陜西三門峽庫區智慧水務系統建設構想與經濟效益分析

費 琳

（陜西省江河水庫工作中心，陜西 西安710000）

隨著經濟的發展，越來越多的超大城市群的建立，庫區兩岸人口劇增，如何滿足眾多人口所需的飲用水、污水處理、水資源調度等方面的問題，作為基礎性自然資源和戰略性的經濟資源，成為經濟發展的重要制約因素，建設陜西三門峽庫區智慧水務系統勢在必行。

1 陜西三門峽庫區水務信息建設的特征和問題

1.1 行業智慧水務的現狀

水務是水資源調配和環境優化管理方面的一個重要概念，主要針對的是利用人工進行管理與日常生活用水和工業、農業用水密切相關的事物，水務行業是以原水、供水、節水、排水、污水處理及水資源回收利用等形成的產業鏈。目前存在弊端是取水工程不管供水，供水的不管排水，排水的不管污水處理，污水處理的不管中水，工作無交叉，沒有統一的資源調配。這種分散的水務管理方式造成水資源浪費，環境污染嚴重，責任不清等問題。德國、日本等發達國家早就建立了一體化的水務信息化管理系統，在國內，上海、深圳等經濟發展比較快的城市也已經建立起了類似的系統［1］。

隨著網絡信息技術的發展，大數據云計算的發展，以物聯網、計算機網絡技術和數據庫技術為代表的計算機應用技術的迅速發展推動了各行各業的信息化進程，越來越多的行業化信息管理系統層出不窮。水利信息化是利用計算機網絡和大數據以及云計算對水利信息進行采集、處理、存儲與共享，以達到提升水利工作效率和解決實際問題［2］。

1.2 陜西三門峽庫區智慧水務存在的特征

在分析國內外智慧水利建設現狀和趨勢的基礎上，陜西三門峽庫區智慧水務的業務邏輯涉及給水工程、排水工程等領域，系統建成后，實現水務信息的管理、可視化查詢、數據計算、提供水務信息的存儲、分析功能，并能夠根據程序進行水務信息的決策參考，改變水務信息的傳統工作流程，整合給水工程、排水工程、建筑給排水工程等水務系統業務邏輯，使得水務系統能夠節省投資，提高傳統工作效率，從而達到經濟效益的提升。

1.3 陜西三門峽庫區智慧水務存在的問題

1.3.1 業務邏輯分散，沒有整合

水務管理既負責對庫區各項水務管理事務的處理工作，如水資源調配和城市給排水管網布置與檢測，又要從事如水費計算、申報管理等方面的工作，同時需要負責大量水務信息的提取、整理和應用，工作量大且繁瑣，但缺乏有效的資源整合，各個系統各自為政，管理者很難看到一個整體的圖景。

1.3.2 物聯網感應欠缺

由于陜西三門峽庫區內各個區域經濟水平和網絡建設條件的差異，加之各個區域的水務管理復雜程度不同，導致前端物聯網感應設備數據差別很大，且監測、傳輸、控制手段還較為落后，監測種類、數量不全，前端感應設施差距還很大。

1.3.3 數據分散、無復雜的數據支撐和專業化水準支撐

目前陜西三門峽庫區的水務系統現狀，除了水文監測等數據匯總整合之外，其他水利數據資源均分散存儲在各個部門，數據獨立存儲，沒有共享和互通機制，導致數據資源無法有效共享，不利于區域業務協同，給水、排水、城市水務等管理完全松散，數據丟失嚴重，很多信息還保留原始的紙質記錄方式，大部分還未信息化。

1.3.4 業務邏輯支撐不足

缺乏對水務數據可用信息的深度挖掘，對于取水工程、給水工程、排水工程沒有統一的數據共享，應用協同困難，加之信息化業務對統一的業務流程的梳理不夠細致，導致水務系統對水務管理決定的支撐力度不足。

1.4 陜西三門峽庫區智慧水務系統建設構想

1.4.1 物聯網數據采集

完善數據采集統一指標，統一數據類型，采集要求和設備統一規劃。

1.4.2 網絡傳輸

改善通訊網絡覆蓋面和帶寬，各單位之間的數據庫之間做到互通。

1.4.3 基礎設施

根據各單位工作需要建設通訊干網機房，省級、廳局級水務管理單位政務系統全面完善，并且各單位與下屬水務單位核心計算資源應升級為按照云平臺模式架構，提高大數據運算能力，增大存儲空間。

1.4.4 數據資源和業務邏輯

目前在水資源監測，水資源信息管理，防汛抗旱指揮，城市給排水管網監測，江河取水工程等業務邏輯需要在信息系統中進行建設，主要完善不同的業務邏輯之間的交互，這些需要業務人員和信息技術人員溝通完成信息系統的程序建設。

