我國智慧水利工程建設(shè)現(xiàn)狀及趨勢研究

張倬鋒

（臨沂市水務(wù)集團(tuán)，山東 臨沂 276000）

信息化推動下新技術(shù)新工藝不斷涌現(xiàn)，水利工程也迎來了現(xiàn)代化建設(shè)的新機遇[1]?，F(xiàn)代水利工程以精細(xì)化管理為要求，以公平、公開、公正為決策原則，通過充分利用信息化手段，實時掌握水資源動態(tài)數(shù)據(jù)，為科學(xué)預(yù)測分析提供支撐。為發(fā)揮智慧水利優(yōu)勢，滿足水利工程建設(shè)的相關(guān)要求，將水資源、各泵站、監(jiān)控系統(tǒng)和決策系統(tǒng)通過云端互聯(lián)，借助監(jiān)督與檢測終端收集的重要參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，通過獲取的大數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、預(yù)測和決策，形成有效連接的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)[2]。加強智慧水利建設(shè)是水利工程高質(zhì)量發(fā)展的重要手段，應(yīng)積極思考解決智慧水利建設(shè)中的突出問題，加大對新技術(shù)的應(yīng)用和研究[3]。

1 智慧水利概述

1.1 智慧水利的內(nèi)涵

我國水利事業(yè)的發(fā)展歷程分為“開發(fā)為主”、“綜合利用”和“保護(hù)為主”三個重要階段，進(jìn)入21世紀(jì)以來，逐漸向“智慧用水”階段開始轉(zhuǎn)變。各水利相關(guān)部門漸漸認(rèn)識到推動“智慧水利”建設(shè)的重要性，將智慧水利建設(shè)作為水利事業(yè)發(fā)展的必然要求，推動水利工程信息化。與傳統(tǒng)水利工程相比，智慧水利涉及學(xué)科種類較多，包括氣象學(xué)、水文地質(zhì)學(xué)等，并運用了云計算、大數(shù)據(jù)等先進(jìn)的信息科學(xué)手段，將智慧水利理念落實到水利規(guī)劃、施工、管理及社會服務(wù)的全生命周期，不僅改善了水生態(tài)環(huán)境，還提升了災(zāi)害防御水平和資源利用水平，有利于實現(xiàn)水利工程的高質(zhì)量發(fā)展[4]。

1.2 智慧水利的主要特征

建設(shè)智慧水利工程是我國智慧城市發(fā)展的重要組成部分，其中集成了多種信息化技術(shù)，綜合不同領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢，智慧水利的主要特征表現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）感知能力全面化。智慧水利建設(shè)中采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、遙感技術(shù)、無人機等，通過這些技術(shù)手段與地面監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)建全方位、立體的感知網(wǎng)絡(luò)，全面提升了工程的感知能力[5]。

（2）網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)普及化。隨著無線網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，智慧水利利用各種無線傳感設(shè)備與政務(wù)服務(wù)網(wǎng)、無線寬帶等進(jìn)行互聯(lián)，體現(xiàn)出智能化網(wǎng)絡(luò)的便捷與實用。

（3）統(tǒng)一協(xié)調(diào)化。水利工程的穩(wěn)定安全運行離不開統(tǒng)一、協(xié)調(diào)的內(nèi)部體系。智慧水利能將水利資源進(jìn)行整合，并實現(xiàn)共享，極大程度上體現(xiàn)了業(yè)務(wù)協(xié)同的優(yōu)勢，有利于及時有效地處理問題。

（4）智能高效化。智慧水利建設(shè)以智能化為主線，利用人工智能技術(shù)，建立大數(shù)據(jù)管理應(yīng)用平臺，真正體驗智能感知、智能診斷、智能控制等智能化操作帶來的科技進(jìn)步，體現(xiàn)了智慧水利工程管理的高效化。

（5）服務(wù)一體化。智慧水利堅持以人為本，構(gòu)建完善的社會化服務(wù)體系，從飲水、灌溉等多方面提升服務(wù)質(zhì)量，簡化業(yè)務(wù)流程。

2 智慧水利工程的應(yīng)用現(xiàn)狀

近年來，我國水利工程建設(shè)規(guī)模逐漸龐大，對運行調(diào)度、管理等方面的要求也不斷提升。運用信息化技術(shù)實現(xiàn)對水利工程全時空、全方位監(jiān)管，是智慧水利的有效手段。從當(dāng)前建設(shè)情況來看，存在以下幾點問題：

