南水北调工程数据共享现状分析

陈 阳 ，董宁澎 ，王 彪

（1．水利部南水北调规划设计管理局，北京 100038；2．中国水利水电科学研究院，北京 100038；3．北京市水利规划设计研究院，北京 100038）

0 引言

南水北调工程事关战略全局、长远发展、人民福祉。南水北调东线和中线工程分别从长江下游和丹江口水库引调水，以实现我国水资源南北调配、东西互济的合理配置格局。东线工程已于 2013年建成通水，中线工程已于 2014年12月12日建成通水，目前东、中线工程在缓解受水区城市，农业，生态用水矛盾，遏制生态环境继续恶化，促进地区社会、经济可持续发展等方面发挥了重要作用，社会和生态效益显著[1]。

目前南水北调工程已由施工建设阶段逐渐过渡到工程运维阶段，工作重点已转向工程精细化管理，信息化系统的有效建设能够大大提高工程管理效率[2]。中线和东线各管理单位目前主要建有东线山东段、江苏段[3]、苏鲁省际段，中线干线、水源工程，湖北引江济汉工程等六大调度运行管理系统，在水量调度、工程巡查、设施设备运维、水质突发应急等方面发挥着重要作用。习总书记在南水北调后续工程高质量发展座谈会上强调：“要从守护生命线的政治高度，切实维护南水北调工程安全、供水安全、水质安全。要继续加强东线、中线工程的安全管理和调度管理，强化水质监测保护，充分发挥调水能力，着力提升工程效益”。因此，为了更好地服务于南水北调工程的安全和调度管理，实现横纵向之间数据的监测、实时分析、共享及质量保障尤为重要。

1 研究方法

通过对数据的共享可有效提升数据质量，打破数据壁垒，加强数据有效利用。本研究通过对现有的南水北调工程信息系统情况进行逐个摸底，梳理信息资源共享现状，进行业务系统和核心业务梳理，提出南水北调东、中线工程监管和生产数据需求。

1.1 现场座谈

对中线建管局等南水北调工程的 5 个运行法人单位信息化管理部门通过座谈的方式进行交流，内容包括：被调研单位的信息系统建设、运行与管理的现状，数据采集、存储、分析及对外共享的现状，核心业务数据流动情况，本单位内部及上下级间的数据流动情况，数据共享需求，数据库建设与维护现状等。

1.2 资料收集

收集的资料包括各主要业务和监测系统设计、数据库数据字典等说明、相关数据共享技术等文档或管理文件。

1.3 资料分析

对座谈和资料收集获得的信息进行分析，梳理主要业务系统情况，分析核心业务，并进行共享的数据需求分析。

2 系统核心业务分析

数据的共享建立在业务需求之上，通过对南水北调工程六大调度运行管理系统进行梳理，得出其核心业务主要有水量调度、防汛、水生态环境、工程等管理，核心业务分析图如图 1 所示。

图1 南水北调工程调度运行管理系统核心业务分析图

2.1 水量调度管理

主要对调水情况进行监控管理，根据水量需求，制定合理的水量分配方案，并根据雨水情、工情等实时信息下发调度指令至闸和泵站等进行调水。包括调水计划编制与评价、日常调度管理和应急调度管理 3 个部分。

2.2 防汛管理

防汛管理需要从流域、省（市）防汛部门获取交叉河流的洪水预报信息，另外主要需要通过水利部水文气象部门获取交叉河流的水文气象信息，不足部分通过流域、省（市）水利部门获取。管理的主要内容是防洪工作，根据防洪需求，编制防汛调度方案及防汛应急预案；根据洪水形势，下达调度指令至工程，进行防汛调度，对防汛应急事件进行处置和评估。包括防汛预警、调度和应急 3 个管理部分。

2.3 水生态环境管理

水生态环境管理业务，需要从上游单位处获取关键断面环境监测因子、水质级别的评价结果及水污染应急事件的相关信息。主要是对工程沿线水质情况进行监控和管理，对水污染进行处置，保障供水水质安全，包括水质监测评价和水污染应急管理 2 个部分。

