區(qū)塊鏈技術(shù)在水資源管理中的應(yīng)用

摘 要：為有效應(yīng)對我國水資源管理工作中面臨的業(yè)務(wù)需求不斷增長、信息數(shù)據(jù)不斷擴張等問題，對區(qū)塊鏈技術(shù)在我國供水系統(tǒng)管理、用水過程管理、水權(quán)交易管理、水行政管理政務(wù)服務(wù)中應(yīng)用的可行性進行實證分析。結(jié)果表明，具有去中心化、公開透明、智能合約、不可篡改等優(yōu)勢的區(qū)塊鏈技術(shù)能有效解決水資源管理中的信息交互、信任機制等問題，并能有效提升管理精度和效率，能全面有效提升政府水資源治理能力，推進治理水平的現(xiàn)代化。

關(guān)鍵詞：水資源管理;區(qū)塊鏈技術(shù);應(yīng)用;去中心化

中圖法分類號：TV213.4;TP311.13 ? 文獻標(biāo)志碼：A ? ? DOI：10.19679/j.cnki.cjjsjj.2021.0418

區(qū)塊鏈技術(shù)因其所具有的去中心化的分布式結(jié)構(gòu)，大大降低其在應(yīng)用過程中的中介成本，不可篡改的時間戳特性能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的追蹤和信息防偽，靈活的編程屬性能推動市場秩序的規(guī)范[1]。近年來，區(qū)塊鏈技術(shù)越來越受到不同行業(yè)的關(guān)注，其可應(yīng)用的領(lǐng)域包括供應(yīng)鏈、物聯(lián)網(wǎng)、安全認證、水資源管理等。本文基于水資源管理需求及應(yīng)用視角，探討區(qū)塊鏈技術(shù)的突破，系統(tǒng)分析區(qū)塊鏈技術(shù)在水資源管理中的應(yīng)用可行性。

1 ?區(qū)塊鏈技術(shù)概述

區(qū)塊鏈技術(shù)的核心由區(qū)塊+鏈、非對稱加密數(shù)學(xué)和可編程智能合約等部分構(gòu)成：①區(qū)塊+鏈：區(qū)塊鏈技術(shù)創(chuàng)新性分解數(shù)據(jù)庫并將數(shù)據(jù)分塊，將不同區(qū)塊所對應(yīng)的信息與上一區(qū)塊鏈接從而形成完整的數(shù)據(jù)鏈，由于數(shù)據(jù)區(qū)塊是按時間先后生成的，其創(chuàng)建期間所發(fā)生的活動均被記錄在對應(yīng)的區(qū)塊上，從而形成數(shù)據(jù)記錄合集，并能有效避免數(shù)據(jù)記錄被刪除或改變，能保證數(shù)據(jù)庫的時序性、完整性和嚴謹性。②分布式結(jié)構(gòu)：在區(qū)塊鏈體系內(nèi)，將數(shù)據(jù)集中存儲和記錄在服務(wù)器，區(qū)塊鏈結(jié)構(gòu)在設(shè)計時將數(shù)據(jù)均記錄和存儲在各參與節(jié)點，并通過確定開源性的、去中心化的協(xié)議，構(gòu)建起分布式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。通過分布式傳播的形式實現(xiàn)信息交換，并將信息發(fā)送至全網(wǎng)，再通過分布式記賬所存儲的數(shù)據(jù)信息內(nèi)容加蓋時間戳后生成區(qū)塊屬性的數(shù)據(jù)，傳輸至各節(jié)點，完成數(shù)據(jù)信息的分布式存儲。③非對稱加密：在設(shè)計過程中主要應(yīng)用了密碼學(xué)邏輯方式，即非對稱加密數(shù)學(xué)原理，在數(shù)據(jù)加密和解密兩個過程中均設(shè)置密碼，且密碼均具有非對稱屬性，所以，區(qū)塊鏈技術(shù)是應(yīng)用數(shù)學(xué)方法解決信任問題的必然產(chǎn)物，在該技術(shù)下，全部規(guī)則必須事先通過算法以程序的形式展現(xiàn)，并借助第三方機構(gòu)進行去中心化的認證。④可編程智能合約：若區(qū)塊鏈技術(shù)的應(yīng)用僅僅是為了適應(yīng)某種特定的交易，則作為可編程智能合約的腳本的嵌入就實屬多余，因為系統(tǒng)可直接進行價值交換活動完成所需條件的定義。但是在去中心化的情況下，各種協(xié)議必須事先取得共識，為此，則必須引入腳本。這也為系統(tǒng)處理預(yù)期交易模式提供了可能，使區(qū)塊鏈技術(shù)的實用性大大增強。將區(qū)塊鏈技術(shù)和智能引擎、智能應(yīng)用等結(jié)合，為使用者提供去中心化的數(shù)據(jù)處理能力，并將處理后的信息傳輸至數(shù)據(jù)端分析計算，抽取必要的代表性的數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的融合分析能力。

