1.1 智慧釋義

《說文解字》中記載：智者，從日從知，日知也，每日必有所知，則所知者厚?；壅撸瑥腻鐝男?，心有塵則借彗以除之，心則保其清明?！掇o書》云：智慧是一種通過人腦思維的活動。如人類對外界的資料所產(chǎn)生的記憶、計算、判斷、決策、規(guī)劃、學(xué)習(xí)、探索、推理等的各種處理能力。智慧讓人可以深刻地理解人、事、物、社會、宇宙、現(xiàn)狀、過去、將來，擁有思考、分析、探求真理的能力。

因此，總體上來說，智慧是對事物能迅速、靈活、正確地理解和解決問題的能力，是一種辨析判斷、發(fā)明創(chuàng)造的能力。

1.2 智慧理念的應(yīng)用

1998年美國前副總統(tǒng)阿爾·戈爾提出數(shù)字地球構(gòu)想，數(shù)字地球是一個無縫的覆蓋全球的地球信息模型，它把分散在地球各地的從各種不同渠道獲取到的信息按地球的地理坐標(biāo)組織起來，既能體現(xiàn)出地球上各種信息（自然的、人文的、社會的）的內(nèi)在有機(jī)聯(lián)系，又便于按地理坐標(biāo)進(jìn)行檢索和利用[2]。

2008年11月，IBM公司在美國紐約發(fā)布的《智慧地球：下一代領(lǐng)導(dǎo)人議程》主題報告中提出，即把新一代信息技術(shù)充分運(yùn)用在各行各業(yè)之中?！爸腔鄢鞘小痹从谥腔鄣厍虻睦砟?，是運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)等新一代信息通信技術(shù)，促進(jìn)城市規(guī)劃、建設(shè)、管理和服務(wù)智慧化，以提升資源運(yùn)用的效率，優(yōu)化城市管理和服務(wù)，改善市民生活質(zhì)量。2008年奧巴馬上任美國總統(tǒng)后，對“智慧地球”做出積極回應(yīng)；中國多省市也與IBM簽署“智慧城市”共建協(xié)議。2012年“智慧城市”被列為中國面向2030年的30個重大工程科技專項之一。2014年國家發(fā)展改革委員會等八部委聯(lián)合印發(fā)的《關(guān)于促進(jìn)智慧城市健康發(fā)展的指導(dǎo)意見》中明確指出，建設(shè)智慧城市，對提升城市可持續(xù)發(fā)展能力具有重要意義。2015年國家發(fā)展改革委等25個相關(guān)部門成立了新型智慧城市建設(shè)部級協(xié)調(diào)工作組，共同加快推進(jìn)新型智慧城市建設(shè)。2016年《國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十三個五年規(guī)劃綱要》提出要加強(qiáng)現(xiàn)代信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，推進(jìn)大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展，建設(shè)智慧城市。2016年《國家信息化發(fā)展“十三五”規(guī)劃》提出要推進(jìn)新型智慧城市建設(shè)行動。

1.3 智慧水利

智慧水利是智慧地球的思想與技術(shù)在水利行業(yè)的應(yīng)用。IBM公司將美國國家智慧水網(wǎng)（NATIONAL SMART WATER GRID?）作為“智能地球”重要組成，并提出了三個關(guān)鍵詞：自動化、交互性、智能化。即利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，自動、實(shí)時地感知水資源、水環(huán)境、物理大氣水文過程及各種水利工程的多要素、多屬性、多格式的數(shù)據(jù)；通過信息通信網(wǎng)絡(luò)傳送到在線的數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)倉庫和云存儲中；再利用云計算、數(shù)據(jù)挖掘、深度學(xué)習(xí)等智能計算技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、建模和推演，做出科學(xué)優(yōu)化的判斷和決策，并反饋給人類和設(shè)備，采取相應(yīng)的措施和行動有效解決水利科技和水利行業(yè)的各種問題，提高水資源的利用率、水利工程的效益，有效保護(hù)水資源及水環(huán)境，實(shí)現(xiàn)防災(zāi)減災(zāi)和人水和諧。智慧水網(wǎng)的技術(shù)核心將涉及水文學(xué)、水動力學(xué)、氣象學(xué)、信息學(xué)、水資源管理和行為科學(xué)等多個學(xué)科方向，是新一代水利信息化的集成發(fā)展方向。

