利益相关方在利益诉求产生重大分歧或冲突时，就会导致决策难度大、效率低及执行不力乃至各行其是等问题，严重影响我国治水事业的高质量发展。
河湖长制正是有效解决上述问题的治水制度创新，经过五年的实践，证明其有效性、适宜性和先进性。随着国家现代化目标的确定、“三新一高”战略的实施和新时期治水方略的要求及智慧技术的进步，河湖长制作为我国现代水治理的重要支撑和保障，当然必须与时俱进，适应新形势、新战略、新要求而提质升级，其中智慧化是一个非常重要且不可或缺的重要支撑。
2012年水利部启动《全国水利现代化规划纲要》编制工作，第一次系统研究了水利信息化相关问题，提出“建设实现集全方位数据采集与信息存储、大数据融合与知识发现、智能辅助决策与综合调度于一体的智慧水利，使智慧水利成为水利现代化的重要特征。建成全面完善的水利信息基础设施体系、功能完备的水利业务应用体系、统一规范的技术标准体系以及安全可靠的运行保障体系，形成与水利现代化要求相适应的水利信息化综合体系，提供全面、快捷、准确的应用服务，全面提升信息技术对日常工作、综合决策、科学调度、应急管理、公共服务的支撑能力，以智慧水利带动水利现代化发展”的规划思路与目标。其关于水利信息化的概念与内涵主要有三个方面：
①基本内涵。利用先进的信息化技术开展水利信息采集、传输、存储、处理与利用，促进水资源可持续利用。
②基本特征。异地会商、快速决策、灵活调度、执行反馈 ；统一门户、分级管理；业务协同、上下级衔接；大数据管理、统一综合数据中心；天地空一体化数据采集；统一标准、统一规范。
③主要形象。在任意时间、任意地点、以任意一种方式接入系统，实现查询、分析、决策与执行功能。
同时也对智慧水利进行了界定：智慧水利是水利信息化发展的高级形态，是水利现代化的重要特征。智慧水利集“全方位数据采集与信息存储、大数据融合与知识发现、智能辅助决策与综合调度”为一体，表现为“高效感知、互联互通、资源共享、业务协同、数字仿真、智能应用”。其后上述观点作为“水利信息化”词条的核心进入新版《中国水利大百科全书》。
2020年6月，水利部批准《水利业务需求分析报告》《加快推进智慧水利指导意见》《智慧水利总体方案》《水利网信水平提升三年行动方案（2019—2021年》四项重要成果。关于智慧水利的概念与内涵，其权威表述为：按照“需求牵引、应用至上、数字赋能、提升能力”要求，以数字化、网络化、智能化为主线，以数字化场景、智慧化模拟、精准化决策为路径，全面推进算据、算法、算力建设，加快构建具有预报、预警、预演、预案功能的智慧水利体系。重点任务是建设水利智能业务应用体系、数字孪生流域、安全可控的水利网络防护体系、优化健全的水利网信保障体系。水利部“智慧水利”的创新点很多，最引人注目的是提出了“数字孪生流域”和“四预”功能。
其他涉水部门在智慧化方面也有相应的研究与部署，如智慧防汛抢险系统、智慧供水、智慧排水、智慧水环境调度平台等，特点是均立足于本部门治水职能，与流域治水关联较少，亦难以支撑系统治水。所以在新时期治水思路指导下，在河湖长制统筹机制下，遵循水循环规律，研究更全面、更系统、更高效、融治水相关部门职能与一体的智慧水治理系统对提升我国水治理能力与水平、支撑国家现代化目标与进程具有十分重要的意义。
为此提出智慧水治理系统的概念与内涵。智慧水治理系统是水治理现代化的重要标志，是国家现代化治理体系的重要基础。智慧水治理系统面向融合传统水利、城市给排水、水环境管理等不同部门职能实施一体化治理的现代水治理，以现代网络技术、空天地联合监测技术、大数据技术、超算技术、决策支持技术等现代技术为支撑，以水循环模拟模型为核心，以“自动感知监测、自主分析预警、高效模拟仿真、快速准确响应”为目标，对人类治水活动进行全域、全要素、全过程监测并实施高效精准模拟、决策、调度与管理的软硬件集合体。
