大數(shù)據(jù)背景下寧夏水文工作的創(chuàng)新路徑分析

摘 要：水文工作在大數(shù)據(jù)時代背景下面臨新的機遇和挑戰(zhàn)。以寧夏當(dāng)?shù)厮乃Y源情況為出發(fā)點，思考利用大數(shù)據(jù)技術(shù)推動水文工作創(chuàng)新開展的措施。通過構(gòu)建智慧水利云平臺，動態(tài)監(jiān)測、分析和挖掘水文水資源數(shù)據(jù)，為水旱災(zāi)害防御、水資源管理調(diào)度以及水環(huán)境保護(hù)等提供科學(xué)依據(jù)。分析了寧夏水文水資源監(jiān)測及大數(shù)據(jù)平臺發(fā)展現(xiàn)狀和機遇，探討了大數(shù)據(jù)背景下寧夏水文工作創(chuàng)新路徑。

關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù)；水文工作；智慧水利；寧夏

中圖分類號：P332 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）08–0-03

隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，大數(shù)據(jù)已應(yīng)用于水文水資源領(lǐng)域，可為水旱災(zāi)害防御、水資源管理調(diào)度、水環(huán)境保護(hù)等方面提供新思路和方法[1]。寧夏處于我國西北干旱半干旱區(qū)，水資源稀缺，制約了當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展。深入研究寧夏地區(qū)水文水資源領(lǐng)域大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用有助于為制定科學(xué)的水資源管理和保護(hù)策略提供有力的理論支撐?；诖?，探討大數(shù)據(jù)背景下寧夏水文工作的創(chuàng)新路徑，對推動當(dāng)?shù)厮聵I(yè)發(fā)展具有深遠(yuǎn)意義。

1 寧夏水文水資源的概況

1.1 水資源量先天不足

寧夏降雨稀少，年均降雨量289 mm，遠(yuǎn)低于黃河流域和全國均值。降雨在區(qū)內(nèi)分布不均，呈現(xiàn)由南向北遞減的趨勢，南部六盤山年均降水達(dá)800 mm，而北部引黃灌區(qū)僅為179 mm。此外，寧夏的蒸發(fā)量大，年均水面蒸發(fā)量達(dá)到1 250 mm。年均徑流量為9.493億m3，

徑流深18.3 mm，均遠(yuǎn)低于黃河流域和全國的平均水平，且其中有70%～80%的徑流集中在汛期。

寧夏年均地表水資源量達(dá)9.493億m3，地下水資源量為30.73億m3。經(jīng)綜合評估，全區(qū)實際可利用水資源總量為11.633億m3。具體而言，黃河寧夏支流的清水河、葫蘆河、涇河等地表水的可利用量為3.0億m3，而北部引黃灌區(qū)的可利用水資源量則為1.5億m3。寧夏可利用的黃河水資源量定為40億m3，若計入當(dāng)?shù)氐叵滤?，則總可利用水資源量增至41.50億m3。在寧夏境內(nèi)，黃河落差為197 m，其理論水力蘊藏量達(dá)到202.9萬kW。相較之下，黃河支流的水力資源則顯得較為匱乏。

寧夏的水質(zhì)多含有硫酸鹽和氯化物，礦化度高，尤其在中部和黃土高原丘陵區(qū)，水資源尤為匱乏，且水質(zhì)較差。盡管南部山區(qū)河流較多，但實際利用率較低，如涇河的水利資源豐富，卻未能得到充分利用。

1.2 水資源開發(fā)利用后天失調(diào)

寧夏水利設(shè)施薄弱，調(diào)控能力不足，灌區(qū)工程老化失修，輸水效率低，存在諸多安全隱患。用水結(jié)構(gòu)失衡，農(nóng)業(yè)灌溉用水占比過高，工業(yè)用水偏低，淺層地下水利用不充分，土壤鹽化問題嚴(yán)重。非常規(guī)水源利用不足，城市中水和礦井疏干水利用率有待提升[2]。水資源管理體制不暢，運行機制有待完善，管理手段相對落后，節(jié)水意識亟待增強。水污染形勢嚴(yán)峻，生態(tài)環(huán)境保護(hù)任務(wù)艱巨，且廢污水排放量激增，部分水域富營養(yǎng)化加劇，水土流失面積占比較大。因此，寧夏需要強化水資源管理與保護(hù)，提升利用效率，加強水利設(shè)施建設(shè)，優(yōu)化用水結(jié)構(gòu)，推廣節(jié)水技術(shù)，完善管理體制和運行機制，并加大水污染治理力度，致力于生態(tài)環(huán)境保護(hù)，以實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