因此，智慧水利是運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)等新一代信息通信技術(shù)，促進(jìn)水利規(guī)劃、工程建設(shè)、運(yùn)行管理和社會服務(wù)的智慧化，提升水資源的利用效率和水旱災(zāi)害的防御能力，改善水環(huán)境和水生態(tài)，保障國家水安全和經(jīng)濟(jì)社會的可持續(xù)發(fā)展。

綜合來看，智慧水利的內(nèi)涵主要有三個方面：（1）新信息通信技術(shù)的應(yīng)用。即信息傳感及物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)的應(yīng)用。（2）多部門多源信息的監(jiān)測與融合。包括氣象、水文、農(nóng)業(yè)、海洋、市政等多部門，天上、空中、地面、地下等全要素監(jiān)測信息的融合應(yīng)用。（3）系統(tǒng)集成及應(yīng)用，即集信息監(jiān)測分析、情景預(yù)測預(yù)報、科學(xué)調(diào)度決策與控制運(yùn)用等功能于一體。其中，信息是智慧水利的基礎(chǔ)；知識是智慧水利的核心；能力提升是智慧水利的目的。

水利部歷來高度重視水利信息化建設(shè)，提出了以水利信息化帶動水利現(xiàn)代化的總體要求。2017年5月水利部正式印發(fā)《關(guān)于推進(jìn)水利大數(shù)據(jù)發(fā)展的指導(dǎo)意見》，該指導(dǎo)意見是水利部深入貫徹黨中央提出的國家大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略、國務(wù)院《促進(jìn)大數(shù)據(jù)發(fā)展行動綱要》等系列決策部署的重要舉措，旨在水利行業(yè)推進(jìn)數(shù)據(jù)資源共享開放，促進(jìn)水利大數(shù)據(jù)發(fā)展與創(chuàng)新應(yīng)用。2019年水利部《加快推進(jìn)智慧水利指導(dǎo)意見》指出全方位推進(jìn)智慧水利建設(shè)是加快推進(jìn)新時代水利現(xiàn)代化的重要舉措。把智慧水利建設(shè)作為推進(jìn)水利現(xiàn)代化的著力點(diǎn)和突破口，加快推進(jìn)智慧水利建設(shè)，大幅提升水利現(xiàn)代化水平。

經(jīng)過近20年的水利信息化建設(shè)，水利綜合信息采集體系初步形成，網(wǎng)絡(luò)通信保障能力明顯提高，新一代水利衛(wèi)星通信網(wǎng)的衛(wèi)星小站得到擴(kuò)充，初步建成了水利部基礎(chǔ)設(shè)施云，并搭建了“異地三中心”的水利數(shù)據(jù)災(zāi)備總體布局。有關(guān)流域機(jī)構(gòu)信息部門對云計算、大數(shù)據(jù)應(yīng)用進(jìn)行了初步探索，實(shí)現(xiàn)了圍繞突發(fā)事件對水情、工情和位置等信息的自動定位和展現(xiàn)。有關(guān)研究院所利用物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)開展了水文水資源、防汛抗旱、氣候變化影響、水利信息化、水環(huán)境保護(hù)與治理等方面的科研工作。地方水利部門加強(qiáng)水文、水環(huán)境、水災(zāi)害等方面的自動智慧化監(jiān)測，研究開發(fā)和實(shí)踐應(yīng)用水文預(yù)報預(yù)警、調(diào)度決策、日常業(yè)務(wù)管理等系統(tǒng)，顯著提升了業(yè)務(wù)工作能力和水平。

