陕西三门峡库区智慧水务系统建设构想与经济效益分析

费 琳

（陕西省江河水库工作中心，陕西 西安710000）

随着经济的发展，越来越多的超大城市群的建立，库区两岸人口剧增，如何满足众多人口所需的饮用水、污水处理、水资源调度等方面的问题，作为基础性自然资源和战略性的经济资源，成为经济发展的重要制约因素，建设陕西三门峡库区智慧水务系统势在必行。

1 陕西三门峡库区水务信息建设的特征和问题

1.1 行业智慧水务的现状

水务是水资源调配和环境优化管理方面的一个重要概念，主要针对的是利用人工进行管理与日常生活用水和工业、农业用水密切相关的事物，水务行业是以原水、供水、节水、排水、污水处理及水资源回收利用等形成的产业链。目前存在弊端是取水工程不管供水，供水的不管排水，排水的不管污水处理，污水处理的不管中水，工作无交叉，没有统一的资源调配。这种分散的水务管理方式造成水资源浪费，环境污染严重，责任不清等问题。德国、日本等发达国家早就建立了一体化的水务信息化管理系统，在国内，上海、深圳等经济发展比较快的城市也已经建立起了类似的系统［1］。

随着网络信息技术的发展，大数据云计算的发展，以物联网、计算机网络技术和数据库技术为代表的计算机应用技术的迅速发展推动了各行各业的信息化进程，越来越多的行业化信息管理系统层出不穷。水利信息化是利用计算机网络和大数据以及云计算对水利信息进行采集、处理、存储与共享，以达到提升水利工作效率和解决实际问题［2］。

1.2 陕西三门峡库区智慧水务存在的特征

在分析国内外智慧水利建设现状和趋势的基础上，陕西三门峡库区智慧水务的业务逻辑涉及给水工程、排水工程等领域，系统建成后，实现水务信息的管理、可视化查询、数据计算、提供水务信息的存储、分析功能，并能够根据程序进行水务信息的决策参考，改变水务信息的传统工作流程，整合给水工程、排水工程、建筑给排水工程等水务系统业务逻辑，使得水务系统能够节省投资，提高传统工作效率，从而达到经济效益的提升。

1.3 陕西三门峡库区智慧水务存在的问题

1.3.1 业务逻辑分散，没有整合

水务管理既负责对库区各项水务管理事务的处理工作，如水资源调配和城市给排水管网布置与检测，又要从事如水费计算、申报管理等方面的工作，同时需要负责大量水务信息的提取、整理和应用，工作量大且繁琐，但缺乏有效的资源整合，各个系统各自为政，管理者很难看到一个整体的图景。

1.3.2 物联网感应欠缺

由于陕西三门峡库区内各个区域经济水平和网络建设条件的差异，加之各个区域的水务管理复杂程度不同，导致前端物联网感应设备数据差别很大，且监测、传输、控制手段还较为落后，监测种类、数量不全，前端感应设施差距还很大。

1.3.3 数据分散、无复杂的数据支撑和专业化水准支撑

目前陕西三门峡库区的水务系统现状，除了水文监测等数据汇总整合之外，其他水利数据资源均分散存储在各个部门，数据独立存储，没有共享和互通机制，导致数据资源无法有效共享，不利于区域业务协同，给水、排水、城市水务等管理完全松散，数据丢失严重，很多信息还保留原始的纸质记录方式，大部分还未信息化。

1.3.4 业务逻辑支撑不足

缺乏对水务数据可用信息的深度挖掘，对于取水工程、给水工程、排水工程没有统一的数据共享，应用协同困难，加之信息化业务对统一的业务流程的梳理不够细致，导致水务系统对水务管理决定的支撑力度不足。

1.4 陕西三门峡库区智慧水务系统建设构想

1.4.1 物联网数据采集

完善数据采集统一指标，统一数据类型，采集要求和设备统一规划。

1.4.2 网络传输

改善通讯网络覆盖面和带宽，各单位之间的数据库之间做到互通。

1.4.3 基础设施

根据各单位工作需要建设通讯干网机房，省级、厅局级水务管理单位政务系统全面完善，并且各单位与下属水务单位核心计算资源应升级为按照云平台模式架构，提高大数据运算能力，增大存储空间。

1.4.4 数据资源和业务逻辑

目前在水资源监测，水资源信息管理，防汛抗旱指挥，城市给排水管网监测，江河取水工程等业务逻辑需要在信息系统中进行建设，主要完善不同的业务逻辑之间的交互，这些需要业务人员和信息技术人员沟通完成信息系统的程序建设。