二、智慧化支撑河湖长制提质升级的关键问题
智慧水治理系统在技术上是可以实现的，难度在于“多龙治水”框架下的数据共享壁垒、决策协商机制和部门及区域冲突利益协调与兼顾。故在河湖长制统筹机制下推进智慧水治理系统建设可能是目前最合适的选择；以水利部门智慧水利为主体，耦合其他涉水部门治水模块，开发并推进河湖长制智慧化管理平台当是目前的可行策略。
河湖长制智慧化管理平台应具有监测、模拟与决策支持、监督考核三大功能，如此则至少应有数据库、模拟模块、决策支持模块、考核模块、反馈与调整模块、信息发布与公众交互模块等核心模块以支撑水治理主要业务领域的智慧化应用。
本研究以一体化治水程度较高的武汉市为例讨论河湖长制智慧化管理平台建设，由于监测体系是智慧化不可或缺的重要基础，故本文择要分析水治理监测体系建设和智慧水治理系统两个关键问题。
推进移动互联网、云计算、大数据、物联网等现代技术在水治理监测中的应用，提高智慧化监测水平，强化监测能力建设，建立包括水资源开发利用监控、用水效率监控、水生态系统监控、水环境纳污红线监控、洪涝水风险管理等水治理主要专业领域的现代水治理监测体系，满足水资源实时监控、水资源优化配置、水污染防控与防洪排涝优化调度的综合管理需求，增强水治理基础数据支撑能力。
严格落实用水总量与用水强度双控，持续加强取用水监测基础设施建设，建立完善市区两级水资源监控中心，逐步实现所有用水户取水口的实时流量监测，持续提高水资源开发利用监控能力水平，为全面落实最严格水资源管理制度、优化水资源配置提供基础数据支撑。
全面加强新鲜水取用量监控，对于工业生活及公共集中供水的取水口，监测点取水量要占全部取水量的80%以上，地表取水年许可取水量在50万m3以上的取用水户应全部布设取水监测站点；对于农业取用水，重点加强大中型灌区取水口流量监测，新建、改扩建工程要同步建设计量设施，尚未配备计量设施的已建工程要抓紧改造。近期加快武钢等重点工业用水户和灌区取水在线监测体系建设，完善2个大型灌区及31个中型灌区骨干工程斗口及以下供水计量，逐步建设系统供水计量设施。2035年实现全部工业、生活及农业取水计量，取用水建设设施布局持续完善，取用水监测设施基本实现全覆盖。
把提高水生态水环境监控能力作为水生态保护、水污染防治的重要手段，不断完善监控体系建设。强化水生态水环境承载能力约束，以饮用水水源地、重要湿地保护区、水产种质区为重点，突出污染严重河湖水体、雨污合流区及排水排污管网混接区排水港渠、污水处理厂等主要排水口、排污口等，不断完善水环境监控基础设施建设，扩大在线监测设施比例，全面优化水生态水环境监测网络布局，建立系统完整的水生态水环境监测站网，实现入河湖污染物及河湖水环境质量在线动态监测。
全面推进重要水体在线监测设施建设，近期完成全市19个省级考核以及主要区级饮用水水源区，涨渡湖、沉湖等重要湿地保护区，梁子湖武昌鱼、鲁湖鳜鲌3个国家级水产种质区，长江、汉江、举水、府澴河、滠水、倒水、通顺河、金水河等入境断面以及中心城区主要湖泊等水质在线监测站系统建设；加强其他一般性湖泊等水体水环境监测，建立完善日常巡测（取样实验室化验）机制。推进长江、汉江、府澴河、滠水、梁子湖、斧头湖、知音湖、夏家寺水等重要水体监控预警系统及城市湖泊监测数据发布平台建设。
远期应实现全市56个饮用水水源地以及东湖、梁子湖、后官湖、西湖、道观河水库、夏家寺水库、梅店水库、泥河水库等8个应急备用水源地等主要监测断面水质在线监测与预警；实现所有入长江重要支流水质在线监测与实时预警。
▲武汉东湖
