基于智慧水利建設(shè)水資源效能的提高

摘要：世界發(fā)達(dá)國(guó)家把水資源網(wǎng)絡(luò)化和水資源智能化作為水資源信息化和現(xiàn)代化快速發(fā)展的革命性方向?？梢哉f(shuō)，在不久的將來(lái)，水資源網(wǎng)絡(luò)化和智能化將成為嚴(yán)格實(shí)施水資源管理體系的有力工具，也是大大提高水資源效率的重要途徑。

關(guān)鍵詞：智慧水利;水聯(lián)網(wǎng);水資源效能

1 基本概念

1.1 智慧水利

智慧水利（ smart water）是水聯(lián)網(wǎng)的另一種表達(dá)，更加易懂，更有號(hào)召力。后文中將水聯(lián)網(wǎng)與智慧水利視為一體，互為代表。

1.2 水資源效能

水資源利用效率的概念與水資源開(kāi)發(fā)利用、渠道系數(shù)、渠道系統(tǒng)利用（效率）、灌溉水利用（效率）、供水管網(wǎng)損失率屬于同一范疇，代表了水資源開(kāi)發(fā)、交通和直接利用項(xiàng)目及設(shè)施本身的效率內(nèi)涵。例如，2030年我國(guó)最嚴(yán)格的水資源管理體系中設(shè)置的灌溉用水利用系數(shù)將達(dá)到0.60，即水利工程本身的效率。通常，水的使用效率是有限的，小于1（或100%）。只有在極端情況下，水資源利用率才會(huì)大于1，這通常意味著該地區(qū)水資源的開(kāi)發(fā)利用已經(jīng)進(jìn)入超負(fù)荷狀態(tài)。水資源生產(chǎn)力與水資源效率、單位產(chǎn)量、CDP、生產(chǎn)力屬于同一范疇，是水資源參與經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)活動(dòng)的乘數(shù)效率。

2 水庫(kù)信息化建設(shè)必要性

水庫(kù)調(diào)度系統(tǒng)以數(shù)據(jù)庫(kù)為中心。水庫(kù)管理建立了信息采集、洪水預(yù)報(bào)、洪水調(diào)度、結(jié)果管理、綜合信息查詢(xún)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理等子系統(tǒng)。大多數(shù)系統(tǒng)都是獨(dú)立運(yùn)行的，無(wú)法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)共享和協(xié)作。利用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信技術(shù)，整合各自動(dòng)化子系統(tǒng)，建立統(tǒng)一的信息平臺(tái)，使水庫(kù)管理工作邁上新臺(tái)階，是水庫(kù)信息工作的發(fā)展趨勢(shì)。

3 提高水資源效能關(guān)鍵技術(shù)

3.1 水資源預(yù)測(cè)云計(jì)算

云計(jì)算技術(shù)基于互聯(lián)網(wǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)更專(zhuān)業(yè)的信息資源管理，通過(guò)需求信息的采集和透明消費(fèi)的計(jì)算模式，提供一個(gè)良好的基礎(chǔ)發(fā)展的智能水資源。智能水資源云計(jì)算收集不同地區(qū)的水文信息、水分布和水調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)。通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真，計(jì)算出一段時(shí)間內(nèi)的水資源狀況。智能水資源是水網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)云計(jì)算，建立了水網(wǎng)數(shù)學(xué)模型參數(shù)管理、水網(wǎng)數(shù)學(xué)模型服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)等水網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)。

3.2 水資源需求云服務(wù)

計(jì)算機(jī)技術(shù)提供的云服務(wù)為智能水資源提供了便利。在供水環(huán)節(jié)，可以通過(guò)云計(jì)算合理配置智能水資源，滿(mǎn)足當(dāng)前用戶(hù)的需求，同時(shí)兼顧未來(lái)供水高峰。

3.3 多水源供給智慧調(diào)度

水網(wǎng)絡(luò)提供的徑流預(yù)測(cè)和需求預(yù)測(cè)可以為多種水源的實(shí)時(shí)調(diào)度提供重要的前提和依據(jù)。多源供水智能調(diào)度包括水庫(kù)多目標(biāo)實(shí)時(shí)調(diào)度、地表水與地下水實(shí)時(shí)聯(lián)合調(diào)度、非常規(guī)水調(diào)度管理、水資源中長(zhǎng)期安全儲(chǔ)備評(píng)等。多目標(biāo)水庫(kù)實(shí)時(shí)調(diào)度需要優(yōu)化水庫(kù)調(diào)度中存在的許多權(quán)衡，包括時(shí)間尺度、空間尺度、目標(biāo)尺度以及各種權(quán)衡和不確定性風(fēng)險(xiǎn)響應(yīng)。地表水和地下水的聯(lián)合開(kāi)采不僅要充分利用地下水的儲(chǔ)水能力，而且要考慮地下水開(kāi)采對(duì)地下含水層和地下水恢復(fù)的不可逆影響。污水、中水、微咸水、雨水等非常規(guī)水源的調(diào)控與管理，應(yīng)考慮標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)、非常規(guī)水源與常規(guī)水源互補(bǔ)調(diào)度與利用風(fēng)險(xiǎn)兩個(gè)層面的實(shí)時(shí)調(diào)度與管理策略。