但是，智慧水利的建設(shè)與智慧社會的需求仍存在較大差距。一是全面感知不夠，目前，各類水利設(shè)施的監(jiān)測遠(yuǎn)未做到全面感知。例如，水庫安全監(jiān)測方面，多數(shù)中型水庫和幾乎所有小型水庫都沒有實(shí)時安全監(jiān)測設(shè)施，大部分小型水庫甚至沒有水情監(jiān)測報汛設(shè)備，且感知技術(shù)手段也存在較大差距，自動化程度不高。二是信息全面互聯(lián)差距大，網(wǎng)絡(luò)覆蓋面小，縣級水利部門尚未實(shí)現(xiàn)全面連接水利業(yè)務(wù)網(wǎng)；而且網(wǎng)絡(luò)通道窄，受限于信息基礎(chǔ)設(shè)施，基層水利數(shù)據(jù)無法及時傳輸；上下左右聯(lián)通不暢，集中體現(xiàn)在工程控制系統(tǒng)隔離在各個工程管理單位，不同工程的業(yè)務(wù)系統(tǒng)信息共享和業(yè)務(wù)協(xié)同困難。三是共享不足，在水利行業(yè)內(nèi)部，各專業(yè)部門之間的信息共享不足；在行業(yè)外部，與環(huán)保、交通、國土等部門的相關(guān)數(shù)據(jù)還不能做到數(shù)據(jù)實(shí)時共享。四是智能應(yīng)用不夠，對于新一代信息技術(shù)的應(yīng)用，水利行業(yè)總體上還處于初級階段。大數(shù)據(jù)、人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)尚未得到廣泛應(yīng)用、智慧功能尚未得到充分顯現(xiàn)。

3.1信息：智慧水利的基礎(chǔ)

古語云“巧婦難為無米之炊”。信息是智慧水利建設(shè)的基石。系統(tǒng)地、整體地、多類型地獲取信息，以及信息獲取之后的存儲、匯集、評價、校正和融合對智慧水利目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)至關(guān)重要[3]。

3.1.1 信息多元性

智慧水利涉及領(lǐng)域廣泛，應(yīng)用目標(biāo)多元，其所需信息也復(fù)雜和多樣，涉及水利對象的信息有河流水系、湖泊、水利工程等；水利信息時間跨度涵蓋過去、現(xiàn)在以及未來氣候模式等；信息來源有地基水利要素站網(wǎng)監(jiān)測，以及空基天基遙測數(shù)據(jù)；包含業(yè)務(wù)屬性的信息有建設(shè)、運(yùn)行、維護(hù)和服務(wù)信息；信息存儲格式也多種多樣，如圖像、數(shù)字、音頻和視頻等。

3.1.2 感知完整性

為全面、系統(tǒng)、準(zhǔn)確地收集水利信息，一是需要擴(kuò)大感知及監(jiān)測范圍，即充實(shí)水文、水質(zhì)、地下水位、水環(huán)境監(jiān)測站網(wǎng)，加快水文現(xiàn)代化建設(shè)步伐，以擴(kuò)大江河湖泊水系的監(jiān)測范圍；補(bǔ)齊和提升大中小型水庫、長江與黃河等流域下游險工險段堤防、重點(diǎn)水閘、下游有村莊或重要設(shè)施的骨干淤地壩等水利工程安全及運(yùn)行監(jiān)測設(shè)施，擴(kuò)大水利工程設(shè)施的監(jiān)測范圍；全面提升水資源、水環(huán)境、水生態(tài)、水災(zāi)害、工程運(yùn)行等水利核心業(yè)務(wù)管理活動中的重要事件、行為和現(xiàn)象的動態(tài)感知能力，以提升水利管理活動的動態(tài)感知能力。二是提升立體感知的智能水平，通過衛(wèi)星、雷達(dá)、無人機(jī)、遙控船等新型遙感監(jiān)測手段，以及高清視頻監(jiān)控的應(yīng)用，大力提升水文測報自動化和智能化水平，實(shí)現(xiàn)對江河湖泊、水利工程、管理活動的動態(tài)感知。

3.1.3 信息匯集

智慧水利通過綜合數(shù)據(jù)匯聚與支撐平臺（實(shí)時立體監(jiān)測、遙感信息分析、歷史數(shù)據(jù)分析、視頻等）進(jìn)行多源、多種類數(shù)據(jù)信息的匯集、整合。在水利部、流域和省區(qū)分別建立三級感知數(shù)據(jù)匯集平臺，統(tǒng)一接收遙感影像，根據(jù)不同的應(yīng)用需求進(jìn)行圖像處理、信息提取、圖像解譯和數(shù)據(jù)分析，建立遙感接收處理服務(wù)平臺。建立三級級聯(lián)、多級應(yīng)用的水利視頻集控體系，并與現(xiàn)有水利視頻會議系統(tǒng)整合，實(shí)現(xiàn)全國水利視頻聯(lián)網(wǎng)。

