水联网及智慧水利背景下提升水资源效能研究

滕 飞

（河南省水利移民事务中心，河南 郑州 450000）

0 前言

中国社会经济快速发展背景下中国水资源供需之间的矛盾日益突出，已经成为制约社会经济发展的重要因素。如何有效调控水资源，提升水资源效能，成为社会普遍关心的问题。在网络信息化时代，有必要创新应用先进的网络信息技术，构建系统的水联网和智慧水利系统，实现水状态实时监测，为水资源优化配置提供科学依据，进而和提升水资源效能，更好服务社会经济发展。

1 基本概念

1.1 水联网和智慧水利

水联网是一种先进的水资源管理工具，其可以动态显示水流物理流动过程以及水质数据，并基于模型对水资源未来发展进行预测，进而为水资源优化配置提供依据。水联网涉及气象学、信息学、互联网以及水动力学等多个领域，是未来水资源管理的重要发展趋势。过去中国水资源利用效率较低，跨区域统一调配难度大，更没有形成各部门之间共享的水资源监测系统和风险预警机制。水联网可以将水资源信息进行动态呈现，并对其进行智能化管理，可以及时了解水资源供需调配不足情况，及时进行水资源调配，提升水资源利用效能。水联网的出现推动了水资源管理的智能化和智慧化发展，因此水联网也被称为智慧水利。

1.2 水资源效能

水资源效能主要包括自身内涵效率和外延效率。水资源效能高低标准在很大程度上由渠道系数、灌溉水利用率和供水管损失率等所决定。目前中国对水资源效能评价尚未形成明确统一标准，在不同领域水资源效能评价存在一定差异，比如：在农业灌溉领域主要采用水资源灌溉系数和GDP耗费水量对水资源效能进行评价，水资源效能越高，相同水资源条件下可以灌溉更多的农田，GDP耗费水量随之下降。

2 水联网及智慧水利提升水资源效能关键技术

2.1 水资源预测云计算

水资源预测是进行水资源管理的首要环节，只有明确水资源量才能够为后续水资源调配奠定基础。云计算基于分布式计算架构可以对复杂信息资源进行处理，为解决复杂问题提供技术支撑。水联网背景下对水资源预测进行计算需要考虑多个方面，包括水循环、水分配、水资源调控过程等，并需要将计算结果直观清晰呈现出来。同时在水资源预测中水利信息化需要大量的数据支撑和模型非结构化，这就需要在云计算过程中不断提升数据信息的标准化程度和模型的集成程度。在实际水资源预测云计算过程中，考虑到不同的影响因素以及不同的模型，云计算也存在诸多技术难点，有待于进一步攻关研究。整体来说水资源预测云计算可以显著提升水资源预测的准确性，为水资源精准调配以及水资源全程监控创造了有利条件。

2.2 水资源需求云服务

云服务是指通过网络以按需、易扩展的方式来获得所需服务，这为水联网在水资源管理中的应用提供了良好平台。要想有效提升水资源效能，要求供水、用水均需要满足市场需求，要求管理具有一定的前瞻性和可预见性，具有足够的储备量和延时供应量，从而有效满足当前和未来的水资源需求。水资源需求云服务在云计算基础上，对水资源信息数据进行集成整合，一方面可以准确了解用户的水源需求，实现水资源合理调配和高效率配送，同时降低了水资源管理成本；另一方面可以动态掌握水资源相关信息，为水资源管理调配提供动态支持。以中国部分灌溉地区为例进行分析，其对水资源需求量相对较多，需要基于各个年度的具体情况以及农业用水量来综合确定水资源需求。果蔬种植具有明显的季节性特点，不同类型果蔬的耗水量存在明显差异，同时种植园的面积、区域降水量以及区域储水能力也存在明显的区别，果蔬前期的成长情况也会对后续用水量产生影响。针对这些问题便可以利用水资源需求云服务获取更加全面准确的动态信息，综合预测该地区的需水量和降水量，然后实现水资源的精准调配，避免程序化灌溉，显著提升水资源效能。

