浅谈水利数字化体系建设

(北京大学软件与微电子学院，北京 102600)

传统水利主要以人工为主导，而现代水利则是向信息化方式转变，其中数字化水利体系建设是关键。水利数字化体系建设相比传统水利，具有巨大的优越性，是决定水利事业发展的大事，因此应加快水利数字化体系建设步伐。

1 数字化概念

所谓数字化，就是通过信息技术与传统行业相结合，将某些领域控制单元纳入计算机管理系统，通过计算机进行“0”和“1”的有序排列、高速计算，实现某种控制目标，实现其全部或者部分工作信息化、自动化，提高其工作的可靠性、准确性、实时性，从而达到高效的目的。例如：我国近年发展起来的城市智能交通控制系统，就是由传统模式向数字信息技术转变且结合比较完美的产物。水利数字化即采用计算机技术，通信网络技术、现代工业自动化技术和3S(GIS、GPS、RS)等一系列高新技术，对水利政务、防汛抗旱、水资源监控调度、水环境综合治理、水利工程设计和施工、水利工程项目综合管理等各种单元要素进行改造，实现数字化的建设与管理，从而提高水利行业建设管理与运行管理水平，达到由传统水利向现代水利转化的目的。

2 水利数字化体系研究

随着现代社会的发展，各行各业兴起了数字化、信息化建设热潮。例如：4G通讯、高速铁路等行业数字化建设已经起步，且已具有相当规模。我国水利数字化体系建设相对于其他行业虽然起步较晚，但具有非常广阔的发展空间。

2.1 水利数字化主要任务

首先，水利自动化装置是水利数字化体系建设的基础。例如：水库下泄流量、河道水位和流量、自然天气降雨量等数据往往从基层上传到上级各级水行政主管部门，处理这些数据以往需要专业人员花费大量人力物力、耗费大量的时间才能完成，而利用水利数字化软件系统，则可以代替人处理这些海量数据。工作人员通过编写计算机应用程序，将日常繁复的水文数据、管理要素等通过计算机联网进行处理，不但能实现上述目标、将人从枯燥的工作中解脱出来，而且利用电脑处理数据具有人无法比拟的速度和严密性等优势：ⓐ电脑操作只要数据输入准确，软件会准确无误地计算数据结果； ⓑ电脑非常高效，正常需要很多人、花费很长时间处理的数据，电脑往往很快就可以得到答案，特别是面对海量数据处理，更能发挥电脑处理优势。水利数字化软件系统是水利数字化体系建设的重要组成部分，可准确、高效地处理水利海量数据。

其次，水利数字化体系可以形成某个区域水文信息、决策系统的控制和指挥中心。例如：将某流域主要的水利设施实现数字化改造后进行联网，将信息集中到数据中心，配合GIS技术，在数据中心实时显示该流域各主要水利设施的位置状态、信息、水文参数等。这些数据将为该流域防洪、抗旱决策及指挥工作提供有效的信息支撑。

2.2 水利数字化工作流程

a.通过现代工业自动化装置，将传统的人工测量、工程监控等工作由机器自动完成。例如：通过水位监测设备、降雨量监测设备，做到自动、定时监测，具有高度的准确性与可靠性。

b.通过网络、3G网络、卫星等现代通信手段，将检测完的数据实时上传到上位机。

c.每个上位机将上传来的数据整合汇总，交由水利数字化软件处理系统进行数据处理，得出相应的报告和报表。

整个过程准确高效，可以替代部分或全部人工操作，是未来水利事业发展的方向。

2.3 水利数字化建设意义

传统的水利工作方式是基于人力监管，人作为执行者，行使建设、管理、监控等工作内容。这种工作方式具有较大的可靠性与一定的严谨性，但缺点也很多：ⓐ人总有疏忽之时，无论再严谨的工作条例，都不能保证工作万无一失，而水利工作不同于其他工作，需要工作人员具有高度的责任感与工作自觉性，一旦发生问题，其后果往往不堪设想； ⓑ由于水利工作的特殊性，造成很多岗位的工作环境异常艰苦，很多工作人员常年累月坚守一线，艰苦的条件、工作的孤独，造成工作人员心理状态欠佳，以至影响工作。基于这两点，很多地区和单位近年来尝试使用自动化装置代替人工服务，实现辅助监管、辅助测量等功能。自动化装置可以提高工作的可靠性，减少工作人员的压力，取得了良好的效果。因此，水利数字化建设对提高我国水利行业现代化水平具有重要意义。

3 水利数字化建设存在的主要问题

3.1 水利数字化建设基础薄弱

水利事业是群众性事业，全国90%水利工程均建于20世纪的五六十年代，是靠人民群众 “手拉、肩扛、石滚碾压”建设出来的，是由砂石、混凝土堆积而成的建筑物。多年来，水利工程在人们脑海中一直是“傻、大、黑、粗”形象，充分说明传统水利的简单化、粗放化及基础设施的薄弱化。要将简单粗放的水利与“高、精、尖”技术相连，其中大量技术难题需要解决，理论论证、工程化研究均需要做大量工作，而且难度较大，这些难题直接约束着水利数字化体系建设进程。

