淺議智慧水利在唐山市全域治水工程中的應(yīng)用

□陳 浩

根據(jù)《唐山市全域治水清水潤城三年（2018-2020年）行動(dòng)方案》要求，實(shí)現(xiàn)唐山市全域水質(zhì)達(dá)標(biāo)、水生態(tài)環(huán)境改善、美麗河湖初步建成3 個(gè)目標(biāo)，唐山市水利局結(jié)合智慧水利工程實(shí)際需求和發(fā)展趨勢(shì)，研發(fā)了環(huán)城水系智慧水利管理平臺(tái)，提出了大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、數(shù)字孿生等技術(shù)在水利工程管理中應(yīng)用的方法及路徑，實(shí)現(xiàn)對(duì)水量、水質(zhì)、水生態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)和調(diào)度決策，提升了市區(qū)水資源管理現(xiàn)代化水平和管控能力，對(duì)國家水網(wǎng)建設(shè)和其他地區(qū)升級(jí)改造提供了重要的借鑒意義。

1.項(xiàng)目概況

唐山市區(qū)環(huán)城水系工程覆蓋的閘壩、泵站等控制性節(jié)點(diǎn)分布范圍廣，在路南、路北、高新、開平4 個(gè)行政區(qū)跨67km 河道，需要對(duì)32 座控制工程進(jìn)行聯(lián)合調(diào)度，從而實(shí)現(xiàn)河道防洪、調(diào)引生態(tài)水、向下游灌區(qū)輸送農(nóng)業(yè)用水等功能，有精細(xì)化管理需求。開發(fā)智慧河道管理平臺(tái)前，需要人工現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)、操控設(shè)備，工程運(yùn)行效率效果不高，唐山市環(huán)城水系智慧水利管理平臺(tái)上線后，平臺(tái)依托工業(yè)傳感器技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)等，將水利工程中的“水循環(huán)”進(jìn)行感知監(jiān)控，為水利工程中各個(gè)層面管理決策者提供一套實(shí)時(shí)精準(zhǔn)的在線監(jiān)測(cè)與感知信息，形成一套有機(jī)的水利物聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)水信息共享和大數(shù)據(jù)管理，大幅提升了水利工程管理信息化、智慧化水平，提高工程運(yùn)營效率和建設(shè)效能。

項(xiàng)目通過硬件設(shè)備布設(shè)，形成全覆蓋監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，及時(shí)準(zhǔn)確掌握環(huán)城水系水環(huán)境、水資源等情況。借助模型進(jìn)行流域模擬計(jì)算，實(shí)現(xiàn)預(yù)警預(yù)報(bào)、調(diào)度管理、應(yīng)急預(yù)案的輔助決策，最終對(duì)水環(huán)境、水資源建設(shè)指標(biāo)要求開展考核與評(píng)估，使整個(gè)流域維持良好的生態(tài)環(huán)境，借助信息化提高管理水平，實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)分析與智慧決策，最終為環(huán)城水系管理提供技術(shù)支撐。

2.平臺(tái)組成

平臺(tái)總體架構(gòu)如圖1 所示，包含基礎(chǔ)設(shè)施層、數(shù)據(jù)支撐層、服務(wù)支撐層、系統(tǒng)應(yīng)用層4 部分。

圖1 平臺(tái)總體架構(gòu)圖

2.1 基礎(chǔ)設(shè)施層

基礎(chǔ)設(shè)施層充分發(fā)揮云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，對(duì)項(xiàng)目區(qū)域的水利設(shè)施、水利要素及事件等，構(gòu)建基于物聯(lián)網(wǎng)的智能化感知體系，持續(xù)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位變化，同時(shí)做好各單位數(shù)據(jù)銜接，持續(xù)歸集水文、水工、氣象、國土等數(shù)據(jù)，為水域數(shù)據(jù)倉庫與數(shù)據(jù)模型建設(shè)提供數(shù)字化基礎(chǔ)。

2.2 數(shù)據(jù)支撐層

數(shù)據(jù)支撐層內(nèi)搭建物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)、視頻融合平臺(tái)及水利大數(shù)據(jù)平臺(tái)，整合物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)、水利政務(wù)數(shù)據(jù)、視頻監(jiān)控等結(jié)構(gòu)及非結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，通過實(shí)時(shí)處理、數(shù)據(jù)整編與目錄管理、采集整合與集中治理等方式，形成水利管理一套表、一本賬、一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，把封裝后的數(shù)據(jù)傳遞給上層應(yīng)用，為數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)挖掘等應(yīng)用場景提供服務(wù)。

2.3 服務(wù)支撐層

服務(wù)支撐層圍繞以數(shù)據(jù)為核心的各類應(yīng)用構(gòu)建統(tǒng)一服務(wù)平臺(tái)，簡化數(shù)據(jù)訪問難度，通過充分的算法和全面覆蓋的水利業(yè)務(wù)模型，構(gòu)建“水利大腦”，形成決策支撐能力和預(yù)測(cè)預(yù)警能力，為用戶端提供消息傳遞、事件流轉(zhuǎn)、分析預(yù)測(cè)等服務(wù)。