2 寧夏水文水資源監(jiān)測及大數(shù)據(jù)平臺發(fā)展的現(xiàn)狀和機遇

2.1 水文水資源監(jiān)測的現(xiàn)狀

截至2023年底，寧夏黃河取水量監(jiān)測中，農(nóng)業(yè)（含生態(tài)）計量率91%，在線監(jiān)測率86%。非農(nóng)取水口（包括工業(yè)、生活）計量率91%，在線監(jiān)測率54%。地下水計量水量占地下水總?cè)∷康?6%，在線監(jiān)測率17%。寧夏水文水資源監(jiān)測預(yù)警中心在全區(qū)布設(shè)955處雨量站、155處水位站、358處地下水監(jiān)測站全部實現(xiàn)在線監(jiān)測，39處國家基本水文站和17處引黃灌區(qū)取水干渠、8處重點排水溝流量全部實現(xiàn)在線。當(dāng)前，當(dāng)?shù)氐乇硭?、生態(tài)用水、非常規(guī)水監(jiān)測存在空白區(qū)，跨行政區(qū)界監(jiān)測設(shè)施缺乏，“天空地”一體化監(jiān)測體系不完善。

2.2 監(jiān)測平臺發(fā)展現(xiàn)狀

當(dāng)前，按照自治區(qū)水資源分級管理權(quán)限，已建設(shè)國家水資源監(jiān)控平臺和市、縣（區(qū)）級水資源管理系統(tǒng)。但現(xiàn)狀平臺建設(shè)分散、管理部門多，標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，各系統(tǒng)基本是獨立建設(shè)，聯(lián)動不足，沒有形成水利統(tǒng)一的數(shù)據(jù)資源環(huán)境，缺乏數(shù)據(jù)共享機制。特別是各市、縣（區(qū)）建設(shè)的水資源管理系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)低，同質(zhì)化嚴(yán)重，數(shù)據(jù)接口差異大，系統(tǒng)管理體制機制缺失，系統(tǒng)運維缺乏專業(yè)團(tuán)隊，數(shù)據(jù)更新和數(shù)據(jù)安全得不到有效保障，系統(tǒng)運行達(dá)不到建設(shè)預(yù)期效果。區(qū)、市、縣（區(qū)）三級水資源監(jiān)控數(shù)據(jù)共享通道未打通，資源共享不充分，未實現(xiàn)統(tǒng)一匯集，統(tǒng)一管理，未建立全區(qū)水資源分析研判模型，無法滿足黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展先行區(qū)建設(shè)的要求。

2.3 面臨的機遇

水文工作是經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的基礎(chǔ)性事業(yè)，是保障水安全、解決水資源、水生態(tài)、水環(huán)境和水災(zāi)害新舊水問題的重要支撐。通過“十二五”“十三五”建設(shè)，水文基礎(chǔ)設(shè)施不斷完善，測報能力持續(xù)提升，預(yù)報及信息服務(wù)水平得到提高，有力支撐了水利和經(jīng)濟(jì)社會工作開展。2023年，寧夏回族自治區(qū)黨委人民政府印發(fā)《寧夏回族自治區(qū)“四水四定”實施方案》，明確全區(qū)取耗水總量、萬元GDP用水量、萬元工業(yè)增加值用水量、農(nóng)業(yè)灌溉面積、城鎮(zhèn)開發(fā)邊界等22個主要指標(biāo)，提出6個方面25項重點任務(wù)，全面深入踐行“四水四定”原則，精打細(xì)算用好每滴黃河水，合理規(guī)劃人口、城市和產(chǎn)業(yè)發(fā)展。水文是水利工作的重要基礎(chǔ)，需要聚焦國家水安全保障目標(biāo)，圍繞提高水資源優(yōu)化配置和水旱災(zāi)害防御能力主線，加強生態(tài)環(huán)境保護(hù)治理，加快完善現(xiàn)代水文站網(wǎng)體系，推進(jìn)“空天地”一體化監(jiān)測，建立現(xiàn)代測驗管理體系，提高預(yù)報、預(yù)警、預(yù)演、預(yù)案“四預(yù)”能力，提供更快、更全、更準(zhǔn)的水文水資源監(jiān)測預(yù)報預(yù)警信息。