3.2 缺少多学科复合型专业科技人才

水利数字化体系建设过程，是一个高度专业化、多学科交叉进行的过程，需要大量知晓相关知识的人才。一方面，传统水利院校毕业的学生往往精于本专业的知识，而其他现代工业自动化技术、现代通信技术、现代软件工程理念等知识知之甚少； 反过来看，具有现代工业自动化技术、现代通信技术、现代软件工程理念的人才又缺乏水利知识。另一方面，水利科学研究院(所)普遍存在着制度僵化、人才流失、创新不足等问题，不能完全适应市场经济的发展需要，严重制约着其科研能力的发挥，无法完成高难度、庞大的水利数字化体系建设任务。所以，在建设现代水利数字化体系的过程中，急需大量既懂水利专业知识、又精通现代信息技术的复合型人才。

3.3 基层水利工作人员专业化素质低下

水利数字化体系的建成，改变了一些传统的工作方法和工作模式，是现代水利工作方式的大革新。旧的工作方式亟待改变，而基层工作人员对相关技术了解甚少，面对新设备、新工作方法，往往不知所措，比如：不会实际操作设备、软件不会使用、不知道流程等。提高各基层水务部门的相关工作人员专业素质，是解决水利数字信息化建设发展的瓶颈，必须尽快解决。

3.4 部分基层水利负责人数字化建设意识不强

水利数字化体系是新兴事物，具有一定的先进性、复杂性。而部分基层水务工作负责人往往墨守陈规，不愿尝试新鲜事物，甚至对其抱有消极情绪，这将对全国水利数字化建设造成极大阻力。因此，提高基层水利工作负责人的数字化建设意识，是决定全国水利数字化体系建设、推广的重中之重。

4 对策探讨

4.1 加强水利基础工程设施建设

2011年中央颁布了1号文件，为今后水利现代化建设带来了前所未有的发展机遇。ⓐ应充分利用这个机会，迅速转变水利建设管理理念，加快改造老、旧水利工程设施步伐，利用各种水利工程除险加固及改造更新等有利时机和条件，努力将水利数字化有关监测、观测、检查等元素及视频监控设施列入改造方案，使数字化建设元素尽快融入原有工程中，使原有工程焕发勃勃生机，跟上时代发展步伐； ⓑ对于新建工程，应坚持高标准、高起点的原则，将水工结构设计参数化特征建模、结构设计，以及二、三维视图的自动生成能力等水利数字化理念和现代元素贯穿到工程设计中，工程投入使用后，即刻发挥数字化管理优势，实现由传统水利向现代水利和可持续发展水利转变的治水思路。

4.2 培养创新复合型水利人才

现代水利数字化体系建设急需创新型、复合型水利专业人才，因此，各大中专院校，在坚持打好普通专业课基础的同时，尝试改变培养模式。在本科阶段，适当加入现代化信息技术课程，并适当增加交叉领域的课程设计，让学生获得现代信息技术在水利中应用的感性认识； 在研究生阶段，应将研究课题从传统的水利研究课题向交叉领域转变，重点是传统水利技术与现代信息技术的结合。除此之外，教育部应该在北京大学、清华大学、河海大学等重点大学建立水利数字化体系国家重点实验室，为培养复合型水利人才创造有利条件。

4.3 改变传统水利科研模式

水利数字化体系研究，是一个难度大、多学科交叉的科研活动，传统的水利科研模式已经无法实现对水利数字化体系的研究。所以，改变水利科研模式刻不容缓。作者认为，水利科研项目应该由国家直属研究院(所)承担转移到高等院校及企业共同承担，互相交融、互相促进。大学负责输送人才，研究院(所)制定大的科研目标，再由企业或企业与高校合作实现具体的科研任务，这样，三方各司其职，互相促进，有助于将科研成果尽快转化为生产力。研究院(所)把握大的研究方向，高校在与企业合作过程中不断培养人才，企业则在科研活动中增加了自主创新能力，这样既留住了人才，同时又获得了经济效益，进一步推动了社会科技进步。

4.4 尽快提高基层水利工作人员专业素质

现代水利对基层水利工作人员提出了更高要求，需要基层水利工作人员尽快掌握现代工作方式、工作方法和工作流程。笔者建议，各地应以省为单位，开设关于新技术、新方法的讲座培训班，针对新参加工作的基层水利工作人员，强化岗前培训，结业考试合格的人员才有上岗资格； 对于参加工作多年的基层水利工作人员，要每隔3～5年定期培训1次。通过这种强制办法，不断更新专业知识，迅速提高基层水利工作人员的专业素质，尽快适应现代数字化水利的建设管理需要。

4.5 改变传统水利管理观念，坚持改革创新

建设水利数字化体系，是关乎国计民生和水利事业发展的大事。基层水利负责人应解放思想、勇于接纳新鲜事物，从思想上重视，从行动上支持。笔者建议通过互联网、电视、报刊等媒体，采取讲座、培训等方式，普及水利数字化体系建设的重要性与紧迫性，使领导者从思想上重视； 同时，将水利数字化体系建设纳入基层水利领导的考核体系，使其认识到“适应者重用，不适应者淘汰出局”，只有这样才能从根本上解决水利数字化发展瓶颈。

5 结 语

水利数字化体系建设，是传统水利技术与现代信息技术的结合，有助于更好地发展水利事业，有助于提高水利事业的现代化程度，关乎国计民生。在水利数字化建设过程中，各级水行政主管部门，应抓住当前水利事业大发展的有利时机，树立水利数字化建设管理理念，认真抓好水利数字化体系建设，提高水利工程信息化、现代化水平，使水利工程真正成为造福于人民、造福于社会、造福于国家的放心工程。