數(shù)字孿生農村供水工程建設思考

Thoughts on construction of digital twin rural water supply projects

胡孟李連香徐瑋彤

（1.中國灌溉排水發(fā)展中心，100054，北京；2.水利部農村飲水安全中心，100054，北京

摘要：數(shù)智化建設是推動農村供水現(xiàn)代化發(fā)展的必由之路。在梳理數(shù)字孿生農村供水工程建設現(xiàn)狀基礎上，分析當前部分存在需求分析不清、投入產(chǎn)出效率不高、可持續(xù)運行較困難等問題，解析了農村供水數(shù)字孿生“是什么、建什么、怎么建”，系統(tǒng)性思考并提出針對性建議。數(shù)字孿生農村供水工程建設應堅持需求牽引和問題導向，以實現(xiàn)安全供水、自動供水、經(jīng)濟供水、長效供水、便捷供水為目標，構建以數(shù)字為基礎、孿生為路徑、智慧為大腦、供水為目標的虛實融合系統(tǒng)，實現(xiàn)供水工藝和供水系統(tǒng)數(shù)字化映射、智能化模擬和智慧化決策。具體實施中，系統(tǒng)建設包括工程級智慧供水系統(tǒng)和區(qū)域級智慧供水管理平臺，工程級智慧供水系統(tǒng)聚焦智能感知體系、數(shù)字孿生平臺與業(yè)務應用體系閉環(huán)，區(qū)域級智慧供水管理平臺側重全域監(jiān)管與多業(yè)務協(xié)同。農村供水數(shù)字孿生系統(tǒng)建設以“管用、實用、好用”為導向，監(jiān)控設備以“穩(wěn)定、經(jīng)濟、便捷”為準則，軟件設計以“有效、簡約、直觀”為目的，系統(tǒng)運行以“安全、可控、適配”為要素，推動農村供水從傳統(tǒng)管理向數(shù)智化管理轉變，為農村供水高質量發(fā)展和現(xiàn)代化建設提供數(shù)智賦能。

關鍵詞：農村供水；數(shù)字孿生；智慧供水；數(shù)智化；智能感知；供水安全；建設思路

作者簡介：胡孟，副主任，正高級工程師，主要從事農村水利水電相關研究

基金項目：重大項目管理-農村飲水安全工程項目管理（2-1-2130304）

DOI：10.3969/j.issn.1000-1123.2026.02.002

建設背景

《中華人民共和國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035年遠景目標綱要》明確提出“構建智慧水利體系”。“十四五”以來，水利部黨組把智慧水利建設作為推動新階段水利高質量發(fā)展六條實施路徑之一，印發(fā)一系列文件，統(tǒng)籌推進建設由數(shù)字孿生流域、數(shù)字孿生水網(wǎng)、數(shù)字孿生水利工程組成的數(shù)字孿生水利體系。2023年，水利部辦公廳印發(fā)《數(shù)字孿生農村供水工程建設技術指南（試行）》及相關通知，加快推進數(shù)字孿生農村供水工程建設。2024年，水利部部長李國英在數(shù)字孿生水利建設現(xiàn)場會上強調，要以縣域為單元，加快數(shù)字孿生農村供水工程建設，依托數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化平臺，實現(xiàn)水源、水量、水質、水壓等要素的在線監(jiān)測，實時掌握凈水設施設備、泵站、消毒設備等運行狀態(tài)，提前開展風險預報預警，形成科學有效的防控處置方案，切實保障農村居民飲水安全。同年，李國英部長提出推動農村供水管理從“傳統(tǒng)管理”向“數(shù)智化管理”轉變。黨的二十屆四中全會審議通過的《中共中央關于制定國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十五個五年規(guī)劃的建議》提出“推進傳統(tǒng)基礎設施更新和數(shù)智化改造”。2026年全國水利工作會議將“構建數(shù)字孿生水利體系取得決定性進展”列為“十五五”時期六大戰(zhàn)略任務之一。李國英部長指出，要以縣域為單元加快數(shù)字孿生農村供水工程建設，依托數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化平臺，實現(xiàn)對供水全要素的實時監(jiān)測、智能模擬與前瞻預警，切實提升供水安全保障水平。

