水利行业信息化现状与发展概述

刘 辉 方国材

(1.水利部水利水电规划设计总院，北京 100120；2.中水淮河规划设计研究有限公司，安徽 蚌埠 230000)

1 前 言

水利行业信息化是利用新一代的信息技术和人工智能，将传统的工程水利新生出现代水利新业态。根据工业4.0对于工业技术的四个阶段(机械化、电气化、信息化和智能化)的定义，结合水利行业的技术发展过程，将水利行业信息化发展概化为“自动化、信息化、数字化、智能化”四个阶段。目前，我国水利行业处于信息化阶段，随着“十四五”水利行业信息化的发展，将实现更加透彻的感知、更全面的互联互通、更科学的决策和更智能的管理。预计未来几年，我国水利行业信息化将逐步进入数字化阶段，到2035年，我国水利行业信息化将进入智能化阶段。

2 发展历程

我国水利行业信息化起步较晚，于20世纪70年代围绕水位、流量等水情信息等方面开展建设，并对信息源进行处理。至90年代，随着微型计算机和网络平台的发展，水利行业信息化开始向这两个方面转型，特别是在1998年特大洪水发生后，国家开始布局建设国家防汛抗旱指挥系统[1-2]。进入20世纪，随着“以水利信息化带动水利现代化”发展思路和“金水工程”的确立，水利行业信息化感知采集体系，网络设施逐步完善，数据资源管理逐步加强，业务应用系统逐步深入，安全体系逐步健全，技术应用逐步扩展，行业管理逐步强化，形成水利行业信息化全面的发展升级[3-4]。至“十一五”末期，我国已初步形成包括基础设施保障体系、业务应用保障体系及系统运行环境保障体系等多方面的水利行业信息化应用综合体系。至“水利信息化发展十三五规划”期间，已逐步形成信息技术与水利业务深度融合、水利模型与信息化技术相结合，水利网信水平逐步提高，水利行业信息化进入快速发展、快速变革阶段[5]。“十四五”初期，我国水利行业信息化仍然处于“强基础、补短板、上水平”阶段。进入2021年，水利行业信息化已向数字化转变，注重“四预”研究，加强以防洪调度、水资源管理为基础，多业务相协调的“2+N”发展体系。

未来，水利行业信息化将继续以需求为导向，以技术发展为引领，加强基础设施体系建设、数据资源管理体系建设、应用支撑体系建设及“2+N”的智能业务应用体系建设，形成区域和流域协同推进、中央统筹推进的新局面。进而将促进水利网信提档升级，水利数字化水平和重点领域智能化水平明显提升，水利信息化进一步高质量发展。

3 关键因素分析

水利行业信息化的建设是多维驱动体现、多位发展的结果，纵观整个水利行业信息化发展历程，各阶段都与政策支持、投资融资、企业进步、技术发展息息相关，同时,政府的政策制定、投资及技术发展也已成为水利行业信息化发展的关键因素。

3.1 政策因素

水利行业信息化发展是以市场为导向，以政策驱动为基础，其发展的各个阶段，都伴随大的政策的调整。总结2010—2020年我国水利行业信息化的主要政策，每次政策的发布都伴随着重点业务和重点领域的发展，能力、管理、服务全面提升。

2011年通过《中共中央 国务院关于加快水利改革发展的决定》的发布，促使我国基本建成防洪抗旱减灾体系，目前已建成国家防汛抗旱指挥系统一期和二期，重点城市和防洪保护区防洪能力明显提高，抗旱能力显著增强。2012年发布的《全国水利信息化发展“十二五”规划》，以水土保持为重点，形成各级数据采集、传输、共享交换及发布的数据贯通体系，提高了水土保持的信息化应用水平。2014年水利部制定了《水利部关于深化水利改革的指导意见》，指出在重要领域和关键环节，提升水利信息化的保障能力。2015年根据《全国水利信息化发展“十三五”规划》要求深化技术与业务融合，积极探索科技创新，进一步推进信息互联互通，最大程度发挥水利信息化资源效率。2019年通过《2019年水利网信工作要点》《智慧水利总体方案》《水利业务需求分析报告》发布，实现了水利行业信息化在信息资源、业务应用、新兴技术及水利工程建设管理等方面的突破，推进了国家治水体系和治水能力现代化。2020年，水利部办公厅印发的《2020年水利网信工作要点》中，明确提出大数据、人工智能、5G、BIM、电子签章、区块链等技术与水利业务深度融合，并在水利工程建设和运维管理方面进行试点。

3.2 投资因素

根据水利部发布的《全国水利发展统计公报》有关数据，见表1，水利行业信息化投资及水利信息化占比都稳步提高，其中水利行业信息化投资方面，预计2025年较2016年投资额增长一倍有余，水利行业信息化占比也由1.6%增加到3.6%，水利行业信息化投资地位逐步提高，进一步说明信息化在水利工程建设中逐步被重视、认可。近期至2022年，我国将推进150余项重大水利工程建设，内容涉及防洪、水资源管理、灌溉节水和供水、水环境水生态及智慧水利平台5类，预计总投资也将达到1.29万亿元。

