Page 18 - 水利学报2021年第52卷第2期

水 利 学 报

2021 年 2 月 SHUILI XUEBAO 第 52 卷 第 2 期

文章编号：0559-9350（2021）02-0142-08

流域水环境水生态智慧化管理云平台及应用

张万顺 1，2，3 ，王 浩 2，4
（1. 武汉大学 水资源与水电工程科学国家重点实验室，湖北 武汉 430072；
2. 武汉大学 资源与环境科学学院，湖北 武汉 430079；
3. 武汉大学 中国发展战略与规划研究院，湖北 武汉 430079；
4. 中国水利水电科学研究院 流域水循环模拟与调控国家重点实验室，北京 100038）

摘要：推动流域管理由信息化向智慧化发展是保障流域高质量发展的关键环节。本文立足流域智慧化管理的多重
需求，引入云计算、边缘计算及雾计算技术，构建由大型复杂数值计算任务的云端、个性化简单计算功能的边缘
端，以及基础数据处理能力的终端三个层次组成的“云边终”协同架构；部署具有相对独立功能的数据中心、模型
中心、控制中心及客服中心，通过数据融合集成、多模型耦合高性能算法和“云边终”协同技术，实现流域水环境
水生态智慧化管理高效互联多层级多中心的云平台系统。采用该技术开发的三峡库区流域水环境水生态智慧化管
理云平台，可对三峡库区流域水环境水生态质量进行精准预报与调控。
关键词：智慧流域；云平台；水环境；水生态；“云边终”协同 ；3L4C
中图分类号：X52 文献标志码：A doi：10.13243/j.cnki.slxb.20200645

1 研究背景

受城市化和工业化等强人类活动干扰，流域水循环及其伴生水环境水生态过程正发生着深刻变
异 ［1-2］ 。流域水质恶化、突发水污染事故、饮用水安全隐患等原生和次生涉水问题日益突出。随着生
态文明建设被提到新的高度，加快水污染防治，实施流域环境综合治理已成为实现我国经济高质量
发展的重中之重 ［3-4］ ，保障流域水安全面临严重挑战。水环境质量与流域自然-社会-经济复合生态系
统密切相关，揭示环境条件改变对水体质量的响应机理，突破快速高效精准的模拟预报技术 ［5-8］ ，成
为国内外研究焦点与难点。
［9］
随着环境水利信息化进程的不断推进 ，通过物联网、大数据、云计算、人工智能等手段推进流域
治理向智慧化发展，是维持流域生态系统良性循环，提高生态环境监管水平的必由之路 ［10-11］ 。流域综合
管理云平台的研究历经了概念融合、技术发展及部署应用三个阶段。云平台概念融合初期，将单机版水
文水环境模型部署在云端，实现了流域水环境模拟与云计算平台融合的概念性突破 ［12-13］ 。随着云平台技
术在数据集成、数据同化、高性能计算等领域的发展 ［14-15］ ，以洪水预报为主的服务开发逐步成熟，部分
已进行实际部署，集中于单场短历时洪水过程预报及灾害等级发布。Perez等 ［16］ 构建了基于 Tethys的洪水
预报云平台，以实现全球大范围和区域小流域的结合预测。Mure-Ravaud 等 ［17］ 构建了集多源数据同化、
水文模型运算及信息发布于一体的洪水预报云平台系统，为法国多个城市提供了未来 48 h 洪水预测服
务。现阶段，云计算、雾计算、边缘计算、物联网等新兴技术为流域水量水质调控、城市管理、农业灌

收稿日期：2020-08-17；网络首发时间：2021-01-25
/
网络首发地址：http：/kns.cnki.net/kcms/detail/11.1882.TV.20210125.0858.001.html
基金项目：“十二五”国家水体污染控制与治理科技重大专项（2013ZX07503-001）；“十二五”国家科技支撑计划项目
（2013BAB05B01）
作者简介：张万顺（1965-），博士，教授，主要从事河流动力学、环境管理学、环境数学模拟仿真、流域生态环境演化与可持
续发展等研究。E-mail：wszhang@whu.edu.cn
— 142 —