寧夏數字治水的創新機制

劉悅憶，鄭 航

（東莞理工學院生態環境與建筑工程學院，廣東 東莞 523008）

0 前言

治水，自古以來是中國國家治理的重要內容。現代治水的核心要義是以水利工程為抓手，面向水安全和生態安全的綜合性精細化治理。然而由于水資源與社會經濟系統的復雜性，水系統管理的對象數量大、類型多、空間分布廣、運行環境復雜，加之氣候變化和強人類活動的影響，給科學系統的治水帶來了巨大挑戰。

隨著現代社會發展對水和生態安全要求的進一步提升，以經驗決策為主的傳統治水模式，由于不同部門和不同地區之間在數據、信息以及決策上的孤立，難以實現對水資源系統的全面認知和精細治控。數字治水是解決這一問題的重要手段。以數字化、信息化和智能化的方式突破傳統治水模式的瓶頸，可為治水現代化目標實現提供科學的綜合決策、精準的協同監管以及便捷的公共服務。

數字治水是指以數據、信息和知識為關鍵要素，以現代信息網絡為重要載體，以信息技術與水治理融合應用以及治水全要素的數字化轉型為重要動力，形成水治理的新模式。在過去的幾十年間，我國在數字治水的技術研究方面取得了豐富成果。以“數字黃河”為代表的數字流域相關研究和實踐，建立覆蓋全流域的整體模型，模擬流域運動變化規律，為流域管理實踐提供了多維描述［1]。“數字流域”的研究內容是綜合處理流域的空間、地理、氣象、水文和歷史信息，應用模擬、顯示等技術手段，描述流域過去、現在和未來的各種行為，并為流域管理提供決策支持［2]。朱伯芳等［3]提出的大壩的數字監控系統，實現了大壩全過程仿真分析，在施工期可給出溫度場和應力場，在運行期亦可充分反映施工過程及運行中各項因素的影響，在水利工程的安全管理方面取得了顯著效益。鐘登華和宋洋［4]以GIS為開發平臺，構建了大型水利工程三維可視化仿真方法，通過空間數據庫的建立及地形地物數字模型，開發了能夠科學、直觀、逼真地表現大型水利工程施工的三維可視化仿真系統，為工程施工管理決策提供了可靠依據。王國利等［5]在水雨情自動測報提取技術及洪水預報、洪水調度模型的基礎上，構建了我國大型水庫的洪水調度系統，為我國大型水庫的防洪減災工作提供了技術支撐。施勇等［6]在長江中下游洪水演進數學模型的基礎上，圍繞水沙輸運、河床演變和閘壩水沙調控等相關的關鍵問題開展深入研究，支撐了長江中下游的防洪規劃。

在實踐層面，我國的數字治水起步于“七五”期間的水利信息化推廣，并在20 世紀90年代迎來了較快的發展。“九五”期間，我國初步實現從數據的采集、傳輸、接收、處理、監控到聯機洪水預報，形成了全國流域機構的水情信息的逐步互聯。“十三五”以來，中央及各省市相繼發布各項建設規劃并提供系列財政支持。目前我國大部分省市及流域委員會均已初步建成部分信息化基礎設備、信息中心、專用網絡及水利電子政務信息系統、水資源管理決策支持系統等的業務應用系統，水利信息化和水資源管理水平得到較大提高。

然而，現有的研究和實踐大都圍繞治水的數字化或信息化技術，缺乏對數化條件下治水模式的深入理解，缺乏相應的體制機制設計。這導致我國現有水利信息和業務系統的使用效率偏低。業務系統質量參差不齊，系統功能與水資源精細化管理需求的差距較大。當前我國治水模式呈現俞加多元化的趨勢，水利工程的管理主體及相應的管理權限、管理手段、利益訴求、數據和技術標準等將來面臨更為復雜的局面。為此，本文以寧夏為例，解析其數字治水的內涵與創新機制，提出體制機制設計，以期為推進我國的數字治水提供案例和思路借鑒。

