基于智慧水利建設(shè)水資源效能的提高

摘要：世界發(fā)達國家把水資源網(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。可以說，在不久的將來，水資源網(wǎng)絡(luò)化和智能化將成為嚴格實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，更加易懂，更有號召力。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，代表了水資源開發(fā)、交通和直接利用項目及設(shè)施本身的效率內(nèi)涵。例如，2030年我國最嚴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，水資源利用率才會大于1，這通常意味著該地區(qū)水資源的開發(fā)利用已經(jīng)進入超負荷狀態(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)濟生產(chǎn)活動的乘數(shù)效率。

2 水庫信息化建設(shè)必要性

水庫調(diào)度系統(tǒng)以數(shù)據(jù)庫為中心。水庫管理建立了信息采集、洪水預(yù)報、洪水調(diào)度、結(jié)果管理、綜合信息查詢、數(shù)據(jù)庫管理等子系統(tǒng)。大多數(shù)系統(tǒng)都是獨立運行的，無法實現(xiàn)系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)共享和協(xié)作。利用數(shù)據(jù)庫技術(shù)、計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信技術(shù)，整合各自動化子系統(tǒng)，建立統(tǒng)一的信息平臺，使水庫管理工作邁上新臺階，是水庫信息工作的發(fā)展趨勢。

3 提高水資源效能關(guān)鍵技術(shù)

3.1 水資源預(yù)測云計算

云計算技術(shù)基于互聯(lián)網(wǎng)來實現(xiàn)一個更專業(yè)的信息資源管理，通過需求信息的采集和透明消費的計算模式，提供一個良好的基礎(chǔ)發(fā)展的智能水資源。智能水資源云計算收集不同地區(qū)的水文信息、水分布和水調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)。通過計算機仿真，計算出一段時間內(nèi)的水資源狀況。智能水資源是水網(wǎng)絡(luò)。通過云計算，建立了水網(wǎng)數(shù)學模型參數(shù)管理、水網(wǎng)數(shù)學模型服務(wù)標準等水網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)。

3.2 水資源需求云服務(wù)

計算機技術(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)，可以通過云計算合理配置智能水資源，滿足當前用戶的需求，同時兼顧未來供水高峰。

3.3 多水源供給智慧調(diào)度

水網(wǎng)絡(luò)提供的徑流預(yù)測和需求預(yù)測可以為多種水源的實時調(diào)度提供重要的前提和依據(jù)。多源供水智能調(diào)度包括水庫多目標實時調(diào)度、地表水與地下水實時聯(lián)合調(diào)度、非常規(guī)水調(diào)度管理、水資源中長期安全儲備評等。多目標水庫實時調(diào)度需要優(yōu)化水庫調(diào)度中存在的許多權(quán)衡，包括時間尺度、空間尺度、目標尺度以及各種權(quán)衡和不確定性風險響應(yīng)。地表水和地下水的聯(lián)合開采不僅要充分利用地下水的儲水能力，而且要考慮地下水開采對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)考慮標準與技術(shù)、非常規(guī)水源與常規(guī)水源互補調(diào)度與利用風險兩個層面的實時調(diào)度與管理策略。

3.4 水效能評價過程控制

水網(wǎng)下水資源利用的需水量分布不受控制，水資源利用的及時性、效率和準確性與傳統(tǒng)的水資源利用模式不同，對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，配水的準確性和及時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)性能的分級評價、水資源利用效率的分級評價和兩者的聯(lián)合評價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發(fā)的重要內(nèi)容。

4 設(shè)想與實踐智能管理系統(tǒng)

目前，我國一些高科技節(jié)水滴灌示范區(qū)已經(jīng)實現(xiàn)了滴灌和噴灌的智能化，但由于對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，隨著科學技術(shù)的進步，新一代的土壤水分傳感器和用于測量和控制的綜合配水設(shè)施已經(jīng)被發(fā)明和發(fā)展。在借鑒國外先進技術(shù)的同時，引入集成自動門和全過程控制系統(tǒng)，增加多層水分傳感器，實現(xiàn)了灌區(qū)引水、供水、配水和用水量的優(yōu)化控制。現(xiàn)在對用水量和經(jīng)濟效益進行同步監(jiān)測，除此之外，還可以對水資源效率的改善效果和關(guān)鍵環(huán)節(jié)進行分析，效果顯著。目前，初步評價的智能灌溉面積，可以看出，主要有兩個步驟：首先，使用相關(guān)的數(shù)據(jù)收集和運輸儲存設(shè)施的水網(wǎng)絡(luò)來獲取相應(yīng)的水和土壤濕度的實時信息和條件;二是全面發(fā)展社會經(jīng)濟供水預(yù)測模型和水資源高效利用優(yōu)化配置模型。實現(xiàn)了對水資源使用者的準確預(yù)測和優(yōu)化配置，實現(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發(fā)水資源的方式，也是水利建設(shè)必須堅持的項重要原則。然而，不同的水利部門，對水資源的利用方式和特點各不相同。因此，為了緩解各部門之間的用水矛盾，同時滿足其用水需要，我們應(yīng)加強智慧水利建設(shè)，將除水害和興水利結(jié)合起來，統(tǒng)籌解決，使得同一河流或者同一地區(qū)的水資源同時滿足不同部門的需要，這種水資源的開發(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。

在水資源開發(fā)利用過程中，各水利部門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;疏沒河道對于航運和防洪都有好處，但是降低了河水位，對農(nóng)業(yè)灌溉帶來不利影響;汛期要求騰空水庫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，各水利部門間也存在矛盾，這就要求通過先進的信息技術(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)，及時向領(lǐng)導(dǎo)提供準確、全面、及時的信息支持。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化。

6 結(jié)語

隨著人們對資源保護意識的提升，水利資源日益受到人們的關(guān)注，尤其近年來我國不少地區(qū)都出現(xiàn)了較嚴重的缺水現(xiàn)象，保護水資源刻不容緩，而智慧水利建設(shè)對保護水資源具有極為重要的意義。利用現(xiàn)代計算機技術(shù)，可以實時準確地獲取水資源數(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，為水資源信息技術(shù)的進步提供了發(fā)展機遇。把握信息技術(shù)改革，將使我國水資源現(xiàn)代化水平進一步提高。

參考文獻：

[1]王浩.王建華.中國水資源與可持續(xù)發(fā)展[J]中國科學院院刊，2012，27（3）：352-358.

[2]錢正英.中國水資源戰(zhàn)略研究中幾個問題的認識[J].河海大學學報（自然科學版），2001，29（3）：1-7.

（作者單位：河北省邢臺市朱莊水庫管理處）

作者簡介：田獻文，（1978.9），男，河北省邢臺市人，漢族，大學本科，高級工程師，從事工程管理、水資源保護等工作。