智慧灌區(qū)建設發(fā)展思考

戴　瑋 ，李益農(nóng) ，章少輝 ，白美鍵 ，史　源 ，王海洲 ，王　屾

（1.中國水利水電科學研究院，100048，北京；2.北京水足跡科技有限公司，100044，北京）

灌區(qū)是強人類活動下二元水循環(huán)理論的重要實踐，近年各級灌區(qū)管理部門以科學發(fā)展觀為指導，積極探索可持續(xù)發(fā)展的管理思路，大力推進灌區(qū)信息化及現(xiàn)代化建設，在遠程傳輸、遠程控制、農(nóng)業(yè)水價綜合改革、水權交易等方面發(fā)揮了積極作用，受到社會廣泛關注和認可。但與此同時，灌區(qū)的信息化管理目前僅限于對信息的采集和存儲，未能對信息進行深度處理、利用、反饋與決策，即以人工智能或智慧的形式開展灌區(qū)用水過程的管理。

我國現(xiàn)有部分灌區(qū)已實現(xiàn)信息化，但迄今未實現(xiàn)智慧化。隨著近年人工智能技術飛速發(fā)展及在各行各業(yè)廣泛深入應用，人工智能涉及行業(yè)也逐漸由制造型行業(yè)向服務型與管理型行業(yè)擴展。強人類活動使得灌區(qū)水文/水力循環(huán)過程復雜且具有極強的人為痕跡，若在灌區(qū)信息化基礎上引入人工智能和灌區(qū)用水全過程模擬仿真技術，勢必能為灌區(qū)管理提供智慧預警、智慧調度/調控和智慧決策等技術支持，從而提高灌區(qū)用水過程的調控和管理能力，高效便捷地開展灌區(qū)用水管理工作。

一、智慧灌區(qū)內(nèi)涵

智慧灌區(qū)以習近平新時代中國特色社會主義思想為指導，遵循人、水、灌區(qū)和諧發(fā)展的客觀規(guī)律，在灌區(qū)信息化的基礎上，融合人工智能和灌區(qū)用水全過程模擬仿真技術，依據(jù)以水定需、量水而行、因水制宜原則，實現(xiàn)灌區(qū)智慧預警、智慧調度/調控及智慧決策，推動灌區(qū)發(fā)展與水資源和水環(huán)境承載力相協(xié)調，發(fā)展完整的灌區(qū)水生態(tài)系統(tǒng)，建立灌區(qū)永久水資源保障制度，構建先進的水科技文化。

二、智慧灌區(qū)建設戰(zhàn)略定位

1.智慧灌區(qū)建設是水利改革發(fā)展的需要

2018年全國水利廳局長會議明確指出，要持續(xù)深化水利重點領域改革創(chuàng)新，更好地激發(fā)水利生機活力。目前，各級灌區(qū)管理單位正逐步開展灌區(qū)信息化建設，部分灌區(qū)已率先完成信息化建設，并開始探索灌區(qū)智慧化建設。隨著我國水利改革進程不斷推進、工作內(nèi)容不斷深化、社會服務功能不斷拓展，除原有農(nóng)業(yè)灌溉、防洪排澇等功能外，農(nóng)業(yè)水資源優(yōu)化配置、農(nóng)業(yè)水資源利用效率提高、灌區(qū)生態(tài)環(huán)境保護愈發(fā)成為灌區(qū)管理工作的重要任務和中心環(huán)節(jié)。實施智慧灌區(qū)建設，統(tǒng)籌灌區(qū)建設與生態(tài)和諧，通過融合人工智能、灌區(qū)用水全過程模擬仿真技術和水利信息化，實現(xiàn)灌區(qū)用水安全與高效管理，提高農(nóng)業(yè)水資源利用效率，都對灌區(qū)管理工作提出了新要求，極大豐富了灌區(qū)現(xiàn)代化建設的內(nèi)涵，拓展了高新技術與傳統(tǒng)水利相互促進的空間。

2.智慧灌區(qū)建設是灌區(qū)現(xiàn)代化發(fā)展的高級形態(tài)

智慧灌區(qū)建設基于統(tǒng)籌灌區(qū)信息化建設與生態(tài)灌區(qū)建設，強調人工智能、灌區(qū)用水全過程模擬仿真技術與灌區(qū)管理工作有效融合，實現(xiàn)“人-灌區(qū)-環(huán)境”三者之間協(xié)調可持續(xù)發(fā)展，有利于提高灌區(qū)防洪排澇安全、工程設施安全、信息化設備安全，有利于提高灌區(qū)水資源配置效率，統(tǒng)籌農(nóng)業(yè)用水與生態(tài)用水，有利于提高農(nóng)業(yè)水資源利用效率，實現(xiàn)從以需定供到以供定需的轉變，能夠為灌區(qū)提供有理有據(jù)、直觀可視的決策方案支持。