3.1.4 信息融合

建立多源和多尺度信息體系。即不同傳感器、不同時空尺度的信息進(jìn)行融合。數(shù)據(jù)融合最早被應(yīng)用于軍事領(lǐng)域?，F(xiàn)在數(shù)據(jù)融合的應(yīng)用領(lǐng)域更加廣泛，如多源影像復(fù)合、機(jī)器人和智能儀器系統(tǒng)、圖像分析與理解、目標(biāo)檢測與跟蹤、自動識別等等。例如，在遙感領(lǐng)域，數(shù)據(jù)融合屬于一種屬性融合，它是將同一地區(qū)的多源遙感影像數(shù)據(jù)加以智能化合成，產(chǎn)生比單一信息源更精確、更完全、更可靠的估計和判斷。相對于單源遙感影像數(shù)據(jù)，多源遙感影像數(shù)據(jù)所提供的信息具有冗余性、互補(bǔ)性、合作性和信息分層的結(jié)構(gòu)性等特點(diǎn)。其實(shí)質(zhì)就是在統(tǒng)一地理坐標(biāo)系中將對同一目標(biāo)檢測的多幅遙感圖像數(shù)據(jù)采用一定的算法，生成一幅新的、更能有效表示該目標(biāo)的圖像信息。例如：5m分辨率的全色影像融合10m分辨率的彩色影像，可得到5m分辨率的彩色影像。

信息融合在水文預(yù)報與水利計算領(lǐng)域的最典型應(yīng)用就是，對地面雨量站、降雨雷達(dá)站和衛(wèi)星遙感多源觀測信息，進(jìn)行數(shù)據(jù)同化，綜合利用卡爾曼濾波校準(zhǔn)、最優(yōu)插值、變分校準(zhǔn)和統(tǒng)計權(quán)重集成等方法進(jìn)行分析融合，海量信息的綜合應(yīng)用以期提高預(yù)報精度。

3.2知識：智慧水利的核心

智慧水利中的多元信息中不僅包含數(shù)據(jù)，同時也隱含著豐富的規(guī)律和知識，而數(shù)據(jù)中的規(guī)律與知識并不是觀測直接得出的，而是需要通過深度的挖掘與分析。由于水利信息龐大而復(fù)雜的特性，難以有效集成與管理、難以自動化處理與分析，尤其是涉及空間相關(guān)的數(shù)據(jù)挖掘難度很大。深刻理解與分析大數(shù)據(jù)中蘊(yùn)含的規(guī)律和知識，需要全面認(rèn)識、理解客觀事物并運(yùn)用知識、經(jīng)驗等解決實(shí)際問題。智慧水利的知識是包括水文物理規(guī)律、降水徑流等轉(zhuǎn)化關(guān)系、水文氣象要素預(yù)測預(yù)報，以及流域水文、水動力學(xué)、水環(huán)境等模型等。知識的產(chǎn)生，除了傳統(tǒng)的數(shù)理統(tǒng)計等方法外，大數(shù)據(jù)挖掘和人工智能等信息方法手段，是獲取智慧水利知識的重要方法和手段。

3.2.1 大數(shù)據(jù)

大數(shù)據(jù)（Big Data）是指無法用現(xiàn)有的軟件工具提取、存儲、搜索、共享、分析和處理的海量的、復(fù)雜的數(shù)據(jù)集合。大數(shù)據(jù)具有數(shù)據(jù)體量巨大，數(shù)據(jù)類型繁多（包括結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化的），價值密度低（海量信息中有價值的信息可能很少）和更新速度快的特征[4]。