通過對區(qū)塊鏈技術(shù)構(gòu)成部分的分析發(fā)現(xiàn)，該技術(shù)具有鮮明的特征：一是去中心化，即無需去中心化服務(wù)器，僅通過去中心化的賬本進行信息記錄，便可實現(xiàn)點對點交易和互動;二是智能合約，即合約簽訂后由事先編寫的程序自動執(zhí)行，執(zhí)行過程不受個人因素影響，參與方也無法毀約;三是公開透明，即參與方能全面了解整個流程的運作情況及收益分配，信息真實可靠;四是不可篡改性，即區(qū)塊鏈技術(shù)采用哈希算法進行交易數(shù)據(jù)的加密和認證，輸入信息的任何變化都會引起哈希值的大幅度變動，所以，數(shù)據(jù)信息幾乎無篡改的可能。

2 ?區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用于水資源管理中的研究成果

在水資源管理中，區(qū)塊鏈技術(shù)能有效解決信任問題，創(chuàng)建交易平臺，確保交易信息安全，實現(xiàn)信息公開，在信息服務(wù)、智慧水務(wù)、水權(quán)交易等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。學(xué)術(shù)界在區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用于水資源管理方面也取得了豐富的研究成果。例如Prberezhna對區(qū)塊鏈應(yīng)用于水資源管理行業(yè)的報告存儲、數(shù)據(jù)審查、檔案管理、債券發(fā)行等方面的可行性進行分析探討;李鈺則從分類分級、水文數(shù)據(jù)加密、分布式數(shù)據(jù)存儲等方面對區(qū)塊鏈與水文數(shù)據(jù)庫融合問題進行探討，并對區(qū)塊鏈技術(shù)在水文數(shù)據(jù)庫管理方面的應(yīng)用進行探索;胡晶等人研究了區(qū)塊鏈技術(shù)實現(xiàn)水利內(nèi)部信息系統(tǒng)縱向集成和各相關(guān)水資源管理部門橫向集成的可行性，以突破水資源管理信息單向流通及信息孤島等制約，實現(xiàn)水資源優(yōu)化配置。孫峰則從供水信息透明度提升、智能水交易系統(tǒng)及智能水管理系統(tǒng)等方面對區(qū)塊鏈技術(shù)的應(yīng)用進行了歸納，并分析了該技術(shù)在智慧水務(wù)應(yīng)用中所面臨的困境。Bajwa等人對基于區(qū)塊鏈技術(shù)的智能灌溉系統(tǒng)進行研究，并對區(qū)塊鏈技術(shù)存儲植物數(shù)據(jù)庫，物聯(lián)網(wǎng)內(nèi)受信任灌溉設(shè)備授權(quán)，設(shè)備使用情況的追蹤等進行可行性分析。劉云杰等人研究了區(qū)塊鏈技術(shù)和國家水權(quán)交易系統(tǒng)的契合點，并對區(qū)塊鏈技術(shù)和國家水權(quán)交易系統(tǒng)的集成應(yīng)用問題進行分析探討。國外的Power Ledger公司與澳洲的弗里曼特爾市合作后將區(qū)塊鏈技術(shù)成功應(yīng)用于太陽能光伏發(fā)電站及所對應(yīng)的分區(qū)水處理方面，通過實踐驗證了區(qū)塊鏈技術(shù)在能源及水資源管理方面應(yīng)用的可行性與可靠性。Water IG公司在香港進行了將雨水收集系統(tǒng)的收集點和水處理系統(tǒng)連接，并通過區(qū)塊鏈技術(shù)成功將收集并處理后的雨水輸入垂直農(nóng)業(yè)和城市溫室項目，也為不同社區(qū)自行選擇區(qū)塊鏈技術(shù)的具體落地應(yīng)用方式，建立符合城市發(fā)展實際的雨水收集系統(tǒng)提供了借鑒指導(dǎo)。

