国家水网调度组织实施奠定工作基础。数智赋能，共享共建数字孪生水网，支撑水网全要素预报、预警、预演、预案的模拟分析，提供智慧化决策支持，为国家水网调度组织实施提供技术支撑。高效利用，技术和管理协同作用，通过国家水网智能调度组织实施，充分发挥国家水网的水旱灾害防御能力、水资源节约集约利用能力、水资源优化配置能力、大江大河大湖生态保护治理能力。
数字孪生国家水网是国家水网调度组织实施的核心引擎，是国家水网调度高科技、高效能、高质量的标志。数字孪生水网建设需要充分融合、共建共享，聚焦水网多层级、多管理主体、多目标特征，在智能监控感知方面，以实现从水网常规运行管理到智慧调度的跨越式发展为目标，完善监测要素、升级监测感知技术和优化产业运行模式，打造国家水网智能监控体系；在数据资源体系方面，聚焦国家水网数字化管理目标要求，以核心业务管理数据输入需求为导向，在水利数据现状条件的基础上，打造国家水网数据资源体系，面向水网实现我国水利数据环境重构，夯实国家水网调度的“算据”基础，有效支撑数字孪生水网数据底板构建；在智慧决策应用方面，构建多层级水网“四预”智慧业务流程，厘清水网联合调度业务应用与“模型—数据—知识”的支撑关系，打造国家水网智慧调度决策体系；在数字孪生水网评价准则方面，锚定水网智慧调度的建设目标，考虑多层级水网差异化需求，打造数字孪生水网分层分级成熟度评价体系。
本研究针对国家水网智能调度总体框架和关键问题开展了研究，限于研究时间和技术水平，仅从国家水网调度的总体框架，以及数字孪生国家水网建设的关键问题进行了初步分析，以期为下一步实质性推动国家水网调度中心及相关体制、机制和信息系统建设提供借鉴。
致谢：本研究是首届水利部卓越水利工程师培养工程（数字孪生水利班）六位学员于培训期间，在蔡阳、朱跃龙、钟平安、胡鹤轩等导师指导下完成的。在文章撰写、修改中各位导师提出了许多宝贵建议，在此对各位导师的悉心指导、辛勤付出表示感谢。
Abstract: Implementing intelligent scheduling for the national water network is crucial for enhancing its capabilities in flood and drought disaster prevention, efficient and intensive utilization of water resources, optimal allocation, and ecological protection of major rivers and lakes. The “Outline of the National Water Network Construction Plan” explicitly calls for accelerating the establishment of the national water network control center. This paper analyzes the connotation of intelligent scheduling, the necessary conditions for its realization, and the existing gaps. It proposes a management and technology dual-driven general framework for intelligent scheduling of the national water network. The construction of the national water network command system is discussed from two perspectives: governing water according to law by improving relevant laws and regulations, and cross-regional collaboration by establishing a national water network scheduling mechanism, thereby laying the foundation for scheduling operations. Focusing on the multi-level and multi-objective characteristics of water network scheduling, this paper preliminarily explores several key issues in the construction of a digital twin for the national water network. These include a monitoring and sensing system that integrates new elements, technologies, and models; a comprehensive data resource system breaking down data barriers across departments and levels; an intelligent decision-making system for national water network scheduling; and a hierarchical evaluation system. The relevant content can provide ideas for the advancement of the national water network control center.
Keywords: national water network; intelligent scheduling; general framework; institutional mechanism; digital twin; key issues
本文引用格式：
王超，李韡，陈竹青，等.国家水网智能调度总体框架与关键问题认识和思考[J].中国水利，2025（3）：1-13.
封面供图｜ 水利部长江水利委员会
责编｜ 李卢祎
校对｜ 刘磊宁
审核｜王慧
监制｜ 轩玮
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