数字化技术在水资源管理中的应用

叶晓劼

（浙江省钱塘江流域中心，浙江杭州 310000）

0 引言

水资源具有时空分布不均的特征，再加之人们过去未意识到科学用水的重要性，对各地的水资源进行了长期的不合理开发，使得水资源污染较为严重，许多地区的水资源面临枯竭的问题，也让各部门用水矛盾变得更为紧张。若想将以上问题有效解决，就必须研究新式、合理的水资源管理方法，让水资源获得更为可靠的使用。因为传统管理方式无法满足以上需求，因此可尝试对水资源实施数字化管理，而这同时也是当前水资源领域中的一个重要研究课题。

1 水资源领域主要运用的数字化信息技术

1.1 RS 技术

RS 技术是一种遥感技术，也属于数字化技术范畴，一般运用于旱情监察、水质评估、洪涝防控等多个方面。RS 技术能够让水资源管理效果远超人工模式，因此，也在水资源领域获得了广泛的运用。RS 技术采集到的信息数据相对较多，还能做到对信息的合理分类与整理。在开展水资源研究工作期间，可适当运用RS 技术，不过不得太过依赖此项技术。在实际工作中，可采取将RS 技术与勘测技术联合的方式，通过人工补足RS 技术的短板，此种优缺点互补的方式，能够给水资源的研究、管理、保护工作提供更为详细、完整的数据资源支持[1]。

1.2 GIS 技术

GIS 地理信息体系是在电脑软硬件的大力支持下，创建形成的空间式信息机制，主要是利用GIS 技术对地球表层地理分布状况进行全方位的观测，再把采集获取的信息资源加以运算、整理、分析。将GIS 技术运用到水资源管理工作之中，能让相关管理系统更加完善，还能提供更加高效的水资源数据查询服务功能，再结合网络技术实时观察降水与洪峰流量和水资源相关的要素，为防洪抗灾工作的顺利开展提供重要依据。

1.3 GPS 技术

此技术具有精确度高、自动化水平高的特征，也是全球卫星定位中的一种系统，因此，在水资源管理工作中得到了广泛的使用。将GPS 技术灵活运用到水资源行业，有利于水利信息空间位置的获取与精准定位，还可精准测量出地形、地貌等信息。目前，此技术一般运用于水下地形测量、防汛抗灾方面，能够为确定灾害事故发生的具体位置、进行灾后救援工作提供一定支持。

2 数字化技术在水资源管理中的应用

2.1 数字化监管系统建设与应用

2.1.1 系统关键技术与建构原则

在目前的发展形势下，水利行政主管部门利用数字化技术建立具备动态检测、远程监管功能的水资源监管系统，以此提高水资源管理工作的自动化、智能化程度。在远程监管系统的规划、建立过程中，需要联合应用传感器、自动化控制、计算机、视频通信、数字网络技术等，创建具有多元化功能、可靠性能的管理系统，从源头上变更传统管理方式，提升水资源管理工作的质量和效率[2]。

利用以上新式技术，构建水资源监管系统时还应当遵从有关原则。例如，基于数字化技术的远程监控系统应具有较强的实用性。在进行系统规划设计时，应当结合已有的网络、计算机、技术资源、水资源管理状况以及发展需要，因地制宜地对各大平台已建成的系统进行融合，研发出能充分满足目前水资源管理要求的数字化、远程化监管系统，保证系统具有较强的实用价值。此外，所建设的水资源监管系统还必须满足统一性、系统性标准。在进行系统规划设计和创建的过程中，应当将数据接口定义和传输格式做到标准化，保证系统可以适应多类场合、场景。

2.1.2 数字化监测系统架构

利用数字化技术创建水资源监管系统的过程中，应当按照管辖范围内的水资源现况选择合适的系统架构，合理建设系统框架。例如，在远程监管系统中一定要涵盖引水状态监管、视频监控、闸门远程操控系统等。而且，监管系统内也要包括远程监督控制元件、视频控制元件和服务器、计算机广域网运行软件等工具，要确保最终建立的远程监管系统具有完善的远程监督、控制和检测功能。

2.1.3 数字化系统功能及应用

服务于水资源管理工作的数字源远程监管系统应当具备水位监督测量功能。在对系统进行规划设计和实际使用时，应当在系统内引入超声波水位传感装置，利用此装置监督水位在各时期的状况，让管理人员能够及时获取水位数据。另外，系统还需具有视频监控功能。有关单位部门与工作人员应当结合实际需求，从系统内引进视频监视装置，安装高清彩色摄像头、控制编译解码器、网络通信设备、云台等，让系统可以全天候监测水资源变化状况，采集水资源变化信息，同时接收有关操控、管控指令，以此实现系统对水资源的动态、实时性管控[3]。

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引入数字化技术，要求管理部门先明确水资源保护目的、工作内容、指标规定、重难点等，还要规划好水资源保护工作的实施流程。在完成以上工作的基础上，再开展数字化设计巩固工作。应当按照实际要求创建水资源数据库，同时对流域中的通信网络进行优化，再有序创建出一个以流域为核心的智能、自动、数字化水资源保护管理体系。利用数字化技术创建水资源管理机制，促进相关管理工作的高效落实，应当合理运用现代通信技术、计算机技术、物联网技术等，提升水资源管理的信息化程度，带动水资源管理工作朝着更为先进的方向迈进。