3 ?區(qū)塊鏈技術(shù)在水資源管理中的應(yīng)用

3.1 ?供水系統(tǒng)管理

在我國，水資源短缺問題始終制約著各行各業(yè)的發(fā)展，行業(yè)供水也處在較為緊張的局面，供水行業(yè)市場集中度不高，供水管理模式過于粗放，水務(wù)信息化才初見端倪，水務(wù)所涉及的信息流動和多方協(xié)作仍有待進一步探索。對于傳統(tǒng)的供水管理而言，供水設(shè)備操作、供水過程協(xié)調(diào)、供水記錄和存儲均為單一化的孤立過程，敏感和重要的供水記錄數(shù)據(jù)并無備份和外界監(jiān)督，一旦遇到安全生產(chǎn)事故，則供水單位、設(shè)備生產(chǎn)廠商和相關(guān)管理部門很難進行記錄的真實性與一致性的核實，無法落實責(zé)任，更不利于事故的防范和管理水平的提升。

通過區(qū)塊鏈技術(shù)的應(yīng)用，并借助其去中心化和不可篡改等特性建立供水管理系統(tǒng)，包括供水、制水、輸水、取用水、設(shè)備運行等在內(nèi)的系統(tǒng)運行全過程數(shù)據(jù)均通過區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)庫予以記錄和存儲，并通過系統(tǒng)整合，將供水單位、設(shè)備生產(chǎn)廠家和有關(guān)監(jiān)督管理部門有機聯(lián)系起來，以保證供水過程的安全性、可靠性及數(shù)據(jù)存儲和管理的實時性、永久性。

3.2 ?用水過程管理

水資源管理制度中對用水總量控制、水資源不同功能區(qū)限制納污能力、區(qū)域水資源管理責(zé)任和考核原則等均做出了嚴格規(guī)定[2]，并基于此對包括用水→耗水→排水等環(huán)節(jié)在內(nèi)的水資源管理全過程加強管理。在傳統(tǒng)的水資源運行管理模式下，管理部門由于受到人員、資金等方面的限制，很難準(zhǔn)確進行水資源使用者用水、排污過程等的量化管理，導(dǎo)致用戶普遍存在違規(guī)取水、用水和違規(guī)排污等現(xiàn)象。水資源管理績效考核過程中也存在虛報考核數(shù)據(jù)、敷衍了事等問題。

引入?yún)^(qū)塊鏈技術(shù)后可以通過其公開透明、數(shù)據(jù)記錄的不可篡改性、去中心化等技術(shù)優(yōu)勢實現(xiàn)對水資源開發(fā)利用各環(huán)節(jié)的管理，有效解決水資源使用數(shù)據(jù)冗雜、數(shù)據(jù)時效性得不到保證、部門協(xié)調(diào)溝通難、事后管理等問題。對于工業(yè)用水戶而言，可通過區(qū)塊鏈節(jié)點將用水過程和排污信息自動上傳至區(qū)塊鏈系統(tǒng)并生成公開的、不可篡改的數(shù)據(jù)信息，有效保證從用水端到管理部門全過程所獲取數(shù)據(jù)的真實性和時效性，大大節(jié)約了傳統(tǒng)方式下數(shù)據(jù)收集和匯總的成本。水資源管理部門可通過工業(yè)用水戶所對應(yīng)的水資源信息全面了解其用水、耗水和排污過程，對于違規(guī)用水、違法排污等行為追本溯源，為水資源使用全過程管理提供強有力的技術(shù)支持。

3.3 ?水權(quán)交易管理

區(qū)塊鏈技術(shù)支持既定流域內(nèi)水權(quán)的點對點交易，并為水資源使用者提供與其余用戶共享超額水資源的權(quán)利，且不必像傳統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)一樣全天候依賴中心化。既定流域內(nèi)的水資源使用者能根據(jù)環(huán)境信息、水產(chǎn)品價格、市場變化趨勢等調(diào)整用水策略，這也為水務(wù)管理部門提供了全新的信息獲取和實時管理的思路與可能。水資源個人用戶、工業(yè)用戶、水務(wù)企業(yè)、管理部門等都能基于上述信息進行水資源管理策略的制定和調(diào)整。

3.4 ?水行政管理政務(wù)服務(wù)

利用區(qū)塊鏈技術(shù)加強各政務(wù)數(shù)據(jù)跨部門、跨區(qū)域共享，為社會公眾提供全面優(yōu)質(zhì)完善的政務(wù)服務(wù)是國家政策的全新要求，并通過提供政務(wù)服務(wù)不斷促進政府治理能力和公共服務(wù)水平的提升。

