Page 19 - 水利学报2021年第52卷第2期

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溉、大气污染监测等领域云平台建设提供了有力支撑，但已有研究多局限于框架设计 ［18-19］ 。Manna等 提
出了一种基于物联网的云端智能灌溉系统，以提升节水及灌溉效率。Pires等 ［21］ 提出了集传感-本地处理-
通讯-云平台-服务应用组件于一体的智慧城市系统框架，服务于城市大气环境污染监测和城市规划等智
能决策。然而，针对流域水环境水生态系统调控和综合管理的云平台研究仍十分匮乏，其业务化落地应
用面临实时化、精准化、稳健化、服务化、智慧化等多重挑战。
本文提出了云端、边缘端、终端及数据中心、模型中心、控制中心、客服中心的“云边终”协
同系统架构，构建了三峡库区流域水环境水生态智慧化管理云平台，打通了从顶层设计到科学研究
再到基层管理的全链条路径，为大尺度流域全方位多层次智慧化管理提供了成功经验。

2 流域智慧化管理云平台建设需求

2.1 提升流域精准调控主动性的管理需求 系统提升流域水环境水生态精准调控的主动性，一方面
需要在流域层面统筹考虑水环境水生态的实时监测、污染防控、质量预报、风险预警等管理内容，
强化流域顶层设计；另一方面亟需建立流域统一高效的资源和信息共享机制，加强流域各级行政部
门、管理机构、科研部门和社会公众之间的信息交流与情报合作，实现信息互联互通，完善跨部
门、跨省市的流域协调机制，解决流域内上下游、左右岸的跨界责任落实问题。
面对当前水环境污染事故频发、水生态风险突出的严峻态势，流域综合管理体系建设尚存在管
理粗放、防控被动、成本高昂、效率低下等诸多瓶颈，各级管理部门亟需构建可复制可推广的流域
水环境水生态综合管理平台，打造高度数字化、高度仿真、高度智能化的智慧流域，提高流域水环
境水生态风险评估预警能力，快速、精确地得到风险时空发展趋势和影响范围，主动消除风险隐患。
2.2 应对流域复杂生态环境问题的技术需求 流域自然-社会-经济复合生态系统是一个高度复杂的
综合系统，在认知和技术层面存在众多不确定性和信息滞后等局限，亟需从海量数据、机理模型、
高效算法、智慧平台及其业务化应用等方面实现全方位技术突破。
流域水环境信息数据存在海量、分散、异构等特征，面临共享范围窄、利用效率低的问题。气
象、水利、环保、国土、经济等多源数据标准不一、结构各异、收集困难、传输低效、存储受限，
亟需一套标准化融合集成技术方法，构建分布式生态环境大数据库，强化综合处理与传输能力，实
现流域生态环境大数据的有效收集、融合、集成、共享与管理。
流域水环境水生态问题受气象、水动力、水质等自然过程和下垫面改造、污染排放、资源利用
等社会经济活动影响，极大地增加了水环境水生态准确模拟预测的难度，迫切需要构建耦合流域气
象-陆面-水体过程机理的大尺度、全过程、长系列、精细化系统模型，解决各类过程的非线性性、
区域非均质性、参数尺度效应和不确定性等问题，实现水环境污染地点的精准定位、污染过程的精
准模拟和污染程度的精准预测。
传统流域模型计算多用串行方法，存在等待时间损耗、大尺度模拟运算速度慢、分析效率低等
问题。流域模型分布式并行计算技术依托超算中心、云计算中心等提供高性能计算服务，可以突破
大尺度流域模型数据存储、传输效率、运算速度等瓶颈，实现流域多模型的高性能计算。
世界范围内，面向大尺度流域水环境水生态多目标调控管理，可实现多功能业务化部署运行的
平台鲜有研究。亟需结合云计算、雾计算及边缘计算等手段，从数据架构、模型算法、硬件组装、
软件开发、平台集成、网络系统等层面加强全套技术体系的自主研发，突破外源性技术供给抑制，
推动流域水环境水生态智慧化管理平台构建及业务化应用，实现流域水环境水生态实时监测、污染
防控、水质预报、风险预警、支撑生态调度等智慧服务。

3 流域水环境水生态智慧化管理云平台架构

为实现大尺度流域水环境水生态业务化精准调控，本文以集海量数据融合管理、多维过程精细

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