青島市智慧水利理論框架研究

周蕓　宮方杰　王粲然　伍玉良　宋新華

【摘 要】隨著青島市社會經(jīng)濟的進步，水問題日趨顯著，已成為制約其經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展的瓶頸。為了貫徹落實水生態(tài)文明理念，助力青島市水生態(tài)文明試點城市建設(shè)，本文在青島地區(qū)開展智慧水利理論框架的研究。研究結(jié)果表明，青島地區(qū)水利信息化發(fā)展較快，水資源分配不均，水環(huán)境問題嚴峻，適合作為智慧水利理論框架的研究區(qū)域。本文重點規(guī)劃了青島市水利云中心、數(shù)字流域系統(tǒng)平臺和天空地一體化監(jiān)測系統(tǒng)，為青島市一體化的水資源管理體系提供了支撐，為青島市水利信息化建設(shè)提供了技術(shù)保障。此次研究有助于科學(xué)高效地應(yīng)對和解決水資源短缺、水污染、水生態(tài)破壞等諸多水問題。智慧水利的發(fā)展是青島水利未來發(fā)展的重中之重，代表著我國水利發(fā)展的新方向、新趨勢，是我國水利現(xiàn)代化發(fā)展的必由之路。

【關(guān)鍵詞】智慧水利；理論框架；水資源管理；水資源保護

中圖分類號： TV213.4 文獻標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）35-0192-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.35.083

0 引言

水作為生態(tài)環(huán)境的控制性要素，在整個生態(tài)環(huán)境中起到重要的作用，水生態(tài)文明作為生態(tài)文明的重要組成部分，是推進水生態(tài)文明建設(shè)的中心工作，是建設(shè)中國美麗環(huán)境的重要基礎(chǔ)[1]。水生態(tài)文明建設(shè)考慮的是人類的活動，而不僅僅是考慮水生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r。人類社會的不斷發(fā)展，人類向自然的不停索取，影響和改變著大自然，而大自然的退化又會對人類反作用，形成制約甚至懲罰。故水生態(tài)文明建設(shè)與水生態(tài)系統(tǒng)保護和修復(fù)相比，具有更深層次的意義[2]。

2013年，習(xí)近平總書記在中央城鎮(zhèn)化工作會議上提出“建設(shè)自然積存、自然滲透、自然凈化的‘海綿城市”的水生態(tài)建設(shè)理念，改變以往排水防澇的用水思路，將雨洪資源當(dāng)做國家的一項重要資源去利用，并盡量減少對生態(tài)環(huán)境的影響[3]。近年來，全球氣候變化和人類活動加劇使得水資源的管理更加復(fù)雜化，水文的復(fù)雜化、地形的迥異性和海量數(shù)據(jù)的存儲使得水資源的開發(fā)利用管理向智慧時代邁進，水利發(fā)展新技術(shù)的研究變得更加迫切。

本文以青島水利建設(shè)為例，重點研究青島地區(qū)水資源管理模式，開展青島智慧水利理論框架研究，完成青島水利信息化、現(xiàn)代化建設(shè)，以求加快水生態(tài)文明建設(shè)的腳步。智慧水利框架的研究對青島地區(qū)水資源配置問題、水資源監(jiān)管問題、水資源污染問題、水生態(tài)破壞問題、水資源短缺問題及水利設(shè)施的規(guī)范和監(jiān)管問題有很大的幫助，可以充分實現(xiàn)青島地區(qū)水利資料共享，各部門協(xié)調(diào)銜接發(fā)展，水污染水生態(tài)問題明顯緩解和水資源短缺問題的有效改善等。此次研究的重點在于智慧水利框架的青島化研究，要建設(shè)獨一無二且符合青島地區(qū)實際情況的理論框架和體系，有效的解決當(dāng)?shù)厮Y源管理漏洞。此次研究的難點在于青島地區(qū)地形復(fù)雜，水系眾多，人類影響因素較大，信息化建設(shè)不到位等。

