引言：水利现代化转型的时代命题
在全球气候变化加剧、城市化进程加速的背景下，我国水资源供需矛盾日益突出，传统水利管理模式面临防洪抗旱响应滞后、水资源调配粗放、生态保护效率低下等挑战。2025年发布的“十五五”规划建议明确提出“加快建设现代化水网，增强洪涝灾害防御、水资源统筹调配、城乡供水保障能力”，标志着我国水利事业正式迈入“智慧化、数字化、生态化”深度融合的新阶段。
智慧水利拥有极高的战略定位——不仅是提升水安全保障能力的核心抓手，更是激活水利领域“新质生产力”的关键引擎，通过数字孪生、物联网、人工智能等技术的深度应用，正在重构水利治理范式，为构建安全、高效、绿色的现代水网体系提供关键支撑。
一、 新质生产力视角下的智慧水利内涵****
“新质生产力”强调以科技创新为主导，摆脱传统要素驱动路径，通过技术革命性突破、生产要素创新配置和产业深度转型升级，形成高质量发展的新动能。在水利领域，新质生产力体现为以新一代信息技术（如5G、人工智能、物联网、大数据、数字孪生等）深度融合水利业务，重构水工程、水资源、水生态、水灾害“四水”治理体系，实现感知精准化、决策科学化、调度协同化、服务普惠化。
智慧水利正是这一理念的实践载体。它不再局限于单一工程自动化或局部信息化，而是以“数字孪生流域+智能中枢+智慧应用”为核心架构，打造覆盖全流域、全要素、全过程的智能水网生态系统。通过数据流驱动业务流、价值流，水利系统从“被动响应”转向“主动预见”，从“经验决策”迈向“模型推演”，从而释放出前所未有的管理效能与发展潜力。
二、“十五五”智慧水利建设的核心目标
面向“十五五”，智慧水利建设应锚定三大核心目标：
构建全国一体化智能水网： 以国家水网主骨架和大动脉为基础，融合数字孪生技术，打造物理水网与数字水网“双网融合”的新型基础设施体系。实现跨流域、跨区域、跨层级的水资源联合调度与应急协同。
全面提升水安全韧性： 通过高精度监测预警、智能模拟推演和快速响应机制，显著增强对极端天气、洪涝干旱、水质污染等风险的防控能力，保障城乡供水安全、防洪安全和生态安全。
赋能水利治理现代化： 推动水利政务服务“一网通办”、监管执法“一网统管”、公众服务“一键可达”，提升政府治理效能与社会满意度，助力“节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力”治水思路落地见效。
三、 关键技术路径与系统架构
“十五五”智慧水利解决方案需依托“云-边-端-智-用”五位一体的技术架构：
感知层（端）： 部署高密度、多参数、自组网的智能传感设备，包括水位、流量、雨量、水质、土壤墒情、视频监控等，构建“空天地水工”一体化立体感知网络，实现对江河湖库渠及水利工程的全域实时感知。
边缘计算层（边）： 在重点泵站、水库、闸坝等节点部署边缘计算单元，实现本地数据预处理、异常识别与快速响应，降低云端负载，提升系统实时性与可靠性。
平台层（云+智）： 建设统一的水利云平台与数字孪生底座，集成水文模型、水动力模型、AI算法库和知识图谱，支持多场景模拟仿真、智能预测预警与优化调度。重点发展基于大模型的水利智能体（Hydro-Agent），实现自主学习与辅助决策。
应用层（用）： 围绕“四预”（预报、预警、预演、预案）功能，开发智慧防汛抗旱、智慧水资源管理、智慧河湖监管、智慧灌区、智慧供水等应用场景，推动业务流程再造与服务模式创新。
四 、技术驱动：数字孪生构建水利“智慧大脑”
1、 数字孪生：从物理世界到虚拟镜像的跨越