農村供水事關民生福祉，數(shù)智化建設是推動農村供水現(xiàn)代化發(fā)展的必由之路。從保障農村供水安全角度看，隨著經(jīng)濟社會發(fā)展，農村居民對供水的水量、水質、水壓、供水保證率及服務水平提出了更高要求，必須依托現(xiàn)代化裝備、管理和服務手段，推動農村居民飲水從“有水喝”向“喝好水”轉變，增強群眾的獲得感、幸福感、安全感。從供水工程良性運維角度看，傳統(tǒng)的人工巡查與現(xiàn)場管理模式成本高、效率低，難以及時發(fā)現(xiàn)、預測和防范供水安全風險，迫切需要利用實時監(jiān)測與自動控制等現(xiàn)代技術手段，實現(xiàn)農村供水工程從“傳統(tǒng)管理”向“數(shù)智化管理”轉變，以降低運營成本、提高服務效能。從政府部門行業(yè)監(jiān)管角度看，截至2025年年底，全國農村供水工程達380余萬處，這是一項重大民生工程，覆蓋面廣、監(jiān)管任務重、難度大，必須借助數(shù)字化、網(wǎng)絡化和智能化手段，提升行業(yè)監(jiān)管能力，實現(xiàn)從“單體工程管理”向“縣域統(tǒng)一監(jiān)管”轉變。本文結合數(shù)字孿生農村供水工程建設現(xiàn)狀，分析了存在的問題，進一步提煉了要素和功能，提出了數(shù)字孿生農村供水工程建設思路、系統(tǒng)架構及相關建議。

要素功能和發(fā)展現(xiàn)狀

數(shù)字孿生農村供水工程是以物理供水系統(tǒng)為對象、時空數(shù)據(jù)為基礎、數(shù)學模型為核心、供水知識為支撐的新型基礎設施，通過對農村供水工程“取水—輸水—凈水—配水—用水”全鏈條、“水源—水廠—管網(wǎng)—用戶”全流程進行數(shù)字映射、智能模擬和前瞻預演，實現(xiàn)與物理系統(tǒng)同步仿真、虛實交互和迭代優(yōu)化，從而支持對農村供水工程運行狀態(tài)的監(jiān)測預測、問題診斷與優(yōu)化調度。

數(shù)字孿生農村供水工程可從4個關鍵詞進行要素分析：第一是“數(shù)字”，即將物理工程接入全面感知體系，通過數(shù)據(jù)采集和模數(shù)轉換，將其轉化為數(shù)字化工程；第二是“孿生”，通過構建農村供水工程的數(shù)字鏡像，融合全景一張圖（集成GIS、BIM與設備拓撲關系）、監(jiān)控組態(tài)圖（表征供水工藝邏輯與實時運行狀態(tài)）、視頻監(jiān)視（提供現(xiàn)場視覺反饋）以及必要的三維建模等多源信息，實現(xiàn)對工程的高保真視景再現(xiàn)、工藝過程模擬與動態(tài)行為仿真；第三是“智慧”，在數(shù)據(jù)庫、模型庫與知識庫的支撐下，提供智能決策依據(jù)，開展優(yōu)化調度、風險預測和應急處置，提升預報、預警、預演、預案“四預”能力；第四是“供水”，通過智能化決策和自動化控制，實現(xiàn)供水無人值守、少人值守、遠程管理和良性運行。四要素中“數(shù)字”是基礎，“孿生”是路徑，“智慧”是大腦，“供水”是目標。

數(shù)字孿生農村供水工程從應用層面看，是通過將農村供水工程基礎信息和運行數(shù)據(jù)以一定頻率采集并傳輸至系統(tǒng)平臺，形成與現(xiàn)實動態(tài)一致的“虛擬孿生體”。這一孿生體的準確性取決于數(shù)據(jù)采集的精度、上傳頻率以及模型構建的可靠性，其本質是數(shù)字化的農村供水工程。主要功能可概括為3個方面：一是“感知監(jiān)測”，在數(shù)據(jù)共享和互聯(lián)互通的基礎上，健全完善“天空地水工”一體化監(jiān)測感知系統(tǒng)，實現(xiàn)全覆蓋、全空間、全要素、全天候的監(jiān)測感知，動態(tài)掌握供水系統(tǒng)運行狀況，及時發(fā)現(xiàn)水量水質水壓異常、設施設備運行故障等問題；二是“仿真驗證”，通過虛擬場景模擬不同的運行工況和調度方案，預演運行效果并提出智能優(yōu)化管理決策方案；三是“預測預警”，基于氣象、水文、水源和設施設備等運行數(shù)據(jù)以及對突發(fā)供水事件開展前瞻性分析，提前預報供水安全風險并制定針對性的干預和防范措施，從而有效保障農村供水安全，提升決策效率和效能。