1 寧夏智慧水利的發展概況。

寧夏回族自治區地處西北內陸干旱半干旱區，降水稀少，蒸發強烈。水資源匱乏一直是制約寧夏發展的瓶頸，其經濟社會發展主要依靠過境黃河分配可耗水量40 億m3。寧夏的經濟社會發展用水需求主要依靠黃河引水，寧夏水資源可利用總量為41.50 億m3，人均可利用水資源量為641 m3，屬于典型的資源型缺水地區。“87”分水方案分配給寧夏可耗水量40 億m3，包括黃河干流37.0 億m3、支流當地地表水3.0 億m3。隨著經濟社會的快速發展，寧夏工業化、城鎮化進程不斷加快，人民生活水平日益提高，生活、生產和生態用水需求不斷增加，使得寧夏對黃河水的依賴及用水需求的不斷增大。鑒于黃河水資源日益緊張的現實，有效解決發展需求與水資源約束之間的矛盾，是寧夏實現全面協調可持續發展必須解決的首要問題。

寧夏水利信息化自20 世紀90年代起步，經過20 多年發展特別是“十二五”時期加快建設，已經初步形成較為完整的水利信息化體系。在信息采集方面，已建成各類數據采集站點總計3435 個；在網絡系統建設方面，基本建成覆蓋35 個廳屬單位、25 個水務局、2910 個自動采集點和144 個視頻監測點的網絡系統；數據存儲方面，采用數據大集中方式基本建成水利數據中心，已完成數據中心基礎庫、元數據庫、專用庫、主題庫的數據庫分類；在應用平臺方面，對內建成了覆蓋全區水利69 家單位可供全系統水利干部職工進行協同辦公的公共應用平臺“水慧通”；在應用系統方面，已建成水利防災減災管理通過國家防汛抗旱指揮系統一期、二期工程，開發了水情應用系統、防洪調度應用系統、抗旱管理系統，山洪災害監測預警系統，水資源監控能力建設系統，農村水利管理建設了水量調度系統等多項業務系統。經過多年建設，寧夏信息水利基本進入初步融合的發展新階段，現代水利已初露端倪，在互聯網全覆蓋、泵站自動化、渠道測控一體化、“互聯網+人飲”等方面實現了重點突破。

2 寧夏現代水利數字治水創新機制

2.1 面向全鏈條節水，實施水利供應鏈數字化創新

基于數字化和信息化技術，依托智慧水利建設，探索適合寧夏的節水效能提升與定量監管機制，促進供、用、耗、排及回用的全鏈條節水，是寧夏現代水利數字治水的關鍵突破。把節約用水作為水資源開發利用的前提，以實施國家節水行動為抓手，實行水資源消耗總量和強度雙控，全面提升水資源利用效率和效益，是寧夏落實“節水優先”的主要內容。其中，實施供水、輸水、用水、耗水、排水以及污水回用的全鏈條數字化監控；破除節水產業各個環節之間的信息障礙，集信息發布、技術咨詢、工程招投標、工程施工、后期運維、金融配套等各類型資源為一體，將節水產業鏈的各方資源集中于數字治水平臺，是寧夏數字治水節水創新的核心。

第一，需要強化用水計量統計。全面落實取用水計量過程，充分保障農業、工業、行政不同用水場合的準確計量。創建節水調查以及不同用戶用水管理體系。根據用水場合的差異，對農業、工業、生態等四種不同用水，進行全面的數據信息管理。落實相應的用水報告制度，在年用水量達到一定規模的情況下，引導企業號或者園區等用水單位創建水務部門，設置專業工作人員進行管理。實施倒閉模式，對于用戶所出現的一些違規記錄納入當地信息化治水的運作平臺。第二，全面普及合同節水管理。引進新的節水服務體系，創建相關設備以及產品使用的質量評估以及市場門檻機制，優化水循環利用設備、附屬水設施等相應委托運行服務模式，在公共部門、大型建筑、耗水地帶、農業集中灌溉等方面，推進更大力度的合同節水管理。第三，促進一些新技術的研發以及使用。通過引進全新的節水技術，加快技術創新，結合大數據、智能技術等運用，實現與用水管理的全面結合。將發展的主要精力放在用水準確計量、水資源高效運用等方面，將技術的優越性釋放到最大。

