水聯網及智慧水利背景下提升水資源效能研究

滕 飛

（河南省水利移民事務中心，河南 鄭州 450000）

0 前言

中國社會經濟快速發展背景下中國水資源供需之間的矛盾日益突出，已經成為制約社會經濟發展的重要因素。如何有效調控水資源，提升水資源效能，成為社會普遍關心的問題。在網絡信息化時代，有必要創新應用先進的網絡信息技術，構建系統的水聯網和智慧水利系統，實現水狀態實時監測，為水資源優化配置提供科學依據，進而和提升水資源效能，更好服務社會經濟發展。

1 基本概念

1.1 水聯網和智慧水利

水聯網是一種先進的水資源管理工具，其可以動態顯示水流物理流動過程以及水質數據，并基于模型對水資源未來發展進行預測，進而為水資源優化配置提供依據。水聯網涉及氣象學、信息學、互聯網以及水動力學等多個領域，是未來水資源管理的重要發展趨勢。過去中國水資源利用效率較低，跨區域統一調配難度大，更沒有形成各部門之間共享的水資源監測系統和風險預警機制。水聯網可以將水資源信息進行動態呈現，并對其進行智能化管理，可以及時了解水資源供需調配不足情況，及時進行水資源調配，提升水資源利用效能。水聯網的出現推動了水資源管理的智能化和智慧化發展，因此水聯網也被稱為智慧水利。

1.2 水資源效能

水資源效能主要包括自身內涵效率和外延效率。水資源效能高低標準在很大程度上由渠道系數、灌溉水利用率和供水管損失率等所決定。目前中國對水資源效能評價尚未形成明確統一標準，在不同領域水資源效能評價存在一定差異，比如：在農業灌溉領域主要采用水資源灌溉系數和GDP耗費水量對水資源效能進行評價，水資源效能越高，相同水資源條件下可以灌溉更多的農田，GDP耗費水量隨之下降。

2 水聯網及智慧水利提升水資源效能關鍵技術

2.1 水資源預測云計算

水資源預測是進行水資源管理的首要環節，只有明確水資源量才能夠為后續水資源調配奠定基礎。云計算基于分布式計算架構可以對復雜信息資源進行處理，為解決復雜問題提供技術支撐。水聯網背景下對水資源預測進行計算需要考慮多個方面，包括水循環、水分配、水資源調控過程等，并需要將計算結果直觀清晰呈現出來。同時在水資源預測中水利信息化需要大量的數據支撐和模型非結構化，這就需要在云計算過程中不斷提升數據信息的標準化程度和模型的集成程度。在實際水資源預測云計算過程中，考慮到不同的影響因素以及不同的模型，云計算也存在諸多技術難點，有待于進一步攻關研究。整體來說水資源預測云計算可以顯著提升水資源預測的準確性，為水資源精準調配以及水資源全程監控創造了有利條件。

2.2 水資源需求云服務

云服務是指通過網絡以按需、易擴展的方式來獲得所需服務，這為水聯網在水資源管理中的應用提供了良好平臺。要想有效提升水資源效能，要求供水、用水均需要滿足市場需求，要求管理具有一定的前瞻性和可預見性，具有足夠的儲備量和延時供應量，從而有效滿足當前和未來的水資源需求。水資源需求云服務在云計算基礎上，對水資源信息數據進行集成整合，一方面可以準確了解用戶的水源需求，實現水資源合理調配和高效率配送，同時降低了水資源管理成本；另一方面可以動態掌握水資源相關信息，為水資源管理調配提供動態支持。以中國部分灌溉地區為例進行分析，其對水資源需求量相對較多，需要基于各個年度的具體情況以及農業用水量來綜合確定水資源需求。果蔬種植具有明顯的季節性特點，不同類型果蔬的耗水量存在明顯差異，同時種植園的面積、區域降水量以及區域儲水能力也存在明顯的區別，果蔬前期的成長情況也會對后續用水量產生影響。針對這些問題便可以利用水資源需求云服務獲取更加全面準確的動態信息，綜合預測該地區的需水量和降水量，然后實現水資源的精準調配，避免程序化灌溉，顯著提升水資源效能。