實踐中，寧夏回族自治區(qū)早在2017年就在固原市彭陽縣啟動“互聯(lián)網(wǎng)+人飲”試點建設，實踐探索成效顯著并在全自治區(qū)推廣應用，實現(xiàn)讓“數(shù)據(jù)多跑路，群眾少跑腿”；2020年，水利部批復同意寧夏開展“互聯(lián)網(wǎng)+城鄉(xiāng)供水”示范?。▍^(qū)）建設，并兩次在寧夏召開全國現(xiàn)場會。浙江省自2022年起全面推進“浙水好喝”數(shù)字平臺建設，推動全省7900余座供水水廠（站）、7500余處供水水源全部入庫、上圖、聯(lián)網(wǎng)，水量、水壓、水質等關鍵指標在線監(jiān)測，覆蓋全省98%的人口，助力用水戶喝上優(yōu)質水。在地方積極探索基礎上，水利部2023年啟動數(shù)字孿生農村供水工程建設，指導地方結合農村供水工程建設加快推進數(shù)字孿生等新技術應用，經(jīng)過大力推進，目前全國有230個數(shù)字孿生農村供水工程建設取得了階段性成效，并在此基礎上推出了30個可復制可推廣的典型案例，有力提升了農村供水數(shù)字化、網(wǎng)格化、智能化管理水平。但是實踐中也存在一些問題值得進一步認識和思考。

浙江省“浙水好喝”數(shù)字平臺

主要問題分析

1.從需求分析看，部分未能做到需求牽引和以問題為導向

截至2025年年底，全國建成農村集中供水工程43萬余處，其中千噸萬人供水工程1.3萬余處，約68%的千噸萬人供水工程配置了具備一定功能的計算機監(jiān)控系統(tǒng)或視頻安防監(jiān)視系統(tǒng)。但調研發(fā)現(xiàn)，部分數(shù)字孿生農村供水工程建設缺乏頂層設計和全局謀劃，未能有效解決實際供水問題。有的主管部門和建設單位參與或研究不夠，未能提出明確的系統(tǒng)建設需求，過度依賴系統(tǒng)開發(fā)單位，存在“不知道為什么建”和“為了建而建”現(xiàn)象；有的系統(tǒng)建設內容重點不突出，沒有聚焦解決生產(chǎn)需求和實際問題，導致建設目標發(fā)散、內容缺乏針對性；有的在需求分析階段思路模糊、表達不清，造成后期修改頻繁、效率低下，難以達到預期成效。

2.從系統(tǒng)建設看，部分存在投入產(chǎn)出效率不高現(xiàn)象

有的系統(tǒng)建設投入未能形成預期收益，資金投入和使用缺乏精準性。在感知體系建設方面，有的系統(tǒng)出現(xiàn)不同渠道資金建設的監(jiān)測信息、不同建設階段監(jiān)測信息未全面共享等問題。在設備選型與布點上，有的存在系統(tǒng)配置高但監(jiān)測點位少、布局不合理現(xiàn)象，如有的水廠范圍小卻布設了較多監(jiān)測點，同時水源和管網(wǎng)監(jiān)測點設置不足，導致無法有效掌握供水系統(tǒng)全貌。在軟件系統(tǒng)開發(fā)方面，有的過度重視大屏建設和三維建模演示，投入過高，忽視其實用性。有的模型庫精度不足，與實際情況差異較大，知識庫缺乏提煉，實用性不強。

3.從運行管護看，部分存在難以實現(xiàn)可持續(xù)運行和維護的困難

部分系統(tǒng)設計和實施階段對后期運維需求考慮不周，未能充分考慮運維人員技術能力水平和運行費用負擔成本。部分設備和系統(tǒng)操作復雜，運行維護難度大，對基層管水人員專業(yè)素質要求較高。有的數(shù)據(jù)采集與傳輸費用高，設備維護和系統(tǒng)升級投入需求大；有的系統(tǒng)架構未進行模塊化設計，更新迭代費用高，技術升級滯后且與物理工程脫節(jié)，難以實現(xiàn)可持續(xù)運行。