水利活動產(chǎn)生和所需的數(shù)據(jù)規(guī)模巨大（歷史水文氣象要素的相關(guān)系列）、類型多樣（水位、流量、土地利用數(shù)據(jù)、植被土壤類型數(shù)據(jù)、水利工程調(diào)度數(shù)據(jù)等）、增長迅速（實(shí)時監(jiān)測更新），其獲取、存儲、管理、分析等方面都大大超出了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫軟件工具的能力范圍[5]。水利數(shù)據(jù)完全符合大數(shù)據(jù)所具有的4個特性，可謂是大數(shù)據(jù)概念范疇當(dāng)中的一個極具代表性的應(yīng)用。例如水文預(yù)報模型或預(yù)報方案，即通過歷史產(chǎn)匯流規(guī)律的知識提取得到的降雨徑流關(guān)系圖（P+Pa與R的相關(guān)曲線）就是大數(shù)據(jù)在的水文預(yù)報中的典型應(yīng)用。當(dāng)前水利大數(shù)據(jù)平臺建設(shè)主要包括硬件架構(gòu)、HDFS分布式文件存儲、Hadoop架構(gòu)、Spark內(nèi)存計算框架、NoSQL非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)庫、MPP分布式數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)挖掘等若干關(guān)鍵技術(shù)。

3.2.2人工智能

美國斯坦福大學(xué)人工智能研究中心尼爾遜教授對人工智能的定義是：人工智能是“怎樣表示知識以及怎樣獲得知識并使用知識的科學(xué)?！比斯ぶ悄芸茖W(xué)就是研究如何使計算機(jī)去做過去只有人才能做的智能工作。人工智能需要數(shù)據(jù)來建立其智能，沒有大數(shù)據(jù)就沒有人工智能。大數(shù)據(jù)是一種傳統(tǒng)的計算方法（統(tǒng)計分析），它只是尋找結(jié)果，不會根據(jù)結(jié)果采取行動。相比之下，人工智能是一種計算形式，它允許機(jī)器執(zhí)行認(rèn)知功能，并根據(jù)執(zhí)行的反應(yīng)不斷改變它們的行為，以適應(yīng)執(zhí)行結(jié)果的變化。

近些幾年，圍繞基于機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)等技術(shù)在水文領(lǐng)域的應(yīng)用得到了長足進(jìn)步。研究表明：深度學(xué)習(xí)等智能算法在水文遙感數(shù)據(jù)處理及信息提取、缺資料小流域水文預(yù)報模型區(qū)域參數(shù)化、山洪災(zāi)害影響因子識別與風(fēng)險分析等方面都取得了一些優(yōu)秀的成果[5]。結(jié)果表明人工智能在降雨預(yù)報、小流域下墊面遙感數(shù)據(jù)分類、洪水計算模型參數(shù)、洪水預(yù)報預(yù)警和洪水災(zāi)害風(fēng)險評估等研究和探索性應(yīng)用方面具有很好的應(yīng)用前景[6]。

3.3能力提升：智慧水利的目標(biāo)

智慧水利的目的是業(yè)務(wù)水平和管理能力的提升，包括對水文屬性多方面的感知能力，對水文現(xiàn)象、水資源關(guān)系范式合理性的辨析能力，對現(xiàn)實(shí)中的氣象水文現(xiàn)象的模擬能力，對未來氣候模式、經(jīng)濟(jì)社會模式下的預(yù)測能力以及綜合智慧水利各方面信息應(yīng)對實(shí)際問題的決策支持能力等[7]。當(dāng)前關(guān)于智慧水利亟需能力提升方向主要包括：流域水模擬和預(yù)測預(yù)報、水工程安全分析和科學(xué)調(diào)度、水行政智能管理應(yīng)用和水信息智能服務(wù)應(yīng)用等。