2.4 系統(tǒng)應(yīng)用層

智慧水利應(yīng)用系統(tǒng)根據(jù)水利業(yè)務(wù)和水利事件分類，實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)多級(jí)涉水業(yè)務(wù)應(yīng)用全覆蓋以及統(tǒng)一指揮調(diào)度，具體包括河道管理、閘壩管理、防汛管理、調(diào)水管理、智慧水務(wù)一張圖、綜合辦公、黨建引領(lǐng)、衛(wèi)生城建設(shè)、標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)等多個(gè)子系統(tǒng)，滿足水資源管理、水環(huán)境管理、水安全管理、水生態(tài)管理、河湖長制以及水利行政的業(yè)務(wù)需求。

3.平臺(tái)優(yōu)勢(shì)

3.1 產(chǎn)生數(shù)據(jù)價(jià)值

平臺(tái)上線前想要了解橡膠壩的運(yùn)行狀況，只能到現(xiàn)場進(jìn)行查看，現(xiàn)在可通過實(shí)時(shí)視頻、物聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)查詢等多種手段，獲取橡膠壩實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)、壩前壩后準(zhǔn)確水位、流量等多種信息，如圖2 所示，既提高了工作效率，也發(fā)揮了數(shù)據(jù)價(jià)值，水利管理工作有了更加多樣化的工作抓手與路徑。

3.2 產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)價(jià)值

在平臺(tái)建設(shè)前，引水量缺少統(tǒng)計(jì)和記錄，涉水經(jīng)濟(jì)賬不清晰，現(xiàn)在瞬時(shí)運(yùn)行情況、日引水量、月引水量、總量都有了清晰直觀的展示，運(yùn)用真實(shí)數(shù)據(jù)做好陡河流域水資源配置與優(yōu)化，年新增引水量4.79 億m3、減少棄水入海量2.06億m3，減少地下水開采2.22 億m3、新增回補(bǔ)地下水0.8 億m3、開發(fā)重復(fù)利用水量2 億m3，非常規(guī)水利用量增加5.21 億m3，每年產(chǎn)生水資源配置直接經(jīng)濟(jì)效益8.45 億元。

3.3 為決策者提供了科學(xué)依據(jù)

在水利數(shù)字孿生建設(shè)的背景下，防汛調(diào)度的“四預(yù)”是重中之重，有了智慧水利的支撐，對(duì)于未來的洪水險(xiǎn)情，可做到對(duì)險(xiǎn)情點(diǎn)的預(yù)判、對(duì)險(xiǎn)情點(diǎn)發(fā)生位置的預(yù)判、對(duì)險(xiǎn)情點(diǎn)發(fā)生時(shí)間的預(yù)判，最大限度提高應(yīng)急響應(yīng)運(yùn)轉(zhuǎn)效能，根據(jù)歷史災(zāi)害數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，自動(dòng)生成搶險(xiǎn)方案，為調(diào)度人員應(yīng)急決策提供了科學(xué)支撐。

4.存在不足與對(duì)策建議

經(jīng)試運(yùn)行后發(fā)現(xiàn)仍存在以下問題：一是在算力算法上尚存在一定差距，如感知點(diǎn)分布不均勻、感知要素不全面、云計(jì)算能力匹配不足、數(shù)據(jù)整合能力不足、網(wǎng)絡(luò)傳輸速度不足等；二是項(xiàng)目規(guī)劃缺少統(tǒng)一頂層設(shè)計(jì)，存在功能重復(fù)、上下級(jí)數(shù)據(jù)共享不充分等問題；三是只有水利系統(tǒng)單一使用，其他部門涉水業(yè)務(wù)無法實(shí)時(shí)對(duì)接，沒有體現(xiàn)橫向協(xié)同、扁平高效的項(xiàng)目優(yōu)勢(shì)，投入產(chǎn)出比例低。

建議針對(duì)運(yùn)行中存在的問題逐一進(jìn)行解決，一是建議充分利用5G、人工智能新一代技術(shù)，建立數(shù)字孿生河湖，實(shí)現(xiàn)對(duì)物理全要素進(jìn)行數(shù)字化映射；二是聯(lián)合有關(guān)單位開展需求分析和方案設(shè)計(jì)，堅(jiān)持統(tǒng)一設(shè)計(jì)、統(tǒng)一實(shí)施管理的原則，加強(qiáng)資金落實(shí)和管護(hù)水平，定期組織培訓(xùn)交流經(jīng)驗(yàn)，著重培養(yǎng)智慧水利復(fù)合型人才；三是建議建立部門協(xié)作和聯(lián)動(dòng)機(jī)制，資規(guī)、城管、環(huán)保、屬地政府等部門在系統(tǒng)平臺(tái)中賦予相應(yīng)權(quán)責(zé)，線上及時(shí)聯(lián)動(dòng)處置，避免各自為政，鼓勵(lì)社會(huì)公眾參與監(jiān)督，形成全抓共管治水格局。

5.結(jié)語

智慧水利系統(tǒng)建設(shè)是河湖長制實(shí)施背景下對(duì)河湖管理信息化的整合、加強(qiáng)與升級(jí)，絕非簡單的信技術(shù)研發(fā)應(yīng)用，是一項(xiàng)涵蓋基礎(chǔ)戰(zhàn)略、水利布局的系統(tǒng)性工程。通過建設(shè)唐山市環(huán)城水系智慧水利管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了高度業(yè)務(wù)協(xié)作與資源整合，從而提升了運(yùn)維、管理和服務(wù)水平，水環(huán)境得到了明顯改善，構(gòu)建了經(jīng)濟(jì)繁榮、生態(tài)平衡、人水和諧的新場景。