4.從應用成效看，部分存在“重建設、輕應用”問題

有的系統(tǒng)過度突出三維建模和動畫展示，缺乏實際業(yè)務應用操作，實戰(zhàn)性不強。如農村供水管網(wǎng)多為地下設施，有的水廠規(guī)模較小，三維建模缺乏必要性。部分系統(tǒng)無法根據(jù)水源取水水量和水質狀況對加藥量進行動態(tài)調節(jié)，導致供水水質不穩(wěn)定；有的系統(tǒng)管網(wǎng)漏點和漏損水量判斷不準確，未能根據(jù)管網(wǎng)承壓狀況動態(tài)調整水壓，易發(fā)生爆管等情況，難以實現(xiàn)安全調控和經(jīng)濟運行。另外，有的系統(tǒng)仍停留在展示和演示層面，未進入日常實戰(zhàn)應用和績效考核工作。

建設思路和系統(tǒng)架構

1.建設目標

數(shù)字孿生農村供水工程建設應堅持“需求牽引、應用至上、數(shù)智賦能、提升能力”原則，主要包括以下5個方面建設目標。

（1）安全供水

安全是農村供水的底線要求。安全供水的要求包括水量、水質、水壓、供水保證率等指標達標，實現(xiàn)供水安全；水源、水廠、泵站和管網(wǎng)工程穩(wěn)定可靠，做到工程安全；取水、輸水、凈水、配水等環(huán)節(jié)功能完好，供水正常穩(wěn)定，制水、產(chǎn)水等安全生產(chǎn)風險可控，做到運行安全。通過數(shù)智賦能，進一步提升農村供水工程安全韌性水平，實現(xiàn)高水平安全。

（2）自動供水

自動化是智慧供水的重要條件和標志。通過對水廠進廠水的水量、水質和出廠水、管網(wǎng)水、末梢水的水質等進行監(jiān)測，自動確定混凝劑和消毒劑的投加量，自動控制凈化消毒設施設備運行狀態(tài)，保障水質達標；通過水量、壓力監(jiān)測及供用水需求平衡分析，滿足安全調控和故障保護需求，自動控制水泵機組的啟停、變頻調速、臺數(shù)切換及控制性閥門的開關、開度調節(jié)等遠程操作，實現(xiàn)無人值守或少人值守。

（3）經(jīng)濟供水

降本增效是智慧供水的動力。通過建立制水、產(chǎn)水環(huán)節(jié)優(yōu)化運行系統(tǒng)和管網(wǎng)漏損控制系統(tǒng)，降低水廠自用水量和管網(wǎng)漏損率，實現(xiàn)節(jié)水；建立“預警—派單—處置—銷號”閉環(huán)，利用現(xiàn)代技術手段節(jié)省人工巡查成本，實現(xiàn)節(jié)工；實時監(jiān)測進出廠水關鍵指標的量質變化情況，動態(tài)調節(jié)藥劑投加量，實現(xiàn)節(jié)藥；通過構建泵站優(yōu)化調度系統(tǒng)，優(yōu)化水泵機組的開機臺數(shù)、組合模式與電機轉速，實現(xiàn)節(jié)能。

（4）長效供水

智慧供水應能做到可持續(xù)運行。根據(jù)氣象和水文預報、水源來水需水狀況和可供水量動態(tài)分析，優(yōu)化調節(jié)供水和節(jié)水方案，延長可供天數(shù)和保供能力。對凈水各個環(huán)節(jié)水質數(shù)據(jù)進行集成分析，實現(xiàn)預處理、常規(guī)處理（混凝、沉淀、過濾、消毒）和強化常規(guī)處理等工藝聯(lián)動調控，提升水質穩(wěn)定性。根據(jù)管材、管齡和管道承壓能力研判分析，實現(xiàn)管網(wǎng)壓力和流量的自適應調節(jié)，降低爆管頻率。

（5）便捷供水

打造線下便民服務中心、鄉(xiāng)村服務站點、線上網(wǎng)絡服務平臺（如網(wǎng)上營業(yè)廳+客服熱線+移動終端）等綜合服務體系，開通線上咨詢、報裝、報修、繳費、查詢等“一網(wǎng)通辦”服務渠道，推行服務事項“零上門”辦理、“一鍵式”操作和“一次性”服務，讓群眾省心。推行維修、水質、水價、服務等信息公開，讓群眾放心。壓縮報修響應時間，提升供水質量和服務水平，降低群眾投訴率，讓群眾舒心。