数字孪生技术通过构建物理水利工程的虚拟映射，实现防洪、供水、生态等场景的实时模拟与风险预警。以长江流域为例，其数字孪生平台已覆盖干支流全域，集成卫星遥感、无人机巡检、地面传感器等多元数据，形成高精度数字底板。在2024年汛期中，该平台通过精准模拟洪水演进路径，提前72小时预警湖北荆州段险情，避免直接经济损失超30亿元。未来，“十五五”期间，数字孪生技术将进一步扩展至中小河流、城市内涝等场景，形成“天-空-地-水”一体化监测网络，推动防洪预见期延长至7天以上，预报精度提升至90%。
2、 智能感知：低成本、高精度的数据采集革命
智能感知设备是数字孪生的“神经末梢”。当前，我国已部署超50万个水文监测站点，但农村地区覆盖率不足40%。针对这一短板，“十五五”期间将重点突破三大技术瓶颈：
微型传感器研发： 采用太阳能供电、NB-IoT通信的微型传感器，降低偏远地区布设成本，实现土壤湿度、水质、水位等参数的实时监测。
多参数集成监测： 开发集成水质、水位、流量等功能的复合型传感器，提升数据综合利用效率。例如，三峡大坝通过BIM+GIS技术建成L3级数据底板，支撑安全监测与“四预”（预报、预警、预演、预案）功能。
设备健康管理： 引入自诊断技术，通过机器学习分析设备运行数据，预测故障风险，延长使用寿命，降低运维成本。
3、 AI赋能：从单一模型到系统集成的决策升级
人工智能技术正在推动水利决策从“经验驱动”向“数据驱动”转型。黄河水利委员会开发的“黄河脑”系统，通过融合气象、水文、工程数据，实现调水调沙方案的智能生成，决策时间从72小时缩短至8小时。未来，“十五五”期间将构建国家级水利AI平台，整合高校、科研院所算法资源，开发针对山洪预警、水库调度、生态修复等场景的专用模型库。例如，太湖流域通过机器学习模型提前72小时预警水华风险，治理成本下降40%，为蓝藻防控提供了可复制的“中国方案”。
五 、系统治理：全链条协同管理机制的创新实践
1、 跨部门数据共享：打破信息孤岛
水利数据共享需突破部门壁垒。当前，水利部门与气象、自然资源、农业农村等部门的数据互通率不足30%，导致洪涝灾害预警响应滞后。“十五五”期间，国家水利数据中枢将全面建立，制定统一的数据接口标准，推动防洪工程、水资源管理、生态保护等业务系统的互联互通。浙江省通过“水利大脑”平台整合12个部门数据，实现台风路径预测与水库预泄的联动，2024年成功应对“梅花”台风时减少转移人口15万人，为全国提供了跨部门协同的标杆案例。
2、 流域-区域协同管理：从分割到联动的治理变革
流域与区域协同管理是破解水资源分配矛盾的关键。以珠江流域为例，西江、北江、东江三大水系涉及粤桂滇黔四省区，但调度方案长期各自为政。“十五五”期间将推广“珠江模式”，通过立法明确上下游权责，建立生态补偿基金，实施联合调度。2021年发布的《粤港澳大湾区水安全保障条例》，首次将跨境河流水量分配纳入法治轨道，为全国提供了跨境流域治理的范本。
3、 应急响应能力提升：从被动应对到主动防控
当前，全国水库安全度汛方案平均制定周期为15天，难以适应极端气候下的快速变化。“十五五”期间将构建“平急结合”的应急机制：
风险图谱建设： 标识高风险区域，预置抢险物资，提升灾害预警能力。
移动端应急指挥系统： 开发集成现场视频、工程状态、物资库存的实时调取功能，实现应急决策的“一键触达”。
跨区域演练常态化： 2024年太湖流域开展的“蓝盾行动”联合演习，验证了苏浙沪三地协同封堵决口的能力，为跨区域应急响应提供了实战经验。
六 、绿色转型：水资源集约安全利用的路径探索
1、 非常规水源开发：破解水资源短缺的“第二水源”
我国再生水利用率不足15%，远低于发达国家40%的水平。“十五五”期间将重点突破三大领域：
政策激励： 制定城市污水再生利用标准，明确工业冷却、城市绿化等场景的水质要求，对使用再生水的企业给予税收减免。