2.4 工程管理

包括工程安全运行[4]和维护 2 个管理部分，主要保障水闸、泵站、渡槽、渠道、涵洞、隧洞、倒虹吸等水利工程设施的安全运行。

3 数据需求分析

在海量数据中找到最具价值的数据进行分析计算才具有意义，数据共享可以通过建立系统化、规范化、标准化的数据管理流程，技术，模式和体系，解决资源规划、质量管理、开放共享、安全合规及服务应用等方面的问题，以体系化的方式实现数据资源的可得、可用、好用，充分发挥南水北调工程信息资源共享在创新管理、调度运行中的重要作用。

由南水北调的核心业务和其水利对象产生了业务类、监测类、基础类 3 类数据，数据资源的逻辑划分如图 2 所示。

图2 南水北调工程数据资源逻辑划分

3.1 业务数据

业务数据是南水北调工程核心业务所需要的和业务过程中所产生的信息，包括防汛、水量调度、水生态环境和工程安全等数据。数据内容如表 1 所示。

表1 业务类数据

3.2 监管数据

监管部门需要对南水北调工程的日常运行、水质、工程安全、水量调度、应急响应等进行监管。数据来源于在线和非在线监测终端采集，有些更新频率很高的数据，包括雨水情、水资源、水环境和工情监测数据，分别对应防汛、水量调度、水环境和工程安全等核心业务。具体监管内容如表 2 所示。

表2 监管类数据

3.3 基础数据

基础数据是各种更新频率较低的数据，可以在很长一段时期内不发生变化。按照数据对象和获取部门分，包括基础水文、空间地理数据，以及水利工程、社会经济和生态环境等基础数据。

4 数据共享现状

当前，面向水利精细化管理和业务协同需求，南水北调工程数据的共享不仅需要各运行管理单位内部的数据共享，也需要运行管理单位与沿线地区之间开展关于地理、雨水情、社会信息等共享实践。

4.1 对内共享

南水北调中线工程通水以来，供水量持续增长，水质稳定达标，已经成为沿线城市供水的生命线。管理单位高度重视内部的数据开放共享和共同治理，在南水北调中线干线工程自动化调度与运行管理系统的基础上开发中线一张图，推进智慧中线项目建设，大幅度提升了数据资源互联互通和工程管理现代化精细化水平。

南水北调中线干线工程管理单位完成了近200 项制度标准的编制修订，在梳理建立运行管理直接相关专业业务名录的基础上，完成近 500 项业务的梳理和 30 个关键业务的流程图绘制，推进了制度标准的表单化、流程化。中线水源供水信息共享已具备流程数据来源[5]，具有较好的共享基础，若建立起从源头到水厂的水质信息共享机制，将能更好地保障供水安全。

4.2 对外共享

4.2.1 北京市南水北调中线水质信息共享平台

实现了水利部门之间数据的纵向共享，水利、环保、卫生等涉水部门之间水质数据的横向共享，并在此基础上实现了源水、供水、排水水质的成果会商，水质预警，统计分析，报表生成，信息发布等[6]，建立了水质监管部门的信息共享机制，形成一套完整的水质监测、预警、发布体系，提升了水资源管理水平，为首都供水、水环境安全提供了数据基础及技术支撑。

4.2.2 河北省南水北调工程防汛抢险联动体系

为提高洪水预警预报水平，建立了深层次、多方面的防汛业务协同合作机制，通过搭建信息联络共享平台，及时全面地交换沿线气象站降水量、上下游主要河流、水库的径流与水位变化等实时水雨情形势，建立了雨水情信息资源共享、重大调度决策相互通报、抗洪抢险协调联动、防汛联络、防汛物资调用保障等 5 个方面的防汛抢险联动体系。

4.3 存在问题

南水北调工程数据的共享工作进行了初步的探索与尝试，但距离为构建智慧水利体系所要求的“提升水情测报和智能调度能力”提供数据支撑还有一定差距，存在的问题有如下几点：

1）缺乏完整的共享数据来源。目前尚未建成统一的数据治理体系，各信息系统分散部署，不能集中工程全线数据。由于东线各调度管理系统分别由不同的运行管理单位负责，部署分散，站在整个南水北调东线工程的角度，尚没有统一的调度和数据平台，尚未建成统一规范的数据开放共享体系。