2.系統(tǒng)架構和建設內容與案例

為解決農村供水點多面廣、小散工程占比大、專業(yè)化運營程度低、供水不穩(wěn)定以及其他群眾反映比較強烈的問題，應充分發(fā)揮統(tǒng)管單位的規(guī)模優(yōu)勢和專業(yè)優(yōu)勢，實現(xiàn)“以大帶小、以豐補欠”，變各處工程分散管理為縣域集中統(tǒng)一管理，整體提升農村供水工程專業(yè)化運行管護水平和供水保障能力?！笆奈濉逼陂g，水利部加快推進農村供水縣域統(tǒng)管，截至2025年年底農村供水縣域統(tǒng)管比例達到72%，“十五五”期末農村供水縣域統(tǒng)管比例目標為90%。

按照建設內容、運行機制和管理層級劃分，數(shù)字孿生農村供水工程系統(tǒng)架構可分為工程級智慧供水系統(tǒng)（以下簡稱工程級系統(tǒng)）與區(qū)域級智慧供水管理平臺（以下簡稱區(qū)域級平臺）兩個層級。一般而言，工程級系統(tǒng)建設內容主要包括監(jiān)測感知體系、數(shù)字孿生平臺、業(yè)務應用體系、保障體系、網(wǎng)絡安全體系等；區(qū)域級平臺按照管理層級可分為省級、地市級、縣級。

數(shù)字孿生農村供水工程系統(tǒng)架構示意

（1）工程級系統(tǒng)建設內容

工程級系統(tǒng)聚焦于單個數(shù)字孿生農村供水工程建設，除通用性的建設內容外，結合農村供水特點，主要涵蓋以下方面。

①監(jiān)測感知體系建設方面。利用傳感器、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術，在水源地取水口監(jiān)測水位、取水量、水質、水溫等參數(shù)；在水廠監(jiān)測出廠水水量、水質，以及加藥、混凝、沉淀、過濾、消毒等各凈水工藝的運行參數(shù)；在干支管網(wǎng)適宜位置監(jiān)測壓力、流量、水質等參數(shù)和閥門運行狀態(tài)；在取水、供水、配水泵站和水廠監(jiān)測水泵機組、凈化消毒等設施設備運行狀態(tài)，利用視頻監(jiān)視水源地取水口、水廠、泵站、高位水池等關鍵部位運行狀況，并盡可能共享相關監(jiān)測數(shù)據(jù)，全面動態(tài)掌握農村供水系統(tǒng)運行狀況。

②數(shù)字孿生平臺方面。堅持需求牽引和問題導向，構建監(jiān)測感知全面、數(shù)據(jù)治理有效、信息互聯(lián)互通、通信安全可靠的數(shù)據(jù)庫。模型庫應涵蓋泵站優(yōu)化調度、水廠智能加藥、管網(wǎng)漏損控制等模型，用于全流程動態(tài)模擬和調度優(yōu)化，加強人工智能等數(shù)智技術與專業(yè)模型融合應用。受技術和資金投入限制，在模型庫難以覆蓋和有效解決的環(huán)節(jié)，可通過知識庫匯集多年運行管理經(jīng)驗、調度規(guī)則及應急方案，形成經(jīng)驗和實踐支撐。模型庫強調精準模擬和精確控制，知識庫依托歷史場景和實踐經(jīng)驗，兩者相輔相成。

③業(yè)務應用體系建設方面。基于感知體系實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、組態(tài)軟件搭建和應用軟件開發(fā)，構建精準自動控制系統(tǒng)。支持水廠加藥、水泵機組啟停、凈化消毒設備開關、閥門啟閉與調節(jié)等環(huán)節(jié)的命令自動執(zhí)行與遠程控制，形成“監(jiān)測—控制—反饋”閉環(huán)調節(jié)，實現(xiàn)智慧生產(chǎn)。構建全天候、適配供水工藝流程、自定義路線和自動生成可追溯報告的智能巡檢系統(tǒng)，建立基于GIS平臺和DMA分區(qū)計量的管網(wǎng)漏損監(jiān)控與精準定位系統(tǒng)，形成“發(fā)現(xiàn)問題—實時預警—專業(yè)處置”閉環(huán)處置鏈，降低管網(wǎng)漏損率，做到從“被動運維”到“主動管控”，實現(xiàn)智能運維。構建熱線、微信公眾號、手機App等便捷水費收繳方式，提供咨詢、報修、問題受理處置等便民服務，實現(xiàn)群眾服務“零跑腿”，促進智慧服務。

④保障體系方面。合理配置監(jiān)控軟硬件設施及網(wǎng)絡通信方式，降低后期運行成本和維護難度。設立專門的運行管理部門和人員，明確崗位職責與應用考核機制，定期開展技能培訓。通過增加效益、水費提留和申請財政補助等方式落實系統(tǒng)運行維護資金，用于供水設施設備日常維護、故障維修及系統(tǒng)升級改造，保障系統(tǒng)正常運行和穩(wěn)定發(fā)揮作用。