2.2 面向全過程監管，強化嚴格水管理信息化創新

目前，最嚴格水資源管理制度及其“三條紅線”指標已在全國落實并考核。到2020年，寧夏的取水總量要控制在72.38 億m3以內，農業灌溉水利用系數提高到0.53，萬元工業增加值用水量降至52 m3以下，重要一級河湖水功能區水質達標率到80%以上。落實并強化最嚴格水資源管理，需要在用水總量、節水效率以及排水質量全過程上，進行信息化、數字化和定量化的監管。最嚴格水資源管理制度下的水資源數字化監管，是寧夏現代水利數字治水機制的關鍵突破。

在系統收集、整理取用水等相關資料信息，以及水資源規劃、污染防治等數據信息的前提下，創建包含取水、河道等單元的監測網絡體系，建立并優化數據庫以及管理平臺，設計結合GIS 及網絡結構的應用體系，創建相應的水資源運維平臺。利用平臺的功能達到數據信息的及時更新、數據資源共享的效果，充分改善水資源使用的監管質量，對于水資源方面的一些決策帶來更為充分的保障和支撐。其建立的結構需要含有數據收集與傳輸、通訊與網絡管理、輔助決策等多個模塊，同時分別部署相應的準則和運行機制，充分保障規范性、安全性。其中數據信息收集、傳輸模塊是整個系統的關鍵所在。而監測數據庫含有地表、地下兩個方面的取水監測，其監測對象含有一些具體的流量數據。另外，對于地下水的監測而言，主要含有水深位置、時間、儀表設備等監測工作。

通過創建此類管理信息系統，可以讓相關部門的工作人員對于取用水、地下水位、水費管理等信息盡在掌握。這可以讓工作人員更加準確、系統地分析水資源數據，同時按照數據信息的變化，推出更為完善的管控方案。管理信息系統所覆蓋到的部門機構、管理人員都能夠利用系統平臺獲得所需的資料信息，從而讓數據信息實現高度的共享，提高信息的使用效率。而不同部門機構與人員的操作都將接受系統的監督，此時的水資源管理操作更為透明化、公開化，有利于提升整體管理效率以及質量。在信息建設與完善過程中，未來需要朝著采集自動化、傳輸網絡化、管理集成化等方向而不斷演變，能進一步提高寧夏開展最嚴格水資源管理的能力。

2.3 基于全要素水價，落實水權配置的市場化創新

目前，寧夏農業用水的計量僅僅覆蓋到一些干渠進口以及直開口，相關設施的精度需要提升，要求在后續時間中盡快完善改進。斗渠以下的基本都未創建相應的計量設施，無法進行精準的計量，離從“按畝收費”到“按方收費”還有較長的路要走。灌區在缺乏完善計量設備、設施的現狀下，造成水資源確權、水權交易等問題面臨較多障礙。這些不足，需要較長時間才可能完成。灌溉區域大小是劃分用水指標、設定分配方案等過程的重要前提。當下，灌區呈現出登記在冊、申報配水、土地確權等多種不同的面積大小，一些基層組織有多種面積信息，因此數據比較混亂。一些農戶在冊交費面積和真實灌溉部分存在不小的差距，這對水資源劃分、水權確權等帶來了很多難題。通過建設現代水利數字治水機制，依托水聯網、大數據、云計算和人工智能等技術，實現水價影響因素的精確度量，形成精準計量、全要素覆蓋的水價形成機制，是推進寧夏數字治水的創新之一。

2.3.1 基于數字治水核定農業水價的全要素成本

綜合灌區的具體情況，利用數字治水的模式，明確相應的成本核定、價格制定等過程，核算不同水利項目的成本投入，同時進行系統的監督審查，技術公開結論等資料信息。供水管理機構需要基于一定的間隔公開成本信息，創建完善的成本公開機制，透明化運作；將供水成本、用戶承受、政府補貼等全面考慮進來，出臺更加合理的調節方案，按照上級原則有序調整；結合的大數據分析和處理，劃分不同的用水場合以及用水類型，按照農業用水定額、投入產出比，在終端用水方面劃分水價，一些高附加值的灌溉、用水作業，適當提價；對于超定額部分，落實相應的累進加價。