三、智慧灌區(qū)建設相關探索

針對現(xiàn)代灌區(qū)的理念、內(nèi)容、目標等方面，中國水利水電科學研究院水利研究所以“十三五”國家重點研發(fā)計劃項目“現(xiàn)代灌區(qū)用水調控技術與應用”為依托，聯(lián)合中國灌溉排水發(fā)展中心、中國農(nóng)業(yè)大學、西北農(nóng)林科技大學、中國農(nóng)科院新鄉(xiāng)農(nóng)田灌溉研究所和揚州大學等單位的專家學者展開了研究討論。2017年，中國水利水電科學研究院水利研究所組織項目參與單位先后赴甘肅省疏勒河灌區(qū)、湖北省漳河灌區(qū)、河北省冶河灌區(qū)等進行調研，調查了現(xiàn)有渠/管灌區(qū)工程建設及信息化建設現(xiàn)狀、灌區(qū)日常管理工作，研討了人工智能、灌區(qū)用水全過程模擬仿真技術與灌區(qū)管理相結合的目標及具體實施方法，形成了灌區(qū)建設融入人工智能和灌區(qū)用水全過程模擬仿真技術的意見，并計劃定期邀請本行業(yè)、計算機行業(yè)及相關高校專家召開智慧灌區(qū)建設研討會，鏈式推進智慧灌區(qū)建設。智慧灌區(qū)建設模式如圖1所示。

2017年下半年，中國水利水電科學研究院水利研究所與湖北省漳河灌區(qū)共同開展了智慧灌區(qū)建設工作。作為目前我國水利信息化建設較為完善的灌區(qū)，漳河灌區(qū)已實現(xiàn)閘門遠程控制、遠程監(jiān)控閘門配水過程，分水口流量測量及遠程傳輸，各田塊墑情預報及閘門依據(jù)墑情自動配水，依據(jù)氣象云圖預報降雨等功能，其智慧灌區(qū)建設已取得初步成效。

隨著人工智能技術發(fā)展突飛猛進、廣泛應用于各行各業(yè)，在生產(chǎn)行業(yè)引入人工智能可以有效節(jié)約人工，從而提高生產(chǎn)效率、增加經(jīng)濟收益。中國水利水電科學研究院水利研究所自主研發(fā)的灌區(qū)用水全過程模擬仿真軟件已在黑龍江省錦西灌區(qū)可研及初設階段設計方案論證、錦西灌區(qū)調度/調控及防洪模擬仿真、河北省冶河灌區(qū)用水整體調度/調控模擬仿真方面獲得了驗證，對錦西灌區(qū)的設計方案提出了指導性意見，有效縮短了輸配水過程所需時間。通過人工智能與灌區(qū)用水全過程模擬仿真技術的有效融合，在智慧預警方面可實現(xiàn)自動識別各關鍵時空節(jié)點的水位警戒閾值，實時有效地預警；在智慧調度/調控及決策方面可依據(jù)渠系水位/管系水壓力，智慧提供調度方案并對閘門進行遠程調度/調控，為決策者提供調度/調控決策方案支持。

圖1　從灌區(qū)信息化到灌區(qū)智慧化建設思路

四、智慧灌區(qū)建設建議

1.“產(chǎn)—學—研”相結合，促進智慧灌區(qū)科研成果轉化

以“十三五”國家重點研發(fā)計劃項目“現(xiàn)代灌區(qū)用水調控技術與應用”為支撐，以“產(chǎn)-學-研”相結合為指導，實現(xiàn)公司-灌區(qū)管理單位-科研院所/高校聯(lián)動。其中科研院所/高校負責理論機理研究，科研院所/高校與灌區(qū)管理單位構建智慧灌區(qū)建設方法，公司負責科研技術成果集成，科研院所/高校與公司共同執(zhí)行軟硬件開發(fā)，在灌區(qū)進行落地應用。三者之間相互配合，推動科研成果服務于生產(chǎn)實際。

2.通過示范引領，推動智慧灌區(qū)建設進程

當前，智慧灌區(qū)建設仍處于起步階段。因此需選取部分灌區(qū)開展智慧灌區(qū)示范區(qū)建設工作，通過加強理論及技術指導，完善建設及管理制度，積累豐富的實踐經(jīng)驗，為推進智慧灌區(qū)建設開辟思路。示范區(qū)在探索實踐中形成體系完整的建設標準及模式，給其他灌區(qū)智慧化建設提供參考依據(jù)。

3.建設人才梯隊，保障智慧灌區(qū)良性運行

為保障智慧灌區(qū)良性運行，灌區(qū)管理單位應加強人才培養(yǎng)，提升人才培訓戰(zhàn)略地位。通過建立健全的人才培訓計劃，采取請進來、走出去的模式培養(yǎng)專業(yè)型及復合型人才，聘請專家和相關技術人員開展系統(tǒng)性培訓，開設討論組定期組織討論，支持各灌區(qū)管理單位間相互交流學習、取長補短。

參考文獻：

[1]王浩，王建華，秦大庸，等.基于二元水循環(huán)模式的水資源評價理論方法[J].水利學報，2006，37（12）.

[2]梁燦忠.建設現(xiàn)代化灌區(qū)初探[J].中國水利，2001（1）.