3.3.1 流域水模擬和預(yù)測預(yù)報

在流域洪水預(yù)報方面，需要研制具有物理基礎(chǔ)的水文模擬模型，拓展模型的模擬要素和范圍，在精細(xì)化模擬的基礎(chǔ)上增強(qiáng)模擬能力；研究數(shù)值天氣預(yù)報產(chǎn)品在水文預(yù)測預(yù)報中的應(yīng)用，延長水文預(yù)報的預(yù)見期；研究基于不確定性分析評價的系統(tǒng)實(shí)時校正方法，以期提高預(yù)報精度。在水資源的管理應(yīng)用方面，圍繞最嚴(yán)格水資源管理制度落實(shí)、節(jié)水型社會建設(shè)、城鄉(xiāng)供水安全保障等，構(gòu)建流域尺度、行政區(qū)尺度的水資源模型，開發(fā)城鄉(xiāng)供水、節(jié)水、調(diào)水等智能應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)水資源動態(tài)監(jiān)管分析與精細(xì)化配置調(diào)度能力提升、城鄉(xiāng)供水安全監(jiān)管和應(yīng)急處置能力提升等。在水環(huán)境水生態(tài)保護(hù)的智慧應(yīng)用方面，圍繞河湖長制、水域岸線管理、河道采砂監(jiān)管、水土保持監(jiān)測和監(jiān)督治理等，構(gòu)建江河湖泊、水土流失等水環(huán)境水生態(tài)的智能應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)河湖治理精準(zhǔn)監(jiān)管能力的提升，水環(huán)境水生態(tài)保護(hù)的能力提升。

3.3.2 水工程安全分析和科學(xué)調(diào)度

圍繞工程規(guī)劃、建設(shè)管理、市場監(jiān)管和工程運(yùn)維等，構(gòu)建水工程智能應(yīng)用，模擬水利工程建設(shè)管理和水利工程安全運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)水利工程安全運(yùn)行保障能力提升、水利工程生命周期管理能力提升等。

3.3.3 水行政智能管理應(yīng)用

依托智慧水利平臺，實(shí)施監(jiān)管信息預(yù)處理、行業(yè)監(jiān)督稽查、安全生產(chǎn)監(jiān)管、工程質(zhì)量監(jiān)督、項目稽察和監(jiān)督?jīng)Q策支持等，構(gòu)建水行政智能應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)資產(chǎn)智能監(jiān)管，移民智能監(jiān)管，項目智能規(guī)劃和智慧機(jī)關(guān)建設(shè)等。

3.3.4 水信息智能服務(wù)應(yīng)用

加快政府供給向公眾需求的轉(zhuǎn)變，以社會公眾服務(wù)為導(dǎo)向。實(shí)現(xiàn)公眾感水知水能力提升，社會的節(jié)水護(hù)水人文素養(yǎng)提升，政府管水治水服務(wù)水平提升。

4.1 加強(qiáng)信息源及信息系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)

構(gòu)建立體監(jiān)測體系，以地面站網(wǎng)為基礎(chǔ)，以水循環(huán)為線索，以新裝備、新產(chǎn)品、新途徑為牽引，實(shí)現(xiàn)水安全、水資源、水環(huán)境、水生態(tài)、水管理等信息的立體高效監(jiān)測。例如，基于天基手段，實(shí)現(xiàn)對降水（GPM-IMERG）、土壤含水量（SMAP，stands for Soil Moisture Active and Passive）和地表水水面和水位（SWOT，Surface Water and Ocean Topography）等重要水文氣象要素進(jìn)行實(shí)時觀測。

信息化是智慧水利發(fā)展的短板之一，而信息系統(tǒng)是智慧水利的重要支撐。當(dāng)前和今后一段時期的工作重點(diǎn)是要完善網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，提升網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢感知和應(yīng)急處置能力；加強(qiáng)信息系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，保障水利大數(shù)據(jù)、信息匯集以及信息系統(tǒng)的運(yùn)行，為智慧水利的發(fā)展保駕護(hù)航；要加快水利云平臺建設(shè)，提升水利在線網(wǎng)絡(luò)儲存能力和計算分析能力，支持海量數(shù)據(jù)管理并提供公共服務(wù)支撐功能，減少托管和維護(hù)工作成本。

4.2 加強(qiáng)知識體系建設(shè)

4.2.1 中國水模型研制

水文模型是用數(shù)學(xué)語言或物理模型對水文自然系統(tǒng)進(jìn)行解釋或比擬，并在一定的條件下對水文變量的變化進(jìn)行模擬和預(yù)測預(yù)報。水文模型是研究流域水文循環(huán)機(jī)理、水文預(yù)報以及水資源評價等領(lǐng)域的重要工具。水文模型的研究與發(fā)展主要經(jīng)歷了經(jīng)驗性模型（降水徑流關(guān)系）、黑箱模型或概念性水文模型到分布式且具有物理基礎(chǔ)的確定性水文模型等階段。而由變化環(huán)境所導(dǎo)致的“水文一致性”的喪失，動搖了傳統(tǒng)的水資源分析理論方法的科學(xué)基礎(chǔ)，新一代靈活應(yīng)用于變化環(huán)境下的水文水資源預(yù)報模型的研制則為重中之重。