2.3 多水源供給智慧調度

多水源供給智慧調度是水聯網徑流預報和流域情況預報的重要基礎，在水資源信息整合的基礎上，尋求與市場目標相匹配的水源進行供給，有助于更好滿足用戶需求，更為科學合理地對水資源進行調配，這些水資源包括地表水、地下水、非常規水等多種，進而有助于提升水資源效能。多水源供給智慧調度可以在水資源供給情況發生變化時，從時間、空間等多維度進行綜合考慮，有效降低水資源調配的風險和不確定性。比如：對地表水和地下水進行聯合調配，便需要充分考慮地表水的供應能力和地下水的儲備能力，在滿足供給的條件下還需要考慮地下水開采所產生的后續影響。在非常規水資源管理方面，需要注意兩個方面：一是需要對污水再生水進行統籌管理，便于其再次利用；二是對雨水資源的實時調度也要充分合理，只有這樣才能夠在常規水資源的基礎上最大程度發揮非常規水資源的更大效能。在多水源供給智慧調度背景下想要實現水資源的長期存儲和科學管理，需要形成一套科學完善的評估體系，對水資源進行科學評估，并基于區域天氣和水文特點來綜合編制方案，保障方案的合理性。中國北方地區水資源相對匱乏，并且部分區域水資源呈現逐年遞減趨勢，干旱現象越來越普遍，在這種情況下跨流域進行水資源調配和進行水資源安全儲備具有重要意義。多水源供給智慧調度綜合水資源動靜態信息，對水資源調配進行科學合理安排。特別是對于水資源短缺的地區，通過多水源供給智慧調度可以在國家水資源安全層面進行整體部署，提升水資源利用效率，更好發揮水資源效能。

2.4 水資源管理精準投遞

水資源管理精準投遞與常規的物品精準投遞存在明顯的差異，主要體現在水資源管理精準投遞面臨更為復雜的環境因素，需要對水資源管理整個過程進行正確模擬，才能夠確定有效的控制變量和狀態變量，對每一個水源流動環節進行優化，實現整個涉水過程的實時監控，準確反映當前的水情、旱情以及水資源市場需求等，并對未來一段時間的水情、旱情以及水資源市場需求等進行科學預測，在此基礎上進行水資源調配，進而實現水資源管理的精準投遞。在水資源管理精準投遞中構建綜合的耦合水資源管理系統和對涉水過程進行模擬是關鍵，有助于水資源管理精準投遞對外界環境變化及時作出響應，更好滿足社會經濟發展對水資源的需求。目前利用物聯網和手機系統尚未完全攻克復雜水資源管理精準投遞中的多目標非線性問題。研究人員希望通過水資源管理系統對整個涉水過程進行實時監控，對用戶需求進行整合，綜合考慮供水途徑和路徑，然后基于不同地區的具體情況，對水資源進行綜合分析，最后確定水資源管理精準投遞策略，進而優化精準投遞路徑，避免超負荷情況，提升水資源利用效率。

2.5 水效能評價過程控制

在水聯網背景下為了提升對水資源的利用效能，需要對水量時空分布進行合理評價，并對用水準確性和時效性提出更高要求。水聯網服務能力在很大程度上決定了水資源利用效率，配水準確性和時效性決定了水資源效能高低，水資源利用所產生的效益取決于用水對象，這幾部分相互聯系，相互作用，共同決定了水資源跨流域的利用率。因此，在水聯網和智慧水利建設中對水效能進行科學準確評價是非常重要的環節，既有助于優化水聯網硬件設施，又有助于擴大數據信息覆蓋面，提升信息傳遞的及時性和有效性。水效能評價過程控制通過最符合水循環發展和利用的評價指標體系，基于水聯網獲得的信息對水資源進行調控，可以顯著提升動態水流管理的信息化水平，可以基于時空環境變化來改變動態水流軌跡，進而提高水資源管理的適用性，促進水資源效能達到最大化。

3 結語

綜上所述，隨著中國社會經濟的進一步發展，水資源短缺和不平衡問題更加突出。水聯網和智慧水利是先進網絡信息技術在水資源管理中的創新體現，其通過水資源預測云計算、水資源需求云服務、多水源供給智慧調度、水資源管理精準投遞以及水效能評價過程控制等多項關鍵技術，實現了復雜時空環境下水資源的準確計算和科學預算，并基于用戶需求確定最優的水資源投遞路徑和投遞方式，進而顯著提升水資源利用效率和效能。目前中國水聯網和智慧水利建設中還存在一些不足，相信隨著科學技術持續發展，其將在中國水資源管理中發揮更大的作用。