3 大數(shù)據(jù)背景下寧夏水文工作創(chuàng)新的路徑

3.1 構(gòu)建智慧水文水資源大數(shù)據(jù)平臺

3.1.1 數(shù)據(jù)整合與平臺架構(gòu)設(shè)計

數(shù)據(jù)整合方面，首要任務(wù)是全面、系統(tǒng)地收集寧夏地區(qū)的各水文要素及取用水戶取水量監(jiān)測等實時水文數(shù)據(jù)、經(jīng)濟(jì)社會數(shù)據(jù)、空間數(shù)據(jù)及專題數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)來源廣泛、格式多樣、內(nèi)容豐富，且各類數(shù)據(jù)之間存在著緊密的聯(lián)系，互為彼此使用和管理的重要依據(jù)。鑒于數(shù)據(jù)來源廣泛且格式多樣，運用大數(shù)據(jù)技術(shù)的數(shù)據(jù)抽取、轉(zhuǎn)換和加載ETL工具清洗、去重和格式化處理分散的數(shù)據(jù)，注重數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性、一致性和可用性。經(jīng)預(yù)處理操作后，成功構(gòu)建統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)化的水文數(shù)據(jù)倉庫，為后續(xù)分析和挖掘數(shù)據(jù)奠定基礎(chǔ)[3]。

基于數(shù)據(jù)整合，以寧夏智慧水利云平臺需求和目標(biāo)為依據(jù)，設(shè)計多層次、模塊化的平臺架構(gòu)。該架構(gòu)自下而上分為數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)存儲層、數(shù)據(jù)處理層和應(yīng)用層。數(shù)據(jù)采集層負(fù)責(zé)從各個數(shù)據(jù)源高效、準(zhǔn)確地獲取數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)存儲層采用高性能數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，保障安全存儲和快速訪問數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理層運用大數(shù)據(jù)處理和分析技術(shù)，深度加工和挖掘數(shù)據(jù)。應(yīng)用層則通過直觀的用戶界面和豐富的功能模塊，為用戶提供實時監(jiān)測、數(shù)據(jù)分析、預(yù)測預(yù)警等多樣化的水文應(yīng)用服務(wù)[4]。

3.1.2 功能實現(xiàn)與安全保障

借助實時采集設(shè)備，平臺可以獲取寧夏地區(qū)的水文數(shù)據(jù)，并實現(xiàn)實時傳輸。平臺擁有強大的實時監(jiān)測功能，可實時顯示水位、流量、降雨量、取水量等關(guān)鍵水文指標(biāo)。結(jié)合地理信息系統(tǒng)GIS技術(shù)，平臺可在地圖上實時展示監(jiān)測點的位置和數(shù)據(jù)，為用戶提供直觀、便捷的數(shù)據(jù)可視化體驗。利用機器學(xué)習(xí)算法，平臺挖掘與分析歷史數(shù)據(jù)和實時數(shù)據(jù)，預(yù)測未來水資源變化趨勢，為水資源管理決策提供重要科學(xué)依據(jù)。在安全性方面，平臺采取數(shù)據(jù)加密、訪問控制、安全審計等安全措施，可提高平臺數(shù)據(jù)安全性。此外，建立完善的備份和恢復(fù)機制，應(yīng)對可能發(fā)生的意外情況，滿足數(shù)據(jù)完整性和服務(wù)連續(xù)性需求。平臺應(yīng)定期開展維護(hù)和升級工作，不斷優(yōu)化平臺性能，提升功能體驗，保證平臺穩(wěn)定運行和持續(xù)服務(wù)[5-6]。

3.2 數(shù)據(jù)共享與協(xié)同工作

3.2.1 數(shù)據(jù)共享的實踐

在寧夏，水文數(shù)據(jù)對水資源管理、防汛抗旱及生態(tài)保護(hù)均具有不可替代性。為更好地利用數(shù)據(jù)，要緊密結(jié)合周邊省份及水利部、黃委及區(qū)內(nèi)氣象、國土等部門，構(gòu)建跨區(qū)域、跨行業(yè)的水文數(shù)據(jù)共享平臺。打造功能全面、操作便捷、安全可靠的數(shù)據(jù)交互中心，兼具數(shù)據(jù)采集、存儲、處理、分析和共享等核心功能，保障各方能實時獲取準(zhǔn)確、全面的水文數(shù)據(jù)。平臺建設(shè)需遵循嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，關(guān)注數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性、完整性、互操作性和可比性，實現(xiàn)無障礙的數(shù)據(jù)交流和應(yīng)用[7]。

為有效共享數(shù)據(jù)，還需建立完善的數(shù)據(jù)共享機制，明確各方責(zé)任與義務(wù)，細(xì)致制定數(shù)據(jù)共享流程和規(guī)范，建立健全的數(shù)據(jù)質(zhì)量控制體系。只有充分考慮和落實這些方面，數(shù)據(jù)共享才能真正發(fā)揮效用。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)泄露和濫用風(fēng)險日益增加，寧夏水文在推動數(shù)據(jù)共享時，必須高度重視數(shù)據(jù)安全和隱私保護(hù)工作，采取有效措施防范數(shù)據(jù)泄露和濫用[8]。