2 陜西三門峽庫區智慧水務建設系統架構

2.1 陜西三門峽庫區智慧水務總體架構

陜西三門峽庫區智慧水務系統平臺的系統架構見圖1。

圖1 陜西三門峽庫區智慧水務系統平臺系統架構圖

2.1.1 基礎設施層

基礎設施是智慧水務系統建設的基礎保證。主要利用物聯網技術，包括天、地、空一體化協同的遠程傳感器采集系統以及無線、有線網絡傳輸系統。

信息的采集主要包括三門峽庫區陜西段的水位、水資源、取水工程水質、降雨強度、徑流系數、排水水質、排水管網。數據類型包括數據、視頻、文字、遙感影像、輿情等。

基礎設施層的數據資源子層將采集到的數據進行有效的組織和編碼。數據資源包括水利對象數據模型、監測地點、地理空間、對象關系等進行模型化存儲［3］。

2.1.2 水務系統信息層

水務系統信息層基于基礎設施層存儲的數據，基于水利對象模型，對水利基礎數據資源進行有效組織和編碼。水務系統信息層利用水力學知識將水利數據編碼成為統一的數據資源，形成水利對象數據模型，以及基礎、監測、地理空間、對象關系、計算公式、決策計算模型等。

水務系統信息層還包括大數據存儲平臺，云計算支撐平臺，滿足基于大數據分析和機器學習等技術，為宏觀調控決策提供參考。

2.1.3 智能管理決策層

智能管理決策層主要依賴于基礎設施層和水務系統信息層的數據，經過云計算存儲，大數據計算，得出結論。這里主要使用的是機器學習相關算法，為決策提供依據。

2.2 陜西三門峽庫區智慧水務應用場景

本文以“水庫信息數據”為例，就包含水庫一般信息、水庫水文特征數據、洪水計算成果、入庫河流數據、出庫河流數據、水庫特征數據、水庫水位面積、庫容、泄量關系、水庫主要效益指標、淹沒損失及工程永久占地、大壩數據、泄水建筑物、單孔水位泄量、水庫防洪調度、水庫運行歷史記錄、水庫出險年度記錄、水庫汛期運用主要特征、水庫下游情況在內的龐大的數據采集量，為后續推動水利數據進行大數據建模分析、可視化、應用積蓄了力量［4］。

平臺實現了對三門峽庫區陜西段分布的水利數據到水利數據中心的實時匯集、海量水利數據的集中存儲、結構化數據和非結構化數據的統一管理，以及數據分析和挖掘、山洪預警、洪水預警、河流湖泊治理決策、水資源智能優化調度等功能，充分展現大數據在水利治理領域預測、預警、決策、智能的超強能力［5］。

3 陜西三門峽庫區智慧水務建設經濟效益分析

作為國民經濟發展的一大基礎設施，水利作為具有公益性價值的同時，其經濟效益的改善對于社會經濟的影響不言而喻。水利信息化的主要經濟效益不在于其工程措施，而在于其非工程措施。其經濟效益主要集中在防洪減災、環境保護、水資源節約等方面。水利信息化的建設能有效改善水利資源的調配，及時防治災害發生，同時也發揮防洪工程和抗旱工程的作用，為社會帶來巨大的經濟節約的情況下帶來潛在的經濟效益。

3.1 提高信息的實時性，提高快速反應能力帶來的經濟效益

由于各種水利信息以及災害信息的隨機性較強，其時間、空間、強度往往難以預測，因此建立陜西三門峽庫區的智慧水務系統，可以及時、準確掌握各種水利信息的變化，并結合地理和社會經濟分布狀況，及時會商分析，科學決策，提前做好水利資源調度預備工作，及時發布預警通報，提前啟動應急預案。對保護環境，保護人民生命財產具有非常重要的作用［6］。

經過相關文獻的分析可得，非工程措施的運用降低的損失占總減少損失的10%～20%。由于我國智慧水務還在起步階段，這個經濟效益遠超20%。

3.2 提供決策分析輔助，提高決策能力帶來的經濟效益

通過信息化建設，合理調整陜西三門峽庫區水務系統管網布置科學性，合理調整給水工程水利資源調度，及時調整供水管網壓力，加強用水管理，改善供水的可靠性。不僅在水資源利用，也在保護環境、改善城市環境、改善庫區兩岸人民生存環境方面帶來了很大的經濟效益，為努力提高經濟高質量發展，保持經濟穩中向好、長期向好，加快轉變經濟發展方式，加大水務系統建設投資力度，為陜西三門峽庫區發展帶來更大經濟效益。