积极推进防洪排涝监控设施建设，全面完善排涝泵站进出水口、重点易渍水点、湖泊、港渠、排水口等自动水位站、雨量站和视频监控等设施建设，实现全市内涝在线监测、实时预警与智能调度。完善全市15个小流域山洪灾害预警基础设施建设，提高山洪灾害防御水平。2025年前完成全市主要易渍水点、港渠、涵闸、大中型泵站自动水位监测站点建设，基本完成山洪灾害预警基础设施建设；2035年逐步提高排水闸门、供排水泵站智能化水平，实现大中型排水闸门、泵站智能化调度。特别应重视堤防险情空天地一体化监测技术与设备研发与推广应用，尽快改变汛期依靠千军万马巡堤、抢险等低效率、大风险防汛模式。
以水质管理目标为控制标准，重点针对危险化学品污染、重金属污染等突发事件建立水质动态监测报警机制，实现水环境质量实时监测与预警，根据在线监测数据做到突发水质事件的实时预警和防控预案，按照水体类型的不同，做到不同水质事件的有效预防与应对，全面提高水质污染事件应急水平；深入落实最严格水资源管理制度，细化用水总量控制单元，衔接用水许可与取水量实时监测统计，根据实时监测数据，建立用水总量控制与用水强度控制预警机制；完善洪水风险管理，健全内涝点、易渍水点水位在线预警机制建设，建立内涝预警系统，提升洪涝水灾害防治应急能力，保证公众财产安全。
在发挥监测体系强大数据采集功能基础上充分利用大数据等现代网络与信息技术，实现水治理信息采集、传输、存储、管理和服务数字化、网络化与智能化，全面提升水治理效率和效能。整合涉水信息采集基础设施，完善智慧应用平台，优化信息化保障环境，构建智慧水治理系统。
优化完善水治理信息采集基础设施网络布局。在监测体系建设布局框架内，加快推进现有监测站点更新改造，尽快实现水文、水资源、水生态、水环境、水务工程等实时信息自动采集、网络汇集，构建完善的水治理信息感知与传输基础设施，全面提高信息采集的精确性、时效性、有效性以及工程监控的自动化水平。针对跨部门间信息重复收集、共享较差的问题，对市域现有涉水信息采集设施进行排查，按照统一规划、统一标准、集约高效的原则，优化整合流域、省级、市级及区级层面环保、林业等部门的各类涉水监测基础设施，完善市域水治理信息采集基础设施布局，建设布局合理、功能齐全、高度共享的水治理信息综合采集体系。充分应用基于超声波、雷达、对地观测系统、信息网络等的新技术、新装备、新方法，对水资源、水生态、水环境状况实施全天候监测，构建布局合理、全域覆盖、结构完备、功能齐全、高度共享的天地空一体化基础信息采集与传输系统。
推进信息采集系统建设。加快供水计量基础设施建设，新建、改扩建供水工程要同步建设用水计量设施，小型灌区和末级渠系逐步细化计量单元并配套计量，为推进农业水价改革提供基础支撑，增强水资源供给调度能力；优化和完善洪涝水基础信息收集系统建设，实现易渍水点、湖泊、港渠、泵站、排口全覆盖的水位自动监测与实时传输，整合完善远程视频监控系统，建成自动化控制系统，为防洪排水管理提供完备的基础信息支撑，实现大中排涝泵站、重要水闸等水利工程自动远程监测与控制。加强水生态环境监测信息采集系统建设，完善监测断面、监测站点布设，优化监测布局。逐步实现跨界河流断面、重要湖泊以及全部饮用水水源地在线监测，加大全市域湖泊巡测频次，校核在线监测数据准确性；以雨污合流区、排水管网混接区排水港渠为重点，加强入河湖排水港渠、排水（污）口水环境质量监测。
完善数据存储与传输。根据国家相关标准，按照“利用现有、避免重复、注重实用”的原则，以现有水务防汛信息中心为中枢，统一标准、统一技术构架，统一组织，各有侧重，分级实施，建设统一数据库，实现数据集中存储、统一管理、同步使用。2025年前，从数据安全保障的角度出发，建设6个新城区水治理信息分中心，通过虚拟化技术，将整个主机和网络资源统一部署，统一数据备份，形成自上向下的水治理信息化管理架构，搭建水治理信息化硬件支撑平台。
在水资源环境监控预警体系布局基本完善的前提下，逐步实现取用水量、水质、水位等在线监测与实时传输，建立科学的预警机制；在现有水务通信专网的基础上，以通信网、互联网等公网设施为主体，以先进信息传输技术为支撑，将专网通信与公网服务有机结合，完善市区两级水治理信息中心互联互通，形成互通互联自如、信息传输快捷、查询检索方便、数据存储云集、安全的网络体系，实现市、区水务部门与灌区、排涝泵站等基层水管单位的互联互通。