3.2.2 協(xié)同工作的實踐

水文工作涉及水利、氣象、環(huán)保、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域，為有效提升工作效率，必須建立多部門協(xié)同工作機制，清晰界定各部門的職責(zé)與分工，保障各部門能在各自專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)發(fā)揮最大效用，并在加強溝通與協(xié)作的基礎(chǔ)上，共同應(yīng)對各類挑戰(zhàn)。為實現(xiàn)該目標(biāo)，寧夏需充分利用政務(wù)云平臺，構(gòu)建跨部門的信息共享與決策支持系統(tǒng)，以整合各部門的數(shù)據(jù)與信息，為決策層提供全面、準(zhǔn)確且及時的信息支持，進(jìn)而提升決策的科學(xué)性與效率。信息共享有助于各部門更深入地了解彼此的工作重心與難點，從而在協(xié)同工作中找到更佳的合作契合點[9]。

然而，協(xié)同工作的順利推進(jìn)不僅依賴于機制的完善，更離不開人才的支持。寧夏必須重視水文、環(huán)保、農(nóng)業(yè)等相關(guān)專業(yè)人才的培養(yǎng)與引進(jìn)工作。借助高等教育、職業(yè)培訓(xùn)、實踐鍛煉等多元化途徑，致力于培養(yǎng)一支既精通技術(shù)又擅長管理的高素質(zhì)、專業(yè)化團(tuán)隊。做好團(tuán)隊管理工作，提升團(tuán)隊凝聚力與執(zhí)行力，有序推進(jìn)協(xié)同工作。

在堅實的人才基礎(chǔ)上，科技創(chuàng)新成為推動協(xié)同工作的關(guān)鍵動力。寧夏還應(yīng)加大對水文科技創(chuàng)新的投入與支持力度，積極鼓勵科研機構(gòu)和企業(yè)開展聯(lián)合研發(fā)與創(chuàng)新活動。通過引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)與設(shè)備、深化國際合作與交流等方式，不斷提高寧夏水文工作的科技水平和創(chuàng)新能力，為協(xié)同工作帶來新的思路與方法，推動相關(guān)產(chǎn)業(yè)升級與發(fā)展，為寧夏的水利事業(yè)注入新的活力。

3.3 構(gòu)建數(shù)據(jù)產(chǎn)品集市

3.3.1 數(shù)據(jù)的挖掘與分析

利用大數(shù)據(jù)平臺可實現(xiàn)對水文水資源實時、全面監(jiān)測。借助遍布全區(qū)的傳感器和監(jiān)測設(shè)備，實時收集包括水位、水質(zhì)、流量等在內(nèi)關(guān)鍵數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)傳輸至大數(shù)據(jù)平臺集中處理和分析。在大數(shù)據(jù)平臺強大支持下，可對水文水資源進(jìn)行更為精準(zhǔn)的分析和評估，海量數(shù)據(jù)深度挖掘和關(guān)聯(lián)分析，從而發(fā)現(xiàn)隱藏在數(shù)據(jù)的背后規(guī)律和趨勢，深入揭示水資源利用效率和可持續(xù)性等方面信息，為有效優(yōu)化水資源配置、提高利用效率及制定科學(xué)水資源管理策略提供數(shù)據(jù)支持。大數(shù)據(jù)平臺還能夠提供個性化解決方案，為不同地區(qū)、不同部門水資源管理提供定制化數(shù)據(jù)分析和決策支持[10]。

3.3.2 數(shù)據(jù)產(chǎn)品市場服務(wù)

數(shù)據(jù)產(chǎn)品市場依據(jù)數(shù)據(jù)提供方對外開放的公開數(shù)據(jù)，為數(shù)據(jù)使用方提供數(shù)據(jù)共享服務(wù)，數(shù)據(jù)產(chǎn)品市場主要提供數(shù)據(jù)服務(wù)共享、地圖服務(wù)共享、多媒體文件服務(wù)共享、視頻服務(wù)共享的服務(wù)能力。數(shù)據(jù)使用方在數(shù)據(jù)產(chǎn)品市場根據(jù)自身需求選購共享服務(wù)產(chǎn)品后需在線提交共享服務(wù)訂單，同時，需將共享服務(wù)訂單導(dǎo)出，走下線審批流程，待審批通過后方可使用數(shù)據(jù)共享服務(wù)[11]。

