Page 23 - 水利学报2021年第52卷第2期

通道，为快速有序实现流域水环境水生态管理的自动化和智慧化业务处理提供了技术保障。

5 三峡库区流域水环境水生态智慧化管理云平台实例

基于 3L4C 云平台系统架构，构建了三峡库区流域水环境水生态智慧化管理云平台，针对三峡库
区 6 万余 km 流域国土空间、2680 个乡镇、23 条支流及 660 km 长江干流河道，兼顾行政单元、水文
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响应单元及河道单元的空间异质特性，划分了 27 244 个精度为 3 km×3 km 的气象网格单元、1739 个

陆地面源单元及 1800 万个精度为 20 m×20 m 的河道网格，设置了 585 个进程并行的流域云端“空-地-
水”一体化模型高性能计算方案，目前已在三峡库区流域范围内布设了四川、重庆、三峡库区和湖北
4 个一级水环境水生态边缘端，链接管理的终端包括各层级示范区的气象站、土地利用库接口、土壤
库接口、社会经济统计接口、污水处理厂等排污口监测设备、水文站、水质自动监测站、水质人工
站、水生生物站等共计 3500 余个，成功支撑了三峡库区流域水质精确预报、风险及时预警、污染精
准溯源和生态科学调度。
5.1 质量预报 建立流域水质自动化监测体系，应用数值模型进行水质预报可以为污染防控赢得预
见期。在云端布设流域全局水环境水生态质量预报体系，在边缘端根据水体管理目标设置个性化预
报技术，构建了流域“空-地-水”一体化水环境水生态质量预报体系，实现了全局-局部预报效率和精
度的相互补充与协同提升。在四川省生态环境监测总站布设的水质预报业务端，通过自动作业方式
和模式预报，模拟预测未来 3、7 和 15 d 水质情况，未来 3 d 水质预报两小时完成，预测精度超过
90%，每日定时推送至客户端。“平时”进行常规水质信息的预报发布；在发生污染事故的“战时”，
根据客服中心的需求指令，自动增发指定水质信息的实时精细化和可视化预报功能，及时预知污染
全过程，为有关部门及时通知可能受影响区域采取措施和水环境的有效管理争取了宝贵的时间。
5.2 风险预警 水污染预警技术使流域风险从被动应对转为自动识别和主动监管成为可能。辨识流
域水动力、水环境、水生态同区异象风险特征，实现了水环境水生态过程云端实时动态模拟，5 min
内完成有资料和无资料地区未来 2 天的污染事件演进过程；对比模拟结果与监测数据，依据边缘端风
险阈值和预警等级划分方法进行警情分析，准确预知风险暴发时间、范围和程度，发布静态和动态
数字流域预警地图。平台已准确预警水华事件 50 余起，指导三峡库区流域突发事件应急近百次，如
2014 年 4 月 30 日，在重庆市生态环境科学研究院布设的风险预警业务端准确预告一起 3 t 邻二甲苯泄
露事故污染团的移动路径，预测污染扩散至长江控制断面历时 4.5 h，浓度为 0.008 mg/L，持续时间约
10 h，与实际情况吻合程度良好。对污染事件可能影响范围、程度和持续时间等关键信息进行预警预
报，为相关部门的污染防治决策提供了有力支撑，提高了处置时效性和主动性。
5.3 追踪溯源 流域突发污染追踪溯源是水环境事故应急处置和追责补偿的关键环节。对比边缘端

获取的事故监测数据和云端预测结果，从云端源质响应数据库中识别水质异常点，获取异常点位及
上游范围前 5 天的水动力水质历史数据，在边缘端确定污染源的可能排放位置与排放过程，对潜在污
染源筛选、排查并快速精准定位。平台已成功排查多起偷排事件，如 2016 年 3 月 6 日，在四川省生态
环境监测总站布设的污染追溯业务端自动捕捉到水质监测数据异常，釜溪河邓关断面总磷浓度为
0.38 mg/L，超出云端连续 2 天预测浓度的 54%，经检查水质监测仪运行正常，追溯源头为短时偷排总
磷废液的上游涉磷企业，为应急部门从源头切断污染传播途径提供依据，实现了应急资源的综合调
度，辅助了突发污染的即时处置和高效决策。
5.4 支撑生态调度 科学评估不同水资源调度方式下的水生态健康状况，能够有效支撑兼顾河流生
态系统需求、发挥最优生态效益的调度方式研究。辨识不同调蓄状态下水华频发区的水动力水质特
征，剖析鱼类生长、繁殖及迁移与其生境条件的互馈关系，在云端进行流域定量生态调度方案集模
拟，完成边缘端个性化方案的时间选择、方式确定及可视化效果评估。在长江水利委员会水文局长
江上游水环境监测中心布设的生态调度决策支持业务端自 2016 年连续无故障运行至今，模拟了不同
生态调度方案下全库区的水动力、水质、水生态变化过程，叶绿素、总氮、总磷、生化需氧量、氨

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