分布式再生水厂建设： 降低长距离输送能耗，提升供水效率。2024年北京市通过分布式再生水厂建设，将再生水利用率提升至35%，减少地下水开采1.2亿立方米。
价格机制创新： 建立非常规水源价格激励机制，推动市场化运作。
2、 生态流量保障：从定性要求到定量管控
全国仅30%的河流设置了生态流量目标，且监测手段落后。“十五五”期间将构建“三位一体”监管体系：
智能监测： 在重要断面安装声学多普勒流速仪（ADV），实现分钟级流量监测。
预警模型开发： 当实际流量低于目标值20%时，自动触发补水方案。
考核机制完善： 将生态流量达标率纳入地方政府考核，2024年福建省试点显示，该措施使闽江口湿地面积增加12%。
3、 碳减排技术应用：绿色水利的低碳路径
水利行业需降低工程建设与运行中的碳排放。当前，我国水电装机容量达4.1亿千瓦，但小型水电站效率普遍低于70%。“十五五”期间将实施两项行动：
老旧水电站增效改造： 通过更换水轮机转轮、优化调度规则，平均提升效率8%。
低碳建材推广： 在堤防加固工程中使用粉煤灰、矿渣微粉等工业废料，2024年三峡集团试点项目减少水泥用量30%，碳排放降低22%。
七、 重点任务与实施策略
为确保“十五五”智慧水利落地见效，需聚焦以下重点任务：
加快数字孪生流域建设： 优先推进长江、黄河、淮河、海河、珠江等大江大河流域以及南水北调等重大工程的数字孪生试点，逐步扩展至中小河流与地方水网，形成“流域—区域—工程”三级数字孪生体系。
打通数据壁垒，构建水利数据要素市场： 制定统一数据标准与共享机制，整合气象、自然资源、生态环境、农业农村等多源数据，推动水利数据资产化、要素化，释放数据价值。
强化标准规范与网络安全： 建立健全智慧水利技术标准、接口规范与安全防护体系，确保系统互联互通、安全可控，防范关键信息基础设施遭受网络攻击。
推动政产学研用协同创新： 鼓励高校、科研机构与企业联合攻关水利专用芯片、智能传感器、水文AI模型等“卡脖子”技术，培育智慧水利产业集群。
注重基层能力建设与公众参与： 加强县级以下水利部门数字化培训，推广轻量化、低成本的智慧水利工具；开发面向公众的水情APP、节水小程序等，提升全民水素养与参与度。
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八、 智慧水利引领水利事业高质量发展
“十五五”时期，智慧水利将不再是可选项，而是必由之路。通过系统性布局与创新驱动，智慧水利不仅将显著提升我国水治理体系和治理能力现代化水平，更将催生新业态、新模式、新动能——如基于水权交易的智能水市场、基于碳汇核算的生态补偿机制、基于水足迹的绿色供应链管理等，为实现“双碳”目标、乡村振兴和美丽中国建设提供坚实支撑。
“十五五”期间，智慧水利将通过数字孪生、智能感知、AI决策等技术的深度应用，推动水利治理从“经验治水”向“数据治水”“智能治水”跨越。这一进程不仅关乎水利基础设施的现代化升级，更是一场涉及技术革新、管理优化、融资模式创新的全面变革。
未来五年，中国水利投资将聚焦国家水网骨干工程、区域水网协同、智慧水利建设三大领域，以“全要素数字化、全链条智能化、全场景协同化”为核心路径，为经济社会高质量发展提供更加坚实的水利支撑和保障，书写“人水和谐”的新篇章。
可以预见，在“十五五”末期，我国将初步建成世界领先的智能水网体系，实现“看得见、测得准、算得清、调得动、管得好”的智慧水利新格局。这不仅是技术的胜利，更是发展理念的跃升——从征服自然走向尊重自然，从工程水利走向生态水利，最终迈向人水和谐共生的可持续未来。