⑤網(wǎng)絡安全體系方面。遵循國家信息安全保護相關要求，構建統(tǒng)一的安全保障體系，工程級系統(tǒng)安全保護等級不宜低于二級。傳感器與現(xiàn)地控制單元等近距離布線、數(shù)據(jù)傳輸實時性與穩(wěn)定性要求高的固定場景，宜采用有線通信方式；山區(qū)、偏遠地區(qū)、管網(wǎng)等布線難度大、成本高的場景，可采用無線通信方式。泵站、水廠等關鍵供水設施設備的自動控制，宜采用專線保障通信安全。監(jiān)控設備在線暢通率應不低于95%。

案例簡介：黑龍江省鶴崗市綏濱縣連生鄉(xiāng)供水廠通過安裝水量、水質、水壓等近千個感知設備，搭建供水一張圖、運行管理、用戶服務、風險管理、標準化評價、賦能培訓等功能模塊，依托BIM+ GIS+AR+VR等技術，構建具有“四預”功能的數(shù)字孿生供水體系，實現(xiàn)供水水質全面達標，線下每日人工巡檢次數(shù)由5次變?yōu)?次，每年人力成本節(jié)省效益顯著，22個村屯1.6萬余人受益。湖南省長沙市望城區(qū)東城水廠數(shù)字孿生平臺緊扣需求，在實踐中打磨出用水智能調度、水質預警、“一圖統(tǒng)管全域”綜合運營和設備故障預測性維護等四大業(yè)務應用，保障5139戶居民供水安全，實現(xiàn)供水保證率、水質達標率、用戶滿意率、水費收繳率大幅度提升。

（2）區(qū)域級平臺建設內容

區(qū)域級平臺建設面向省、市、縣級農村供水系統(tǒng)，遵循“標準統(tǒng)一、耦合貫通、共享共用、協(xié)同高效”原則，強調全域監(jiān)管與多業(yè)務協(xié)同，主要包括以下內容。

①構建區(qū)域級平臺。對已經(jīng)實現(xiàn)縣域統(tǒng)管的縣，縣域智慧供水管理平臺對納入縣域統(tǒng)管范圍的所有農村供水工程實現(xiàn)智慧生產(chǎn)、智慧運維和智慧服務，這與工程級系統(tǒng)建設要求沒有本質區(qū)別。對于未實現(xiàn)縣域統(tǒng)管的縣，利用水利部已建成運行的農村水利水電信息系統(tǒng)，對“省—市—縣”農村供水實行信息化管理，實現(xiàn)項目管理和行業(yè)管理兩個功能；同時，積極推進縣域統(tǒng)管，同步建設縣級農村供水統(tǒng)管平臺。地市級平臺與省級平臺與縣級平臺相比，主要是轄區(qū)管理范圍不同，只有“監(jiān)測”，沒有“控制”功能。區(qū)域級平臺安全保護等級不宜低于三級。

②構建農村供水管理“一張圖”。基于GIS地圖，以縣域行政區(qū)劃為單元，以農村供水水源、水廠（站）、泵站、干支管網(wǎng)分布、工藝流程、感知監(jiān)測點、供水覆蓋范圍、用水大戶等為關鍵要素，實現(xiàn)全域農村供水系統(tǒng)關鍵環(huán)節(jié)和位置的可視化展示、數(shù)字化映射與運行狀態(tài)的“一圖總覽、動態(tài)可視”，助力行業(yè)監(jiān)管部門和統(tǒng)管單位快速掌握轄區(qū)供水全貌，提升優(yōu)化調度和智能決策能力。強化農村供水風險管理，構建供水風險管理圖。通過建立科學的風險評價體系，梳理分析靜態(tài)與動態(tài)風險，提供風險查找、研判、預警、防范、處置和隱患排查治理措施，為供水安全和應急保供提供智慧決策支持。