表1 2016—2025年水利投资及水利行业信息化投资

随着5G网络普及，BIM、人工智能、大数据等技术的应用，结合“2+N”智慧水利的结构体系逐渐完善，以及安全体系和标准规范体系的建设，将继续强化水利信息化水平，建设数字化平台，规划智能化应用。预计“十四五”期间，包括防洪调度、水资源管理、水工程建设运行、智慧水利、防汛抗旱、河湖管理、水土保持、行政执法、水环境水生态等在内的全国水利行业信息化领域的投资规模将超过1500亿元。预计到“十四五”末，水利行业信息化投资将占水利工程总投资的5%。

3.3 技术因素

技术发展是推动水利行业信息化前进的关键因素之一，随着各类业务的不断融合，行业内大型企业的资金投入，水利行业信息化技术不断提升。从大数据、人工智能、5G、BIM、电子签章、区块链等技术的提出，到这些技术的融合、数字孪生、智慧使能体系建设，突出了技术的发展与提高，同时，技术也推动着企业规模的扩大和企业实力的提升。

水利行业信息化技术主要包括5G、物联网、大数据、人工智能等新一代信息技术。通过水利行业信息化技术的运用，水利场景数字化、模拟精准化、决策智慧化等能力的建设得到推进，具体涉及感知、传输、应用支撑和业务应用等内容。在监测感知方面，通过利用传感、定位、视频、遥感等技术，优化完善水利监测站网布局，强化在线监测、自动监测以及应急监测能力；在信息传输方面，通过提升通信和网络新技术应用水平，强化水利网络安全态势感知和水利关键信息基础设施的安全防护；在应用支撑方面，通过集成耦合水文、水力学、水资源、水工程、工程调度等专业模型及可视化模型，推进数字孪生流域模拟仿真能力建设，并提升联机计算和数据实时处理分析能力；在业务应用方面，以数字化场景、智慧化模拟、精准化决策为路径，积极探索构建水利数字孪生应用场景，推动构建 “2+N”智能业务应用体系，提升仿真、分析、预警、调度、决策和管理支撑能力。因此，水利行业信息化技术的发展，必将推动水利智能业务体系的建设，提高“四预”(预报、预警、预演、预案)和智能调度能力，推进我国水利行业信息化高质量发展，为我国水系治理体系和治理能力现代化提供有力支撑与强力驱动。

4 问题现状和应对措施

4.1 问题现状

我国水利行业信息化发展近年来突飞猛进，特别是“十三五”以后，已经在资源开发利用、数据交换共享、水利工程建设管理等方面取得了较大成效。但是在新政策、新需求、新技术的背景下，水利行业信息化建设还存在诸多不足，如缺乏必要的人才培养机制、区域发展不平衡、标准建设不统一及新技术不能及时、有效应用，这些方面需要进一步完善、提高。

4.2 应对措施

针对目前我国水利行业信息化存在的问题，实现水利行业信息化的进一步发展，建议从以下几个方面着手：

a.加强人才队伍建设，形成梯队管理。针对目前水利行业信息化人才缺失问题，特别是基层单位，可从高校中选拔，以梯队形式培养，以快速融入、以旧带新的模式，使相关人员快速成长。

b.国家统一布局，以工程带动区域。国家重视跨区域、跨流域的水利工程建设，形成以水利工程信息化建设带动区域信息化建设，使多区域信息化水平同步提高。

c.标准规范顶层规划，局部完善。针对目前信息化系统普遍存在的标准规范建设问题，国家应该出台相应政策，制定统一标准，个别信息化系统根据实际建设需要局部完善，实现从上至下信息化系统建设的统一。

d.技术深度挖掘，业务充分融合。深度挖掘目前主流信息化技术与水利行业的关系，将新兴技术充分应用到水利业务中，不断提高水利行业信息化系统建设水平。

5 未来发展趋势

目前水利行业信息化处于信息接收、处理、展示、分析，水利模型初步应用阶段。预计到2025年，水利行业信息化将以“2+N”整体架构体系，在注重防洪调度、水资源管理的同时，关注河湖管理、水工程、水土保持、节水保护、智慧灌溉等业务，并与数字模型、水利模型、智慧使能深度融合，建立“预报、预警、预演、预案”的水利行业数字化平台，提升基础设施、信息资源、支撑组件及业务系统的应用水平。预计到2035年，将在信息化平台的基础上，进一步提升达到水利行业智能化应用目标，形成区域加流域综合管理、流域与流域协同管理新理念，并在区域和流域间，形成业务多维融合，流域与流域间，形成联合调度、联合运行多位一体的新模式。

6 结 语

水利行业信息化整体是伴随着信息化技术进步不断发展的，在不同阶段有着不同的需求和实现方式。其整体发展在感知、基础设施、数据资源管理、应用支撑平台、应用系统等模块提升的基础上，逐步进步。目前，水利行业信息化处在信息感知、数据汇集、共享、交换、资源利用及信息展示和分析阶段，预计到2025年，将在信息化阶段的基础上，结合数字模型、水利模型、智慧使能的应用，逐步向数字化转变。