数字化技术在水资源管理中的应用

王志强

（甘肃省张掖市甘州区大满水利电力管理处，甘肃 张掖 734000）

1 数字化技术

数字化技术是信息技术发展的高级阶段，是数字经济的主要驱动力。在当前背景下，云计算、物联网、GIS 以及人工智能等各类数字技术不断涌现，基于数字化技术的各种新生产模式、管理模式也不断产生。这些先进的科学技术与生产模式、管理方式正在推动着社会朝着更先进、更智能与更智慧的方向发展[1]。

数字化有狭义与广义之分，狭义的数字化主要是利用数字技术来改造有关场景与业务，从而达到降本增值的目的。而广义的数字化是利用数字技术对政府、企业等各类组织的业务模式、运营方式进行整体性与系统化革新甚至是重塑。在数字化技术体系下，数据是最主要的生产要素，运用数字化技术制定相关决策或是开展某些调度时都要以真实的数据为依据[2]。

2 数字化技术在水资源管理中的应用

2.1 数字化监控系统建设与应用

2.1.1 系统关键技术与建构原则 在当前背景下，有关单位或部门要以数字化技术为基础构建新型的具有动态监测、远程监控的水资源监测与管理系统，从而提升水资源管理的自动化与智能化水平。在设计与建设远程监控系统时，需引进传感器技术、自动控制技术、计算机技术、视频传输技术以及数字技术、通信技术与网络技术来构建具有丰富功能与稳定性能的管理系统，从根本上改变传统的管理模式，提高水资源管理效率。

在基于上述高新技术建设水资源管理系统时还需遵守相应原则。如基于数字化技术的远程监控系统要有良好的实用性。设计时以现有的网络资源、计算机资源以及技术资源为基础，根据水资源管理现状与需求，从实际出发对各平台已经建设起来的系统进行整合，开发出能满足当下水资源管理需求的数字化、远程化监控系统，确保系统具有足够的实用性。另外，基于数字化技术的水资源监控系统还要具有统一标准。在设计与建设系统时需做到数据接口定义与传输格式标准化，确保系统能适用于多种场所、多种情况。在建设系统时必须采用先进的技术，确保系统在技术上的先进性。设计系统时要根据实际情况，结合具体需求积极引进、合理应用当前出现的新工艺、新设备以及新技术，在确保系统安全稳定运行的情况下促进技术与设备更新升级，推动技术平滑过渡，使系统始终具有先进性[3]。

2.1.2 数字化监测系统架构 在基于数字化技术构建水资源监测与管理系统时，必须根据区域内的水资源管理及利用现状合理设计系统架构，科学建构系统框架。如远程监控系统必须要由引水状态监测系统、视频监视系统以及闸门远程启闭控制系统等构成。同时，监控系统中需要包含远程监控控件、视频控件、视频服务器以及计算机广域网上运行的软件系统等。基于数字化技术的远程监控系统要具备远程监视、监控及监测功能。

2.1.3 数字化系统功能及应用 为水资源管理工作设计的数字化远程监控系统要有水位监测功能。在设计与使用系统时，需于系统中引进超声波水位传感器，利用这一先进智能设备监测水位在不同时期的变化情况，使管理人员随时掌握水位数值。此外，系统要具备视频监视功能。设计及应用远程监控系统时，相关单位及人员需从实际需求出发，于系统中引入视频监视设备，装设彩色摄像头、控制解码器以及网络电话机、云台等。使系统能实时监测水资源变化情况，收集水资源变化数据，并接受相关的调控以及管理命令，实现系统对水资源的动态化管理[4]。

2.2 数字化工作体系建设与应用

2.2.1 建设数字化管理体系 在水资源管理工作中，数字技术是重要的管理工具与管理手段，相关部门与人员需科学合理应用数字技术高质量完成水资源管理工作。而要实现对数字化技术的有效应用，相关部门首先要对水资源保护目标、内容、要求以及难点等进行界定与明确，同时对水资源保护流程进行确定。在确定好业务问题与业务流程后再进行数字化设计，这样才能让数字化技术得到充分应用。根据我国相关政策与法律可知，各地水资源保护的基本要求是采用经济、法律以及行政等各项手段对流域内的水资源进行管理，将流域内的水环境控制在合理水平，使流域内的水资源能够实现可持续发展。基于此，要根据实际需求构建水资源数据库，并对区域内的通信网络进行完善，之后再逐步构建一个以流域机构为主体的智能化、数字化流域水资源保护管理组织网络。在基于数字化技术构建水资源管理数字化工作体系以及开展水资源管理工作时，要充分利用现代通信技术网、计算机技术以及大数据技术、网络技术提高水资源管理工作的数字化水平，推动水资源管理工作朝着信息化、数字化与智能化方向发展。

2.2.2 建设数字化水资源管理组织 各流域内的水资源管理组织并不是一个单一的管理实体，而是由国家水利部、环境保护局以及各级政府等共同组成的一个具有综合性以及复杂职能的组织。在数字化背景下，流域内各部门、各机构有必要发挥数字化技术的作用与优势，对水资源管理组织进行优化，构架起以流域机构为主体的网络数字化管理组织。为更好地开展水资源管理工作，基于数字化技术的水资源管理组织应当包含以下几个架构：作业支持层（基层人员操作），在作业支持层构建数字化的数据自动采集系统，由该系统帮助各基层人员更好地完成数据采集、水位监测、水环境检测等各项工作[5]，此外还要用于帮助组织中层管理人员的决策支持系统，如管理信息系统（MIS），用于支持组织单元决策自动化的信息系统，如基于神经网络和遗传算法的数据挖掘系统等。