區(qū)塊鏈技術(shù)由于具有不可篡改的技術(shù)特征因而可以促進水行政管理部門信息的時效性、真實性與交互性，有效克服傳統(tǒng)政務(wù)服務(wù)過程中所存在的部門間溝通協(xié)調(diào)難、業(yè)務(wù)流程繁瑣、缺乏時效性、數(shù)據(jù)泄露等問題，而區(qū)塊鏈技術(shù)中的私有鏈能確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃耘c時效性。具體而言，可以應(yīng)用于水行政管理部門內(nèi)部的信息交互，如公文收發(fā)處理、檔案存儲管理、水量水質(zhì)監(jiān)測、數(shù)據(jù)匯總共享等，通過私有密鑰進行加密保護后無法篡改，能有效防止文件丟失、偽造等系列信用問題;可以應(yīng)用于面向業(yè)務(wù)單位的服務(wù)，如取水許可、水權(quán)交易等，可以采用數(shù)據(jù)從基層節(jié)點直接上傳至區(qū)塊鏈的方式，避免人為干預(yù)，并構(gòu)建數(shù)據(jù)共享機制，防止數(shù)據(jù)打架和盲目覆蓋[3];還可以應(yīng)用于面向公眾的服務(wù)，如信息公開、公眾監(jiān)督等，具體見圖1。

區(qū)塊鏈技術(shù)所具有的公開透明、去中心化、智能合約等優(yōu)勢能有效簡化行政管理及服務(wù)程序，提升政務(wù)服務(wù)品質(zhì)，積極引導(dǎo)社會公眾決策參與和監(jiān)督參與。通過區(qū)塊鏈技術(shù)所具有的開放性特征還能加強政務(wù)公開，防止權(quán)利濫用和暗箱操作，區(qū)塊鏈技術(shù)所具有的匿名性還能充分保護檢舉和投訴人員的個人信息安全，確保信息反饋渠道的暢通無阻。

4 ?結(jié)論

通過對區(qū)塊鏈技術(shù)特點的分析表明，該技術(shù)的應(yīng)用能有效解決當(dāng)前水資源管理方面所存在的問題。區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用于水資源管理方面的優(yōu)勢已經(jīng)凸顯，但是現(xiàn)有的理論研究及實踐大多集中在特定場景應(yīng)用方面，研究階段也大多停留在原型設(shè)計，理論研究成果應(yīng)用于水資源管理實務(wù)方面還存在較大困難，技術(shù)孤島尚未走向系統(tǒng)整合，應(yīng)用深度和廣度有待進一步開拓。隨著實行最嚴格水資源管理制度的貫徹落實及業(yè)務(wù)需求的持續(xù)增長，數(shù)據(jù)信息持續(xù)擴張，全新的水資源管理需求及技術(shù)瓶頸不斷出現(xiàn)，區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用的潛在優(yōu)勢也不斷凸顯。區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用于水資源管理能為水資源管理創(chuàng)建信任機制，確保敏感數(shù)據(jù)的真實性、透明性和可追溯性，簡化水權(quán)交易流程，保證水資源行政管理效率的提升。

參考文獻：

[1]陳根發(fā)，林希晨.區(qū)塊鏈技術(shù)在水資源管理中的應(yīng)用展望[J].水利水電技術(shù)，2020（11）：1-15.

[2]《國務(wù)院關(guān)于實行最嚴格水資源管理制度的意見》（國發(fā)[2012]3號）

[3]邊曉南，夏文君，張洪亮.區(qū)塊鏈在德州水資源監(jiān)控能力建設(shè)中應(yīng)用[J].山東水利，2020（10）：50-51.

Research on the Application of Blockchain Technology in Water Resources Management

Liu Qiang

（Xinjiang Tarim River Basin Mainstream Management Bureau，Korla ?841000，China）

Abstract：In order to effectively deal with the growing business needs and the continuous expansion of information and data in Chinas water resources management work，this article discusses the use of blockchain technology in Chinas water supply system management，water process management，water rights transaction management，and water administrative management. The feasibility of application in the service has been empirically analyzed. The results show that blockchain technology with the advantages of decentralization，openness and transparency，smart contracts，and non-tamperability can effectively solve the problems of information interaction and trust mechanism in water resources management，and can effectively improve management accuracy and efficiency，and can be comprehensive effectively promote the modernization of the government's water resources governance capabilities and governance levels.

Keywords：water resources management;blockchain technology;application

收稿日期：2021-04-27

作者簡介：劉強，男，主要從事水利工程運行管理、水資源管理、水行政執(zhí)法工作。