2 陕西三门峡库区智慧水务建设系统架构

2.1 陕西三门峡库区智慧水务总体架构

陕西三门峡库区智慧水务系统平台的系统架构见图1。

图1 陕西三门峡库区智慧水务系统平台系统架构图

2.1.1 基础设施层

基础设施是智慧水务系统建设的基础保证。主要利用物联网技术，包括天、地、空一体化协同的远程传感器采集系统以及无线、有线网络传输系统。

信息的采集主要包括三门峡库区陕西段的水位、水资源、取水工程水质、降雨强度、径流系数、排水水质、排水管网。数据类型包括数据、视频、文字、遥感影像、舆情等。

基础设施层的数据资源子层将采集到的数据进行有效的组织和编码。数据资源包括水利对象数据模型、监测地点、地理空间、对象关系等进行模型化存储［3］。

2.1.2 水务系统信息层

水务系统信息层基于基础设施层存储的数据，基于水利对象模型，对水利基础数据资源进行有效组织和编码。水务系统信息层利用水力学知识将水利数据编码成为统一的数据资源，形成水利对象数据模型，以及基础、监测、地理空间、对象关系、计算公式、决策计算模型等。

水务系统信息层还包括大数据存储平台，云计算支撑平台，满足基于大数据分析和机器学习等技术，为宏观调控决策提供参考。

2.1.3 智能管理决策层

智能管理决策层主要依赖于基础设施层和水务系统信息层的数据，经过云计算存储，大数据计算，得出结论。这里主要使用的是机器学习相关算法，为决策提供依据。

2.2 陕西三门峡库区智慧水务应用场景

本文以“水库信息数据”为例，就包含水库一般信息、水库水文特征数据、洪水计算成果、入库河流数据、出库河流数据、水库特征数据、水库水位面积、库容、泄量关系、水库主要效益指标、淹没损失及工程永久占地、大坝数据、泄水建筑物、单孔水位泄量、水库防洪调度、水库运行历史记录、水库出险年度记录、水库汛期运用主要特征、水库下游情况在内的庞大的数据采集量，为后续推动水利数据进行大数据建模分析、可视化、应用积蓄了力量［4］。

平台实现了对三门峡库区陕西段分布的水利数据到水利数据中心的实时汇集、海量水利数据的集中存储、结构化数据和非结构化数据的统一管理，以及数据分析和挖掘、山洪预警、洪水预警、河流湖泊治理决策、水资源智能优化调度等功能，充分展现大数据在水利治理领域预测、预警、决策、智能的超强能力［5］。

3 陕西三门峡库区智慧水务建设经济效益分析

作为国民经济发展的一大基础设施，水利作为具有公益性价值的同时，其经济效益的改善对于社会经济的影响不言而喻。水利信息化的主要经济效益不在于其工程措施，而在于其非工程措施。其经济效益主要集中在防洪减灾、环境保护、水资源节约等方面。水利信息化的建设能有效改善水利资源的调配，及时防治灾害发生，同时也发挥防洪工程和抗旱工程的作用，为社会带来巨大的经济节约的情况下带来潜在的经济效益。

3.1 提高信息的实时性，提高快速反应能力带来的经济效益

由于各种水利信息以及灾害信息的随机性较强，其时间、空间、强度往往难以预测，因此建立陕西三门峡库区的智慧水务系统，可以及时、准确掌握各种水利信息的变化，并结合地理和社会经济分布状况，及时会商分析，科学决策，提前做好水利资源调度预备工作，及时发布预警通报，提前启动应急预案。对保护环境，保护人民生命财产具有非常重要的作用［6］。

经过相关文献的分析可得，非工程措施的运用降低的损失占总减少损失的10%～20%。由于我国智慧水务还在起步阶段，这个经济效益远超20%。

3.2 提供决策分析辅助，提高决策能力带来的经济效益

通过信息化建设，合理调整陕西三门峡库区水务系统管网布置科学性，合理调整给水工程水利资源调度，及时调整供水管网压力，加强用水管理，改善供水的可靠性。不仅在水资源利用，也在保护环境、改善城市环境、改善库区两岸人民生存环境方面带来了很大的经济效益，为努力提高经济高质量发展，保持经济稳中向好、长期向好，加快转变经济发展方式，加大水务系统建设投资力度，为陕西三门峡库区发展带来更大经济效益。