2.3 多水源供给智慧调度

多水源供给智慧调度是水联网径流预报和流域情况预报的重要基础，在水资源信息整合的基础上，寻求与市场目标相匹配的水源进行供给，有助于更好满足用户需求，更为科学合理地对水资源进行调配，这些水资源包括地表水、地下水、非常规水等多种，进而有助于提升水资源效能。多水源供给智慧调度可以在水资源供给情况发生变化时，从时间、空间等多维度进行综合考虑，有效降低水资源调配的风险和不确定性。比如：对地表水和地下水进行联合调配，便需要充分考虑地表水的供应能力和地下水的储备能力，在满足供给的条件下还需要考虑地下水开采所产生的后续影响。在非常规水资源管理方面，需要注意两个方面：一是需要对污水再生水进行统筹管理，便于其再次利用；二是对雨水资源的实时调度也要充分合理，只有这样才能够在常规水资源的基础上最大程度发挥非常规水资源的更大效能。在多水源供给智慧调度背景下想要实现水资源的长期存储和科学管理，需要形成一套科学完善的评估体系，对水资源进行科学评估，并基于区域天气和水文特点来综合编制方案，保障方案的合理性。中国北方地区水资源相对匮乏，并且部分区域水资源呈现逐年递减趋势，干旱现象越来越普遍，在这种情况下跨流域进行水资源调配和进行水资源安全储备具有重要意义。多水源供给智慧调度综合水资源动静态信息，对水资源调配进行科学合理安排。特别是对于水资源短缺的地区，通过多水源供给智慧调度可以在国家水资源安全层面进行整体部署，提升水资源利用效率，更好发挥水资源效能。

2.4 水资源管理精准投递

水资源管理精准投递与常规的物品精准投递存在明显的差异，主要体现在水资源管理精准投递面临更为复杂的环境因素，需要对水资源管理整个过程进行正确模拟，才能够确定有效的控制变量和状态变量，对每一个水源流动环节进行优化，实现整个涉水过程的实时监控，准确反映当前的水情、旱情以及水资源市场需求等，并对未来一段时间的水情、旱情以及水资源市场需求等进行科学预测，在此基础上进行水资源调配，进而实现水资源管理的精准投递。在水资源管理精准投递中构建综合的耦合水资源管理系统和对涉水过程进行模拟是关键，有助于水资源管理精准投递对外界环境变化及时作出响应，更好满足社会经济发展对水资源的需求。目前利用物联网和手机系统尚未完全攻克复杂水资源管理精准投递中的多目标非线性问题。研究人员希望通过水资源管理系统对整个涉水过程进行实时监控，对用户需求进行整合，综合考虑供水途径和路径，然后基于不同地区的具体情况，对水资源进行综合分析，最后确定水资源管理精准投递策略，进而优化精准投递路径，避免超负荷情况，提升水资源利用效率。

2.5 水效能评价过程控制

在水联网背景下为了提升对水资源的利用效能，需要对水量时空分布进行合理评价，并对用水准确性和时效性提出更高要求。水联网服务能力在很大程度上决定了水资源利用效率，配水准确性和时效性决定了水资源效能高低，水资源利用所产生的效益取决于用水对象，这几部分相互联系，相互作用，共同决定了水资源跨流域的利用率。因此，在水联网和智慧水利建设中对水效能进行科学准确评价是非常重要的环节，既有助于优化水联网硬件设施，又有助于扩大数据信息覆盖面，提升信息传递的及时性和有效性。水效能评价过程控制通过最符合水循环发展和利用的评价指标体系，基于水联网获得的信息对水资源进行调控，可以显著提升动态水流管理的信息化水平，可以基于时空环境变化来改变动态水流轨迹，进而提高水资源管理的适用性，促进水资源效能达到最大化。

3 结语

综上所述，随着中国社会经济的进一步发展，水资源短缺和不平衡问题更加突出。水联网和智慧水利是先进网络信息技术在水资源管理中的创新体现，其通过水资源预测云计算、水资源需求云服务、多水源供给智慧调度、水资源管理精准投递以及水效能评价过程控制等多项关键技术，实现了复杂时空环境下水资源的准确计算和科学预算，并基于用户需求确定最优的水资源投递路径和投递方式，进而显著提升水资源利用效率和效能。目前中国水联网和智慧水利建设中还存在一些不足，相信随着科学技术持续发展，其将在中国水资源管理中发挥更大的作用。