2）缺乏统一的数据标准。目前南水北调工程统一的数据资源目录尚未完全建成，对于已实现的运行管理数据的内部共享，现有数据标准尚未完全统一。

3）数据横纵向共享水平有待进一步提高。当前，工程各段尚未完全实现信息资源的互联互通，数据孤岛仍然存在；已实现共享的数据多在南水北调中线三级管理机构内部流通使用，尚未完全实现对上级机构、科研单位、受水单位、公众等发布和共享，同时工程的运行管理机构不能完全获得工程沿线的水文、气象等数据，数据共享程度有进一步提高的空间。

5 结语

5.1 结论

目前，南水北调工程的六大调度运行管理信息系统，在多年的建设运行过程中，围绕业务场景生产了大量信息资源，这些信息资源涉及水库、渠道、断面、节制闸、泵站、河流、湖泊等各类水利对象的上千节点，具有数据量大、覆盖面广、种类多样的特点，在水量调度、工程维护、安全度汛、水质突发应急等方面发挥了重要的数据价值，大大提高了工程供水保障和精细化运管能力，共享实践已取得了一定成果。然而，各调度运行管理系统由各个法人单位独立运行，自成体系，缺乏统一的数据资源规划，存在数据孤岛，数据的采集与使用依赖于不同的业务系统，缺乏统一标准和共享机制[7-8]。

5.2 建议

为了进一步促进南水北调工程数据资源共享，推进数据资源的有效利用，提出以下建议：

1）建立统一的数据标准规范。目前南水北调工程信息资源的现状尚未厘清，规范化标准化程度不足，下一步可根据《水利信息资源共享管理办法（试行）》和《水利信息资源目录编制指南（试行）》建立南水北调数据的统一规范标准，设置合理的类目，并保障数据的一致性、准确性、完整性、规范性。

2）建立数据的更新整编机制。主管部门按照“一数一源，及时更新”原则建立数据的更新整编机制，及时组织维护更新水利信息资源，定期更新发生改变的基础水利信息，并对数据进行校核。同时要遵循“一源多用”原则，在数据化精细管理的同时大幅提高信息数据的利用率，满足数据共享需求。

3）建立数据共享机制。统筹建立南水北调信息资源共享管理和评价机制。对于无条件共享类的水利信息资源，可通过水利信息基础平台提供共享服务；对于有条件共享类的水利信息资源，可通过提出申请的方式获得数据；同时通过建立评价体系激励与促进数据共享的成效。

4）保障网络安全。制定更加精细、有效的安全策略[9]。随着网络攻击的手段及方法日趋复杂化、多样化，应进一步增强网络安全防御能力，全方位地感知网络安全事态，及时引入最新的网络安防技术[10]，定期更新病毒库防范网络病毒[11]，同时要规范网络安全管理制度，严格区分内网外网的使用，定期对工作人员进行培训以增强其网络安全意识，按要求进行网络安全等级保护[12]定级、备案，为数据共享提供网络安全保障。

5）保障数据安全。数据共享的重中之重是保障数据安全，建议严格控制数据访问，对共享信息采集、存储、共享、交换、提供和使用全过程采用适合的身份认证[13-14]方式进行访问权限控制，对重要的信息资源进行加密和备份。

6）针对南水北调工程数据共享领域的数据分析、挖掘等方面开展后续研究，适当借鉴美国的国家级数据共享网络平台 USGS 网站，欧洲的 EEA，ETC/WTR，EIONET 等相应的水利信息共享平台[15]的成功经验，按照“需求牵引、应用至上、数字赋能、提升能力”要求，推进算据、算法、算力建设，构建具有预报、预警、预演、预案功能的智慧南水北调体系，切实提高工程信息化、智慧化、精细化管理水平，最大程度发挥工程综合效益，保障经济社会环境的可持续高质量发展。