2.1 總體目標(biāo)不清晰，管理流程有待完善

在工程施工過程中，一般會根據(jù)現(xiàn)場需求，臨時決定采取信息化手段解決問題，如構(gòu)建協(xié)同辦公、進(jìn)度管理、門禁等智能化系統(tǒng)。在總體目標(biāo)不明確的基礎(chǔ)上進(jìn)行系統(tǒng)建設(shè)，會導(dǎo)致出現(xiàn)信息孤島，業(yè)務(wù)溝通不暢，造成數(shù)據(jù)重復(fù)錄入等不良現(xiàn)象，影響運行管理效率。同時，隨著信息技術(shù)的推陳出新，工程每個環(huán)節(jié)或要素都至關(guān)重要，因此，制定完善的建設(shè)管理流程和技術(shù)規(guī)范，形成標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化的管理模式，才能通過管理機制約束系統(tǒng)應(yīng)用，發(fā)揮智慧水利效益。

2.2 功能設(shè)計不健全，信息安全難以保障

部分水利建設(shè)與信息管理平臺主要以信息查詢業(yè)務(wù)為主，例如最基本的信息上報匯總、查詢、統(tǒng)計、圖標(biāo)制作等。對于工程運行和調(diào)度管理缺少相應(yīng)功能設(shè)計，在實時模擬、預(yù)測分析、決策指導(dǎo)等方面的社會服務(wù)功能較少，尤其在現(xiàn)場實時監(jiān)控中，缺乏感知系統(tǒng)建設(shè)，致使數(shù)據(jù)處理不規(guī)范，共享困難，影響對施工管理的規(guī)劃與決策，與智慧化管理的總體目標(biāo)存在較大差距[6]。此外，我國水利工程使用的自動化控制系統(tǒng)大多是由國外品牌商生產(chǎn)制造，若遭到聯(lián)網(wǎng)攻擊，信息安全無法得到有效保障，存在一定的安全隱患[7]。

2.3 監(jiān)測面積有限，部分信息化資源浪費

對于人口相對較少的監(jiān)測地區(qū)，因水位、水土保持、氣象監(jiān)測的覆蓋面較小，GIS、遙感等新興技術(shù)未能得到廣泛應(yīng)用，監(jiān)測方式以傳統(tǒng)的單一測點為主，導(dǎo)致存在監(jiān)測不到位、監(jiān)測面積不全等問題，無法滿足流域監(jiān)測需要。當(dāng)前，多數(shù)水庫工程缺少安全監(jiān)測系統(tǒng)，在位移、形變、出庫流量等方面的監(jiān)測體系還不完善，尤其在重要生態(tài)水域也缺乏長期監(jiān)測規(guī)劃，加上相關(guān)工作人員對信息化技術(shù)掌握尚不全面，不同功能系統(tǒng)相對獨立，難以形成統(tǒng)一管理模式，導(dǎo)致部分信息化資源浪費[8]。

3 智慧水利未來發(fā)展趨勢分析

智慧水利建設(shè)是水利工程高質(zhì)量發(fā)展的有效措施，水利工程信息化建設(shè)也是現(xiàn)代水利建設(shè)的必然要求[9]。隨著社會科技不斷進(jìn)步，保護(hù)區(qū)域生態(tài)環(huán)境、節(jié)約集約利用水資源成為人與自然和諧共處的首要目標(biāo)。

3.1 依據(jù)水利事權(quán)和工程規(guī)模等級，執(zhí)行智慧化工作任務(wù)

水利部門及流域主管機構(gòu)負(fù)責(zé)對影響力較大的水利工程進(jìn)行智慧化管理，而其他各類等級的水利工程智慧化運行工作由各省市（縣）政府全權(quán)負(fù)責(zé)[10]。結(jié)合水利工程相關(guān)管理考核辦法，對于國家直屬管轄的重大水利工程可優(yōu)先實施大中型水庫、水閘及河道堤防等工程的智慧化建設(shè)。對于其他大中小微水庫、水閘、泵站、堤防等工程，按照各地域?qū)嶋H需求推進(jìn)工作任務(wù)。

3.2 明確建設(shè)目標(biāo)與思路，發(fā)揮智慧水利的實際效能

智慧水利工程建設(shè)前期，應(yīng)按照工程建設(shè)內(nèi)容制定總體目標(biāo)，為了確?？傮w目標(biāo)的實現(xiàn)，還需依據(jù)工程使用階段將目標(biāo)細(xì)化為近期目標(biāo)、中期目標(biāo)和遠(yuǎn)期目標(biāo)，比如，可以將信息化技術(shù)與智能技術(shù)的優(yōu)化結(jié)合作為近期目標(biāo)，構(gòu)建現(xiàn)代化水利工程管理體系，為實現(xiàn)智慧水利管理模式奠定基礎(chǔ)。建立智慧水利綜合管理平臺，擴大信息化、智能化技術(shù)的應(yīng)用范圍，提供更為便捷的服務(wù)，以實現(xiàn)中期目標(biāo)。遠(yuǎn)期目標(biāo)以實現(xiàn)水利工程協(xié)調(diào)發(fā)展為重點，發(fā)揮信息化技術(shù)、大數(shù)據(jù)等智能化優(yōu)勢，突出展現(xiàn)智慧水利工程的應(yīng)用科學(xué)性和實際效能。