2.2.2 建设数字化水资源管理机制

不同流域中的水资源管理单位并非为统一的管理实体，是由我国水利部门、生态环境部、当地政府等一同组建的，是综合性强、复杂程度高的职能组织。在信息时代下，每一流域的管理单位都应当积极引进数字化技术，将此技术的功能、作用更充分地发挥出来，以此实现对水资源管理体系的改进，创建以流域中全体水利行政主管部门为核心的网络信息化管理机制。为了将水资源管理工作更为高效地落实，以数字化技术应用为基础的水资源管理机制需要包括作业支持层，主要是由技术人员负责操作，在此方面创建数字化信息自动收集系统，再用此系统辅助每位技术人员更加高效地进行数据收集、水位测量、水环境监管等各方面工作[4]。另外，还要用到辅助管理工作实施决策的支持系统（如MIS）、用来支撑管理机制单元自动化决策的信息系统（如神经网络等）。

2.3 开发GIS 模块

GIS 地理信息系统是通过对电脑软件的应用构建空间型信息体系，在利用GIS 技术的基础上，可以对地球表层的地理分布状况进行实时、全面的观测，再把收集到的信息加以计算、整合、存储。系统中包含的各类终端GIS 模块具备可视化呈现、检索定位、分析评估等多项功能，由此就能为不同客户端提供个性化服务。例如，百度地图所提供的基础电子地图就具备GIS 功能，地图的API 与水资源管理工作要求相结合，实现GIS 功能的规划设计，创建WebGIS 和移动手机软件模块的GIS 功能。另外，还能根据水资源管理需求提供相应的增值服务，创建本地数据管理库。如查找本地数据库内的取水户、排污口、水质监测断面、涉水系统等业务信息，再联合百度的空间图层，构成一个特殊性的GIS 增值服务体系。以NASA World Wind 开源代码为基础构建的三维数字地球体系，具备更加完善的信息共享功能，确保信息传输具有更强的及时性、更强的拓展性，能应用于更多的平台，减少了系统开发的成本，同时还能节省基础地理信息、遥感信息更新方面的成本。

2.4 水资源管理信息化水质与旱情监测系统

对于水资源管理系统之中的农业灌溉、旱情监测等功能，可直接在灌溉区域设置一个监测断面，基于对断面的精准检测，能够显著提升灌溉区域水质监测工作的准确性和时效性。如果发现水资源中存在污染物质，就要利用数字化水资源技术，模拟污染物质扩散的具体路径，从而预估污染物的扩散范围，全方位提升污染物处理水平和水资源保护效果。此系统还能根据降雨条件、土壤状态、气候因素等相关信息实现旱情的准确预测。在旱情监测工作中引入数字化技术，能够更加精准地掌握水资源管辖范围的实际情况，从而明确目标区域是否存在旱情，还可利用GPS 系统对出现旱情的区域加以锁定[5]。

3 数字化技术在水资源管理中的应用成效

钱塘江属于浙江省的第一大河流，横跨了浙江、安徽、江西、福建、上海5 个省、直辖市，流域面积达55558km²，而其中有86.5%分布在浙江省内，占据整个浙江省总面积的47.2%。为了能对钱塘江河口水资源进行科学合理的开发与利用，保障钱塘江河口生态环境的平衡，带动环杭州湾区域经济事业的持续稳定发展，基于省委、省政府要求，省水利厅联合相关部门自2002 年11 月份开始，组织实施有关调研以及水资源规划利用工作。将数字化技术运用到钱塘江河口水资源管理工作中，历经数年的使用之后，总体看来成果斐然，水资源的配置工作更加科学合理，而且农业方面的用水成本大幅减少，生态环境问题得到了持续性改进，带来了较大的社会、经济以及生态方面的效益。

3.1 社会效益

超声波水表的使用让用水客户更加清楚明白地了解水的应用情况，以此达成了少用水、少花费、减少用水成本的目标；农业用水协会按照农作物的生长特征合理规划用水方案，减少总体用水量，提高了用水事务的公开透明性，避免了水事纠纷的出现，提升了基层村社组织的公信力，减少了村社管理人员的工作压力和工作实施难度，也为当地高效用水、高度节水、农户增收奠定了坚实的水利基础，更有利于推动社会主义新农村建设工作的良好实施。

3.2 经济效益

将河口地区机井完成数字化改造以后，开展水量统计、自动调控、分级分层管控工作，用水客户的计量管理工作得到了更有效的优化，提高了农业用水协会的自主管控水平，同时也要投入更多精力参加河口地区的用水管理工作，以此缓解水资源浪费的问题。随着农业种植规模的持续扩大，河口地区针对当地农作物种植情况展开了详细的调查，当地集中种植低耗水、高收益作物的比例呈现每年增加的趋势，降低了用水量，提高了水资源的利用率。河口地区从原本的大水漫灌、管灌逐渐改变成滴灌，有效减少了对地下水的开发使用，更减少了灌水耗时、人工资源的投入以及工作量，提升了农作物的总产量，带来了更高的经济收益。

3.3 生态效益

伴随水资源利用效率的不断提升，农业生态环境水平也获得了显著的优化，新型农田生态系统正慢慢形成，发挥出了调节气候、缓和风速、改良空气质量、减少干热风、美化自然环境、保障生物多样性等多方面的生态防护功能，提升了抵抗自然灾害的能力，也为农业领域的稳产增收提供了良好条件。

4 结语

把数字化技术运用到水资源管理之中，可以显著提升水资源管理质量，还可加强对水资源的科学开发和高效利用。伴随数字化技术的日益成熟，其未来必定会在水资源管理中起到更重要的作用，为水资源管理中的信息采集、日常管控、合理决策等提供更优质的服务，由此创建形成更加健全的水资源决策支持体系，推动水资源管理能力的持续提升。