3.4 水效能評(píng)價(jià)過(guò)程控制

水網(wǎng)下水資源利用的需水量分布不受控制，水資源利用的及時(shí)性、效率和準(zhǔn)確性與傳統(tǒng)的水資源利用模式不同，對(duì)水資源利用提出了新的要求。水網(wǎng)的性能和服務(wù)能力決定著水資源利用效率的提高與否，配水的準(zhǔn)確性和及時(shí)性決定著水資源的利用效率，水資源保障可靠性下的水體結(jié)構(gòu)決定著水資源的利用效率。水網(wǎng)絡(luò)性能的分級(jí)評(píng)價(jià)、水資源利用效率的分級(jí)評(píng)價(jià)和兩者的聯(lián)合評(píng)價(jià)已成為下游城市水網(wǎng)絡(luò)體系建設(shè)和水資源高效利用開(kāi)發(fā)的重要內(nèi)容。

4 設(shè)想與實(shí)踐智能管理系統(tǒng)

目前，我國(guó)一些高科技節(jié)水滴灌示范區(qū)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了滴灌和噴灌的智能化，但由于對(duì)水源和能源的特殊要求，滴灌和噴灌的發(fā)展和應(yīng)用受到了具體條件的限制。然而，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，新一代的土壤水分傳感器和用于測(cè)量和控制的綜合配水設(shè)施已經(jīng)被發(fā)明和發(fā)展。在借鑒國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的同時(shí)，引入集成自動(dòng)門(mén)和全過(guò)程控制系統(tǒng)，增加多層水分傳感器，實(shí)現(xiàn)了灌區(qū)引水、供水、配水和用水量的優(yōu)化控制?，F(xiàn)在對(duì)用水量和經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行同步監(jiān)測(cè)，除此之外，還可以對(duì)水資源效率的改善效果和關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行分析，效果顯著。目前，初步評(píng)價(jià)的智能灌溉面積，可以看出，主要有兩個(gè)步驟：首先，使用相關(guān)的數(shù)據(jù)收集和運(yùn)輸儲(chǔ)存設(shè)施的水網(wǎng)絡(luò)來(lái)獲取相應(yīng)的水和土壤濕度的實(shí)時(shí)信息和條件;二是全面發(fā)展社會(huì)經(jīng)濟(jì)供水預(yù)測(cè)模型和水資源高效利用優(yōu)化配置模型。實(shí)現(xiàn)了對(duì)水資源使用者的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)和優(yōu)化配置，實(shí)現(xiàn)了水資源的高效分配和高效利用。

5 水資源的綜合利用

水資源綜合利用不僅是一種開(kāi)發(fā)水資源的方式，也是水利建設(shè)必須堅(jiān)持的項(xiàng)重要原則。然而，不同的水利部門(mén)，對(duì)水資源的利用方式和特點(diǎn)各不相同。因此，為了緩解各部門(mén)之間的用水矛盾，同時(shí)滿(mǎn)足其用水需要，我們應(yīng)加強(qiáng)智慧水利建設(shè)，將除水害和興水利結(jié)合起來(lái)，統(tǒng)籌解決，使得同一河流或者同一地區(qū)的水資源同時(shí)滿(mǎn)足不同部門(mén)的需要，這種水資源的開(kāi)發(fā)方式就是水資源的綜合利用，從而使寶貴的水資源得到充分的利用，以較少的代價(jià)取得較大的綜合效益，大大提高了水資源的利用效率。

在水資源開(kāi)發(fā)利用過(guò)程中，各水利部門(mén)不可避免的存在一定的矛盾，例如，上中游的大量用水，可能造成下游灌溉和工業(yè)用水的不足;疏沒(méi)河道對(duì)于航運(yùn)和防洪都有好處，但是降低了河水位，對(duì)農(nóng)業(yè)灌溉帶來(lái)不利影響;汛期要求騰空水庫(kù)以備攔洪和消弱下泄流量，導(dǎo)致發(fā)電效率降低等等。我們可以看到，不僅是除水害和興水利之間存在矛盾，各水利部門(mén)間也存在矛盾，這就要求通過(guò)先進(jìn)的信息技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)構(gòu)建水利的一體化信息系統(tǒng)，及時(shí)向領(lǐng)導(dǎo)提供準(zhǔn)確、全面、及時(shí)的信息支持。初步形成信息共享，提高全體工作人員的管理效率和服務(wù)水平的綜合應(yīng)用系統(tǒng)，管理一體化和決策科學(xué)化。

6 結(jié)語(yǔ)

隨著人們對(duì)資源保護(hù)意識(shí)的提升，水利資源日益受到人們的關(guān)注，尤其近年來(lái)我國(guó)不少地區(qū)都出現(xiàn)了較嚴(yán)重的缺水現(xiàn)象，保護(hù)水資源刻不容緩，而智慧水利建設(shè)對(duì)保護(hù)水資源具有極為重要的意義。利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)，可以實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地獲取水資源數(shù)據(jù)，為水資源管理提供技術(shù)支持。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，為水資源管理提供了更高的平臺(tái)，為水資源信息技術(shù)的進(jìn)步提供了發(fā)展機(jī)遇。把握信息技術(shù)改革，將使我國(guó)水資源現(xiàn)代化水平進(jìn)一步提高。

參考文獻(xiàn)：

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（作者單位：河北省邢臺(tái)市朱莊水庫(kù)管理處）

作者簡(jiǎn)介：田獻(xiàn)文，（1978.9），男，河北省邢臺(tái)市人，漢族，大學(xué)本科，高級(jí)工程師，從事工程管理、水資源保護(hù)等工作。