2.3.2 基于數字治水核算水權轉換的全要素價格

根據《黃河水權轉讓管理實施辦法》，水權轉換總費用包括水權轉換成本和合理收益。涉及節水改造工程的水權轉換，其轉換總費用應涵蓋節水工程建設費用、節水工程和量水設施的運行維護費用、節水工程的更新改造費用、農灌風險補償費、必要的經濟利益補償和生態補償等。

上述水價的核算，涉及節水工程的建設、運行、維護和管理；涉及農業灌溉用水的調度和計量；涉及農作物生產和銷售；涉及灌溉管理部門的運行和營收；涉及灌區生態系統的監測與評估，是數據需求密集程度非常高的系統工程。數字治水機制和智慧水利系統的建立完善，可為水權轉換水價的制定提供全要素的數據支撐，包括規范化的水利工程建設管理數據，標準化的灌溉工程運行維護數據，精準化的用水計量數據；精細化的水管單位財務數據；動態化的農作物生產和銷售數據；以及系統化、連續性的灌區生態系統變化監測和評估數據。這些數據的獲取是寧夏數字治水的核心，是通過數字治水實現水權轉換全要素價格創新的基礎，是落實水市場創新機制的堅實根基。

2.3.3 基于全系統調控，開展協同治理的智能化創新

寧夏發展的最大瓶頸在水、最大出路在水、最大動力在水、最大價值也在水。做好“以水興業、以水富民、以水維安”的大文章，構建涵蓋經濟、政治、文化、社會、生態的“大水業”系統格局，才能夠為貫徹中央治水方針闖出新路、打造寧夏典范。實現水資源水環境水生態系統治理的目標需要水利、市政、環境、國土等多部門的充分協同，需要協調各地市、各部門、集體和個人用水利益的用水分配，協調地下水、地表水和雨水等不同水體管理部門的沖突，協調農業、工業、居民生活用水等不同管理部門的沖突；需要加強寧夏水資源管理部門的權威以及協同涉水相關部門的能力。

基于物聯網和智慧水務的數字治水工程，可以有效增強降雨、蒸發、地面徑流、供輸排水管道壓力及水位、地下水位的監測能力，為水資源的多部門協同治理科學決策提供第一手的準確信息。為水資源精細化管理和聯合調控提供可能。通過數字治水機制建設，構建水務部門與其他相關部門信息共享和業務協同機制，整合多方資源，通過掌握數據增強水資源管理部門的治理能力，推進全方位、全領域、全社會的生態文明建設。將數字治水建設將成為寧夏水資源系統治理和生態文明建設的重要抓手。權系統調控的數字治水為水資源的協同治理提供了智能化的新概念，主要表現為對水資源和生態系統的聯合監控和智能決策以及對用水戶的個性服務。數字治水應集成各領域、各部門的信息資源，通過新一代IT 技術實現不同來源信息的整合與分析，過云計算達到數據采集和應用的標準化、模塊化與規范化，進而將有用的信息精準、快捷、智能地送達不同的用戶端，實現協同治理的智能創新。

3 結語

數字治水是融合物聯網、云計算和人工智能等現代信息技術對水資源和水生態系統進行精準化治控的治水新模式，可為水資源的可持續利用提供科學的綜合決策、精準的協同監管以及便捷的公共服務。我國過去幾十年的數字流域研究和實踐為新時期數字治水的實施提供了深厚的基礎和技術儲備。然后，以往的成果往往圍繞治水手段的數字化和信息化技術研發，相應的體制和機制研究還不充分。本文以寧夏的現代水利建設為背景，解析了新時期水利發展改革對數字治水的需求，提出了寧夏數字治水的創新機制，包括面向全鏈條節水的水利供應鏈數字化創新機制；面向全過程監管的嚴格水管理信息化創新機制；以及基于全要素水價落實水權配置的市場化創新機制。在此基礎上，提出相應的數字治水機制設計，以期為推進我國的數字治水提供案例和思路借鑒。