3 数字化管理在水资源管理中的应用现状与成效

3.1 数字化管理在水资源管理中的应用现状

以张掖市甘州区大满灌区为例。大满灌区位于甘肃省张掖市甘州区西部，灌溉面积3.73 万hm2，其中纯井灌面积达2.03 万hm2。1 465 眼机井年提水量达到了8 453 万m3。地下水水位线逐年下降，地下水开采量接近了红线。为有效解决这一严峻的生态问题，灌区在2017 年结合农业水价改革，对灌区所有机井进行了数字化改造，将以IC 卡智能控制器、GPRS 传输模块、ZIGBEE 模块、多功能电参数采集仪、开关电源、刀型闸阀、互感器、限位行程开关信号避雷器等集成的机井IC 卡智能控制箱串联接入水泵启动柜。超声波水表安装于机井首部输水管道。建立了水管站—灌区—区水务局3 级管理模式，并接入了区水务局机井管理云平台，可对灌区内用水户是取水情况进行实时监控，随时掌握用水数据和机井运行状态。

该平台主要具有查询系统和智能机井配水系统。查询系统可以实时动态的查询机井的用水量、剩余水量、开关状态、网络通讯状态；可以查询机井建设信息、配水、充水、用水等信息报表，通过对信息报表的分析，可以提前做一些水情预判；也可以通过对一些信息异常机井的查询，及时安排工作人员前往现场进行维护。智能机井配水系统通过增减机井信息，将机井信息准确定位到相对应的行政区域和水管区域，根据机井覆盖的灌溉面积和取水许可证所限定的年度最大取水量，智能分配水量。

3.2 数字化技术在水资源管理中的应用成效

数字化管理在大满灌区地下水资源管理的应用经过几年运行后总体成效显著，地下水开采量得到了有效控制，农民用水成本降低，生态环境恶化情况明显好转，取得了良好的社会效益、经济效益和生态效益。

3.2.1 社会效益 超声波水表的应用使用水户真正做到了“用明白水”，从而达到了少用水、少缴费、降低用水户用水成本的目的；农民用水者协会根据农作物生长习性科学安排用水计划，节约用水，增加了用水事务的透明度，减少了水事纠纷的发生，提高了基层村社组织的公信度，降低了村社干部的工作强度和难度，为该区域实现高效节水、农民增收和社会主义新农村建设打造了坚强的水利基础。

3.2.2 经济效益 在对灌区机井进行数字化改造后，实现了水量计量、自动控制、分级分层管理，进一步完善了用水户计量管理，提高了农民用水者协会自主管理能力，并充分参与灌区用水管理，从而减少了用水浪费的现象；农业种植结构调整力度进一步加大，灌区通过农作物种植结构调查，灌区内集中连片种植低耗水高效益作物面积比例逐年加大，减少了用水量，使单方水效益大幅提高；灌区内由原来的大水漫灌、管灌模式不断向滴灌模式转变，有效控制了水资源开采，减少了灌水时间、劳动力和劳动强度，提高了农作物产量，取得了良好的经济效益。

3.2.3 生态效益 随着水资源有效利用率的提高，农业生态环境质量得到了明显的改善，新的农田生态系统正逐步形成，起到调节气候、降低风速、净化空气、减轻干热风、美化环境、保护生物多样性等多种生态防护作用，有效预防了干热风和风沙对环境的破坏，提高了抵御自然灾害的能力，为保证农业稳产高产创造了有利条件。

4 数字化技术在水资源管理中存在的问题及对策

数字化技术应用于水资源管理，特别是应用于基层水资源管理仍然是一个新课题，只能边摸索边进行。它是人员、硬件、软件和制度的一个有效结合体，在实际运行中还存在一些问题需要解决。

4.1 人员方面

基层水管工作人员大多文化水平较低，随着工作时间的积累，已习惯于原来的管理方法，对数字化技术的管理方式有一定的抵触心理，部分人员电脑应用技能薄弱，对新的管理方式“上手慢”。灌区应综合考量工作人员的文化水平、电脑应用技能水平，把接受新事物快、学习能力强的人员放到关键岗位，也可采取新老搭配、强弱组队的方式进行人员安排。单位应鼓励职工提升学历，并给予一定的补助。随着新老人员的接替，这些问题将会逐年弱化。同时，职工专业技能培训是提高其技能和知识、开发职工潜能、激发职工创新欲望、增强和提高单位总体管理水平最行之有效的方法。应有针对性地组织职工进行专业技能培训，提高数字化管理运行的顺畅度。可以外请专业人员授课，也可本单位内部以座谈会等方式进行经验交流。

4.2 软件方面

进一步优化软件功能，紧贴水资源管理工作实际，增加剩余水量预警、电压过高或过低预警等实用功能；优化操作界面，开发手机APP 方便管理人员使用；研发微信、支付宝等移动支付水费、电子票据等功能，进一步方便人民群众。

5 结语

水资源管理是一项复杂、系统、艰难的工作，必须要有一套健全完善的信息化系统来降低水资源管理难度，提高水资源管理效率。在当前背景下，流域内有关单位及部门要深入挖掘数字化技术的功能作用，充分发挥数字化技术的作用，建设水资源数字化监测系统，构建数字化工作体系，从而提高水资源管理效率，巩固水资源管理成效，使数字化技术服务于水资源管理、服务于农业、服务于社会。