③業(yè)務應用體系建設。除構建農村供水管理“一張圖”外，還包括供水信息管理、水資源配置和優(yōu)化調度、應急保供、便民服務等內容。在接入農村供水工程在線監(jiān)測數(shù)據(jù)的基礎上，匯集工程建設和運行管理、供用水管理、行政區(qū)劃和用水戶等靜態(tài)信息，實現(xiàn)區(qū)域范圍內供水信息管理和智能業(yè)務應用。智能業(yè)務應用重點聚焦干旱、洪澇、冰凍、臺風、地震等自然災害和水污染等突發(fā)事件下的供水安全需求，精準預報天氣變化和突發(fā)事件影響下的供水量與水質變化，留出提前應對時間；建立多維度異常指標自動觸發(fā)下的分級預警機制，將預警信息快速傳達至主管部門、供水單位及受影響區(qū)域用戶，指導巡查、調度、引水調水、維修、應急供水和儲水節(jié)水工作；以AI算法等模型驅動進行干旱等災情預演和基于“正向—逆向—正向”的水資源配置和優(yōu)化調度方案預演，提前發(fā)現(xiàn)問題，調整供水策略；制定不同場景和工況下的優(yōu)化調度、資源配置及應急保供方案，集成歷史場景、調度規(guī)則和專家經(jīng)驗，形成輔助決策預案，實現(xiàn)“四預”的全流程應用。此外，通過整合農村供水規(guī)章制度、技術標準、工程檔案、調度方案、運行策略、專家經(jīng)驗、本地數(shù)據(jù)、歷史場景等，聚焦用水戶和農村供水工程運行管理中出現(xiàn)的高頻問題及需求，構建交互式、沉浸式的智慧平臺，實現(xiàn)符合本地供用水特點和語言習慣的專業(yè)技術搜索、咨詢問答交互、巡查維護方案編制、漏損控制方案生成、水資源調度方案優(yōu)化、應急保供方案預演、用戶個性化服務支持、便民服務等功能。

案例簡介：山西省晉中市祁縣將7個鄉(xiāng)鎮(zhèn)、103處水源、263座水廠（站）、249個自然村、8.7萬戶農村居民飲水全部納入智慧供水平臺進行管理；全縣實現(xiàn)24h穩(wěn)定供水、水質全面達標，管網(wǎng)漏損率降至5%左右，應急響應時間縮短至30min以內。山東省聊城市陽谷縣構建1個智慧水務平臺基座和安全監(jiān)測、數(shù)據(jù)驅動決策、便民服務、智能運維、水費營收等5個業(yè)務應用模塊，安裝1550個流量、水質和壓力監(jiān)測點，對1000余km主管網(wǎng)、3.2萬個附屬設施進行數(shù)字化模擬，關聯(lián)20余萬臺閥門、水表實時數(shù)據(jù)，形成“一張圖”可視化管理和全流程全覆蓋的智能管控體系，建立“零上門”服務清單，故障平均修復時間從4h縮短至1h以內，用水戶服務投訴量下降80%，惠及70余萬人。

思考和建議

1.系統(tǒng)建設應突出“管用、實用、好用”導向

“管用”就是要遵循目標導向與需求牽引，聚焦安全、自動、經(jīng)濟、長效、便捷等關鍵供水需求，有效解決農村供水運行管理中存在的實際問題，提升供水系統(tǒng)的整體運行水平和供水保障程度，支撐高質量的發(fā)展需求和目標。“實用”就是要聚焦系統(tǒng)的可操作性與實用性，明確應用主體是供水單位、主管部門和用水戶，確保使用者能夠便捷高效地操作運用系統(tǒng)，做到日常工作離不開系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)字技術與供水業(yè)務的深度融合。“好用”就是通過數(shù)智賦能，實現(xiàn)農村供水“三節(jié)”（節(jié)水、節(jié)能、節(jié)工）、“三增”（增大水量供給能力、增加管網(wǎng)安全運行能力、增強水質保障水平）與“三提”（提高運行效率、提增經(jīng)濟效益、提升管理效能）。

2.設備選擇應以“穩(wěn)定、經(jīng)濟、便捷”為準則

設備選擇“穩(wěn)定”是前提，優(yōu)先選擇監(jiān)測數(shù)據(jù)可靠、測量誤差小、數(shù)據(jù)漂移低的傳感器和運行穩(wěn)定可靠、控制指令安全的控制器、工控機等“硬件”設備。設備性能和安全需具備較好的環(huán)境適應性，能夠在室外、野外等復雜環(huán)境中長期穩(wěn)定運行，并滿足安全等級、電能消耗低及數(shù)據(jù)傳輸安全要求。設備選擇“經(jīng)濟”是關鍵，在保證性能的前提下，優(yōu)先選擇一次性投資低和運行維護成本低的國產(chǎn)化設備，盡可能實現(xiàn)高性價比的投入產(chǎn)出。設備選擇還應考慮后期維修養(yǎng)護和服務的“便捷性”，同一工程、同一縣域或片區(qū)、同一類型的水泵機組、閥門、凈化、消毒、電氣與自控等設備宜選用同一供應商的產(chǎn)品。同時，應合理布設監(jiān)控點位，在功能達效的同時，便于施工安裝和后期運維。