构建数据融合云平台。建立集约化、一体化大数据融合共享云平台，从监控设备实时数据流、跨专业异构数据库、互联网网页、卫星遥感航拍影像等多种半结构化和非结构化数据源中采集河湖水系、气象水文、环境生态和设施工况数据，提取河湖水系水量水质时空分布、水环境水生态健康状况、水务设施运行工况、城乡供排水情势等信息，建立统一的信息共享和调用机制，并为基于不同开发框架和语言的各类业务系统和计算环境提供数据支持接口。
建设地理空间信息系统。基于面向服务架构和组合建模方法，以武汉市DEM数据、高分辨率航片等数据为基础，建立具有不同时空粒度与广泛适应性的地理空间系统，应用二维图形、三维模型、立体视觉等可视化模拟和虚拟现实技术和设备，实时展示武汉市河湖水系脉络、水生态和环境状况、水资源供用耗排过程，以及水务工程实时运行状态。利用监测网络和互联网搜索采集的直接和间接信息，自动评价、预报河湖水系的水量水质、水生态环境健康状态、水务工程安全状态、供排水情势和面临风险。系统将根据各湖泊、河流、港渠及水务设施的监测状况、环境特征、工情特点等因素，自动推荐评价结果、显示所使用的方法和参数。
▲武汉水系卫星影像
提高水资源调控、城市防洪排涝智能化调度、水治理管理和工程运行信息化管理水平。在对数据处理与模型模拟的基础上，不断优化防洪调度方式，完善武汉市防汛排渍指挥系统建设；落实最严格水资源管理制度，实现对全行业用水的实时监测与管理，不断完善水资源实时监控与管理信息系统；综合河湖岸线资源管理、水生态空间管控、涉河湖水务工程在线运行管理，构建河湖综合管理系统与智能化调度系统、水生态空间管理系统、水务工程管理信息系统；提高日常行政事务的信息化管理水平，不断完善业务应用系统、按照“方便、快捷、可信、安全”的原则，构建基于互联网（尤其是移动互联网）的水治理公众服务系统，以“云端湖泊”为开端，拓展服务范围，提升服务质量，搭建公众参与平台，提供公众监督通道。
参照已有相关标准，超前谋划，构建与智慧水治理系统建设发展相适应的水治理信息化标准体系，建立健全信息集成与共享、各业务系统协同工作的基础与前提。强化信息化安全保障，应用先进的信息安全技术和国家相关规定，建设数据备份系统、防火墙系统、入侵检测系统、病毒防范系统、用户身份认证系统等安全保障系统。
三、结论与建议
随着国家现代化目标的确定、“三新一高”战略的实施和新时期治水方略的要求及智慧技术的进步，河湖长制作为我国现代水治理的重要支撑和保障，必须与时俱进，适应新形势、新战略、新要求而提质升级，其中智慧化是一个非常重要且不可或缺的重要支撑。
智慧水治理系统是水治理现代化的重要标志，是国家现代化治理体系的重要基础。智慧水治理系统是面向融合传统水利、城市给排水、水环境管理等不同部门职能实施一体化治理的现代水治理，以现代网络技术、空天地联合监测技术、大数据技术、超算技术、决策支持技术等现代技术为支撑，以水循环模拟模型为核心，以“自动感知监测、自主分析预警、高效模拟仿真、快速准确响应”为目标，对人类治水活动进行全域、全要素、全过程监测并实施高效精准模拟、决策、调度与管理的软硬件集合体。
智慧水治理系统在技术上是可以实现的，难度在于“多龙治水”框架下的数据共享壁垒、决策协商机制和部门及区域冲突利益协调与兼顾。建议在河湖长制统筹机制下，以水利部门智慧水利为主体，耦合其他涉水部门治水模块，开发并推进河湖长制智慧化管理平台，为河湖长制提质升级和水治理现代化提供强有力的支撑与保障。
作者/李宗礼（水利部水利水电规划设计总院教授级高级工程师），陈伟，刘昌明，尹迅飞，温续余，魏加华，李瑞清，王怀清