當(dāng)前，我國信息化技術(shù)應(yīng)用范圍廣，科學(xué)技術(shù)理念更新頻率快，因此，智慧水利工程的建設(shè)必須不斷創(chuàng)新發(fā)展理念，明確建設(shè)目標(biāo)與思路，結(jié)合時代發(fā)展背景和實際需求，依據(jù)水利工程高質(zhì)量、高要求的建設(shè)理念和標(biāo)準(zhǔn)，完善信息化基礎(chǔ)功能與服務(wù)體系，優(yōu)化智能化管理方法，尤其在信息處理、事故應(yīng)急、社會化服務(wù)等方面，還需要不斷攻克難關(guān)，提升工程整體建設(shè)水平。

3.3 科學(xué)統(tǒng)籌與規(guī)劃，推進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化體系建設(shè)

針對已建設(shè)完成的水利工程，按照現(xiàn)代化建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)更新完善信息化設(shè)施，加強信息化技術(shù)改造。針對新建水利工程，則需要在規(guī)劃設(shè)計初期，以高標(biāo)準(zhǔn)、智能化的建設(shè)要求統(tǒng)籌全局，構(gòu)建綠色安全、系統(tǒng)完善的智能化調(diào)度運行管理模式。

通過信息調(diào)度與共享，加強水利工程各部門分工合作，形成監(jiān)測、預(yù)測、評估等功能的流域協(xié)調(diào)聯(lián)動，促進(jìn)各項業(yè)務(wù)深度融合，真正做到水利工程的“管用分離”，實現(xiàn)工程最大效益。此外，完善智慧水利標(biāo)準(zhǔn)化體系，應(yīng)從水利工程設(shè)計、除險加固、調(diào)度、管理等方面，規(guī)范信息化改造流程，結(jié)合技術(shù)發(fā)展動態(tài)和工程建設(shè)要求，不斷完善信息化、標(biāo)準(zhǔn)化體系建設(shè)，推動水利工程健康長效發(fā)展。

3.4 完善智慧化運行管理機制，探索新型運營模式

智慧水利工程的運行管理需要現(xiàn)代化機制作為基礎(chǔ)，突破管理體制障礙，凸顯市場主體作用，構(gòu)建政府-企業(yè)-社會的多元化互連機制，拓寬資金投入渠道，探索新型生產(chǎn)、管理與運營模式，提升工程建設(shè)管理質(zhì)量。

3.5 重視網(wǎng)絡(luò)與信息安全，保障水利工程的長治久安

健全安全制度體系，加強關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施的安保能力，對于水利工程聯(lián)網(wǎng)和信息安全至關(guān)重要。嚴(yán)格防守安全底線，重視網(wǎng)絡(luò)與信息安全工作，明確責(zé)任主體，定期維護(hù)信息安全技術(shù)體系，加強應(yīng)急體系建設(shè)，組織開展應(yīng)急演練等相關(guān)活動，增強技術(shù)人員的應(yīng)急處置水平，鍛煉其實戰(zhàn)應(yīng)對能力。

3.6 完善智慧水利監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)最優(yōu)化控制

智慧水利監(jiān)控系統(tǒng)將雨量監(jiān)測、水位監(jiān)測、土壤水分監(jiān)測、水質(zhì)分析、城鎮(zhèn)供排水管網(wǎng)監(jiān)控等自動化系統(tǒng)進(jìn)行整合，共同形成了高效、科學(xué)、穩(wěn)定的智慧水利監(jiān)控體系，提升了水利工程的經(jīng)濟效益和使用安全性，避免了資源的無效損耗，實現(xiàn)了監(jiān)控系統(tǒng)的最優(yōu)化控制。

4 結(jié)語

一些地區(qū)已在水利信息化管理方面取得了一定成效，需要制定更加完善的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)政策，從智慧水利實際需求出發(fā)，建立創(chuàng)新思維，加大研發(fā)投入。同時政府應(yīng)與市場形成合力，以數(shù)據(jù)驅(qū)動為目標(biāo)，以信息安全為基礎(chǔ)，打造規(guī)范化智慧水利模式?；诂F(xiàn)有基礎(chǔ)工作，補齊短板，更新改造傳統(tǒng)技術(shù)，推動水利工程智能化、高效化、規(guī)范化建設(shè)。