以新一代水文水資源模型為核心，集合氣象預(yù)報、水動力模型、水工程調(diào)度模型等于一體全國尺度的中國水模型，科學(xué)預(yù)測未來中國水資源情勢不僅是新時期水資源精細(xì)化管理的必然需求，也是生態(tài)文明社會建設(shè)的重要支撐。一方面開展國家層面水資源實(shí)時調(diào)度，需要精準(zhǔn)預(yù)測中國短期水文情勢，為水資源的時間調(diào)蓄和空間調(diào)度提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；另一方面根據(jù)“空間均衡”的水資源治理方針，實(shí)施未來的水資源規(guī)劃與配置，也對未來長期水資源變化情勢預(yù)測提出了更高的要求。因此，開展中國水模型的研發(fā)工作，在全國層面上科學(xué)預(yù)測未來不同時空尺度的水資源情勢，可為更好地落實(shí)新時期治水方針提供重要的技術(shù)支撐。

4.2.2 人工智能方法研究

人工智能算法對于智慧水利知識的生成以及智慧水利的應(yīng)用具有重要的支撐作用。水利大數(shù)據(jù)的大樣本，利用不斷的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練過程，保證智慧水利模擬和預(yù)測的準(zhǔn)確性。近年來，歐美等國家的學(xué)者將傳統(tǒng)水文學(xué)和人工智能相結(jié)合，誕生了一門新的學(xué)科—水信息學(xué)。隨著科技的進(jìn)步，數(shù)據(jù)量的增長、智能算法的發(fā)展和水科學(xué)的進(jìn)一步完善，深度學(xué)習(xí)等數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)將會更多地應(yīng)用于水科學(xué)領(lǐng)域。

4.3 加強(qiáng)智慧業(yè)務(wù)核心系統(tǒng)建設(shè)

為進(jìn)一步全面落實(shí)和支持“水利工程補(bǔ)短板、水利行業(yè)強(qiáng)監(jiān)管”的水利工作主基調(diào)，當(dāng)前和今后一段時期需要集中精力建設(shè)四個系統(tǒng)的智慧業(yè)務(wù)體系，即流域水模擬和預(yù)測預(yù)報系統(tǒng)，水工程安全分析和科學(xué)調(diào)度系統(tǒng)，水行政管理智能系統(tǒng)和水信息服務(wù)智能系統(tǒng)。

智慧水利是運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)等新一代信息通信技術(shù)，促進(jìn)水利規(guī)劃、工程建設(shè)、運(yùn)行管理和社會服務(wù)的智慧化，提升水資源的利用效率和水旱災(zāi)害的防御能力，改善水環(huán)境和水生態(tài)，保障國家水安全和經(jīng)濟(jì)社會的可持續(xù)發(fā)展。智慧水利是水利信息化發(fā)展的新階段，也是水利現(xiàn)代化的具體體現(xiàn)。

信息是智慧水利的基礎(chǔ)，要高度重視信息的收集、監(jiān)測和分析；知識是智慧水利的核心，要應(yīng)用新的信息技術(shù)，加強(qiáng)信息的挖掘、提取和知識的積累；能力提升是智慧水利的目的，著重提升流域的監(jiān)測能力、預(yù)測預(yù)報能力、調(diào)度決策能力和運(yùn)行管理能力。智慧水利不能僅停留在概念和口號等表面，要進(jìn)一步重視信息源建設(shè)、重視信息系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、重視知識體系建設(shè)。智慧水利的發(fā)展不僅要依靠行業(yè)的科學(xué)規(guī)劃和指導(dǎo)，還要靠各有關(guān)專業(yè)的科學(xué)家不斷努力。共同促進(jìn)水科學(xué)、計算機(jī)科學(xué)、地理科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、數(shù)學(xué)和社會學(xué)等多學(xué)科的深度交叉融合，推動我國智慧水利的發(fā)展和進(jìn)步。