3.4 人才培養(yǎng)與科技創(chuàng)新

科技創(chuàng)新能夠為工作帶來新的思路與方法，提高行業(yè)綜合能力，為全區(qū)水安全保障和水利事業(yè)高質(zhì)量發(fā)展提供水文支撐。寧夏水文必須重視水文、氣象、環(huán)保、農(nóng)業(yè)等相關(guān)專業(yè)人才的培養(yǎng)與引進(jìn)工作，借助高等教育、職業(yè)培訓(xùn)、實踐鍛煉等途徑，培養(yǎng)一支既精通技術(shù)又擅長管理的高素質(zhì)、專業(yè)化團(tuán)隊。同時，應(yīng)加大對水文科技創(chuàng)新的投入與支持力度，積極與科研機構(gòu)、企業(yè)開展聯(lián)合研發(fā)與創(chuàng)新活動。通過引進(jìn)先進(jìn)的技術(shù)與設(shè)備、深化國際合作與交流等方式，不斷提升寧夏水文工作的科技水平與創(chuàng)新能力[12-14]。

4 結(jié)束語

大數(shù)據(jù)時代，寧夏水文工作正迎來前所未有的發(fā)展機遇。構(gòu)建智慧水利云平臺、加強數(shù)據(jù)共享與協(xié)同工作，構(gòu)建數(shù)據(jù)產(chǎn)品集市，能夠準(zhǔn)確、高效地處理水文數(shù)據(jù)，為水資源管理、防汛抗旱及生態(tài)保護(hù)等科學(xué)決策提供有力支撐。各種創(chuàng)新實踐能發(fā)掘大數(shù)據(jù)技術(shù)在水文領(lǐng)域的巨大潛力，也能為其他地區(qū)的水文工作提供借鑒。

參考文獻(xiàn)

[1] 代斌，施藝.Douglas-Peukcer抽稀算法在水文中的應(yīng)用及編程實現(xiàn)與優(yōu)化[J].四川水利，2023，44（5）：47-49，62.

[2] 謝敏，曾斌，朱松挺，等.基于水文大數(shù)據(jù)挖掘的雨型徑流分析[J].江西水利科技，2023，49（3）：201-205.

[3] 翟思貝，范海玲，楊波.基于水文大數(shù)據(jù)分析技術(shù)的洪澇災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計[J].水利技術(shù)監(jiān)督，2022（5）：53-56，74.

[4] 古奮飛，胡賢德，王濤春.淺析大數(shù)據(jù)背景下深度學(xué)習(xí)在水文行業(yè)中的應(yīng)用[J].給水排水，2022，58（8）：201.

[5] 唐芳，袁敏，孟若琳.基于云計算架構(gòu)的水文大數(shù)據(jù)云平臺建設(shè)策略[J].網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)與應(yīng)用，2022（3）：74-75.

[6] 梁志鋒，王信堂，劉鑫鵬.基于大數(shù)據(jù)架構(gòu)的水文監(jiān)測平臺關(guān)鍵技術(shù)研究[J].信息技術(shù)，2022（6）：6-11.

[7] 王娟娟.小型水利工程水文監(jiān)測工作的方法和難點分析[J].智能城市，2017，3（11）：200.

[8] 扈家昱.水文巡測工作存在的問題及對策[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2021（22）：136-137.

[9] 張慧.從大數(shù)據(jù)看我國洪澇30年演變，揭秘哪里易受洪災(zāi)影響[J].生命與災(zāi)害，2022（5）：22-23.

[10] 胡鈺凱.基于大數(shù)據(jù)平臺的斧頭湖水質(zhì)反演及水質(zhì)評價[D].武漢：華中科技大學(xué)，2022.

[11] 付奔，金晨曦.智慧水利指導(dǎo)下的云南水情信息化總體構(gòu)想[J].水利信息化，2022（1）：13-17.

[12] 馬金鋒，鄭華，彭福利，等.水環(huán)境質(zhì)量預(yù)報預(yù)警大數(shù)據(jù)平臺研究[J].中國環(huán)境監(jiān)測，2022，38（1）：230-240.

[13] 陳俊.盤錦市水環(huán)境質(zhì)量預(yù)警預(yù)報二維模型的構(gòu)建與應(yīng)用[J].水利規(guī)劃與設(shè)計，2022（5）：71-74，117.

[14] 李茜，張鵬，彭福利，等.國家水環(huán)境質(zhì)量預(yù)報預(yù)警研究進(jìn)展及業(yè)務(wù)發(fā)展思路[J].中國環(huán)境監(jiān)測，2019，35（1）：8-16.