3.軟件設計應以“有效、簡約、直觀”為目的

軟件設計要以解決實際供水問題、實現(xiàn)建設目標、便于操作應用為前提，明確系統(tǒng)的“有效”需求和功能定位。“簡約”就是在需求分析、模型定制和軟件開發(fā)時，要本著節(jié)約夠用和搭建模塊化架構的原則進行設計，供水監(jiān)測控制單元數(shù)量適宜、安裝位置合理，切忌進行大范圍、高精度的三維建模和歷史場景動畫設計，以免“中看不中用”。在軟件開發(fā)和系統(tǒng)建設時，要充分考慮水廠和基層管水人員的理解能力、操作習慣和技術水平，提供“直觀形象”“量身定制”“便于拓展”的設計方案，建設單位、供水單位及使用者要深度參與軟件開發(fā)的全過程，包括需求提出、系統(tǒng)架構和界面設計、測試、培訓、驗收和移交等。

4.系統(tǒng)運行要以“安全、可控、適配”為要素

“安全”“可控”是數(shù)字孿生農村供水工程建設和運行的底線要求。對高精度地圖、海量業(yè)務數(shù)據(jù)、控制指令、水質等敏感信息以及水廠運營數(shù)據(jù)，要嚴格執(zhí)行數(shù)據(jù)管理要求，確保數(shù)據(jù)在采集、傳輸與存儲過程中的安全性與可控性。同時，按照網(wǎng)絡安全等級保護標準要求，構建安全的物理環(huán)境、通信網(wǎng)絡、區(qū)域邊界與計算環(huán)境，強化數(shù)據(jù)防護與安全訪問控制。在系統(tǒng)安全、算法安全與工程安全等方面，要統(tǒng)籌規(guī)劃、協(xié)同防控，構建全鏈條、全周期的安全防護體系，確保系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、可靠運行。“適配”是數(shù)字孿生農村供水工程能否正常運行和達效的關鍵。隨著物理供水工程的更新改造和管理需求的不斷提升，數(shù)字孿生體與物理實體的數(shù)據(jù)要實時映射和同步校準，相關模型算法和軟件系統(tǒng)功能要適時進行迭代優(yōu)化與升級改造，不斷提升系統(tǒng)的適配性和應用效能。

Abstract: The construction of digital and intelligent systems is the inevitable path to promoting the modernization of rural water supply. Based on an analysis of the current status of digital twin rural water supply projects, this paper identified some existing problems such as unclear demand analysis, low input-output efficiency, and challenging sustainable operation. It also delved into the essence, construction content, and methods of digital twin rural water supply, offering systematic thinking and targeted implementation suggestions. The construction of digital twin rural water supply projects should adhere to demand-driven and problem-oriented approaches, aiming to achieve safe, automatic, economic, long-term, and convenient water supply. It is necessary to build a virtual-real integration system with digital technology, twin paths, smart decision-making, and water supply as the object, to realize the digital mapping, intelligent simulation, and smart decision-making of water supply processes and systems. In a specific implementation, the system construction includes an engineering-level smart water supply system and a regional-level smart water supply management platform. The engineering-level system focuses on the closed loop of the intelligent perception system, digital twin platform, and business application system, while the regional-level platform emphasizes comprehensive supervision and multi-business collaboration. The construction of a digital twin rural water supply system should be guided by the principles of “practicality, usability, and ease of use”, with monitoring equipment following the criteria of “stability, economy, and convenience”, software design aiming for “effectiveness, simplicity, and intuitiveness”, and system operation emphasizing “safety, controllability, and adaptability”. This will facilitate the transformation of rural water supply management from traditional management to digital and intelligent management, providing digital and intelligent empowerment for the high-quality development and modernization of rural water supply

Keywordsrural water supply; digital twin; smart water supply; digital and intelligent; intelligent perception; water supply safety; construction idea

本文引用格式：

胡孟，李連香，徐瑋彤.數(shù)字孿生農村供水工程建設思考[J].中國水利，2026（2）：11-18.

責編李盧祎

校對董林玥

審核王慧

監(jiān)制楊軼

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