1 智慧水利的概念和內(nèi)涵

智慧水利是一種建立在高效智能化的水資源管理系統(tǒng)上的智慧模式，以云數(shù)據(jù)庫為核心的智慧水利云系統(tǒng)，有助于實現(xiàn)專業(yè)信息、流域信息和區(qū)域信息的無縫式統(tǒng)計，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的有效利用和實時共享；以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、無線傳感技術(shù)為核心的信息傳輸系統(tǒng)，有助于實現(xiàn)信息的實時更新和反饋，增加互聯(lián)互通，有助于解決異地會商困難、部門不協(xié)調(diào)不銜接等問題，實現(xiàn)水資源統(tǒng)一門戶、分級管理；以天空地一體化信息采集技術(shù)為核心的監(jiān)測系統(tǒng)，積極開展物聯(lián)網(wǎng)、衛(wèi)星遙感、雷達遙測、視頻監(jiān)控、全球定位與信息感知技術(shù)的應(yīng)用，持續(xù)增強水利信息監(jiān)測與采集能力，提高時效、豐富內(nèi)容，實現(xiàn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的實時、連續(xù)采集工作，完善數(shù)據(jù)種類，為水利建設(shè)提供有效的水利資料和技術(shù)支撐；智能水資源管理系統(tǒng)，可以幫助解決水資源的調(diào)度、配置問題，實現(xiàn)水質(zhì)、水生態(tài)的無縫式監(jiān)管，完善水利業(yè)務(wù)標(biāo)準(zhǔn)和業(yè)務(wù)規(guī)范，實現(xiàn)水資料的大眾查詢和反饋；以異地會商為核心的決策支撐系統(tǒng)，為決策的實時傳達和反饋做了鋪墊，有利于快速決策和靈活調(diào)度。

2 青島智慧水利總體框架

本文根據(jù)青島地區(qū)流域特征、水資源特點、民族文化、社會經(jīng)濟發(fā)展需要以及水利建設(shè)現(xiàn)狀，研究并設(shè)計智慧水利框架。

框架結(jié)構(gòu)圖是以八大系統(tǒng)為平臺，以水利云端數(shù)據(jù)庫為核心，以數(shù)字流域的仿真模擬系統(tǒng)為基礎(chǔ)，結(jié)合監(jiān)測系統(tǒng)、業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)、公眾服務(wù)系統(tǒng)、決策支撐系統(tǒng)、執(zhí)行反饋系統(tǒng)和信息傳輸處理系統(tǒng)的智能化框架結(jié)構(gòu)。主要系統(tǒng)如下：

水利云系統(tǒng)：是以云計算、云存儲技術(shù)為核心的大數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，以云存儲和云計算的方式，取代了以往的人工紙質(zhì)存儲和人工計算模式，有效的實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的實時傳輸和共享。水利云數(shù)據(jù)庫存儲整理了青島當(dāng)?shù)貧庀笮畔?shù)據(jù)庫、遙感信息數(shù)據(jù)庫、河湖水系信息數(shù)據(jù)庫、土壤水文信息數(shù)據(jù)庫、流域水文信息數(shù)據(jù)庫、流域水資源信息數(shù)據(jù)庫、生態(tài)水文信息數(shù)據(jù)庫、生態(tài)環(huán)境信息數(shù)據(jù)庫、水功能區(qū)信息數(shù)據(jù)庫、水利社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)庫、城市供排水信息數(shù)據(jù)庫以及防洪體系數(shù)據(jù)庫等多種數(shù)據(jù)庫，涵蓋了青島地區(qū)各類水文或相關(guān)數(shù)據(jù)，有效的整合當(dāng)?shù)厮膶I(yè)信息、流域信息、區(qū)域信息，形成無縫式水利信息存儲模式，為水利建設(shè)和科研提供數(shù)據(jù)支撐。水利云系統(tǒng)的核心是大數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)挖掘和知識發(fā)現(xiàn)。

數(shù)字流域：數(shù)字水利作為信息時代的新生事物，推動了當(dāng)代水利科學(xué)的全面發(fā)展。在數(shù)字水利的背景下，提出了數(shù)字流域、數(shù)字水資源、數(shù)字水庫、現(xiàn)代水利和大水利等諸多新的理念與框架策略。較之前以3S技術(shù)為核心，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)的數(shù)字水利，如今的數(shù)字流域系統(tǒng)更加信息化、智能化，為此次青島智慧水利理論框架的研究工作提供技術(shù)保障。數(shù)字流域是以流域水循環(huán)綜合模型為主要驅(qū)動力，結(jié)合虛擬仿真技術(shù)、GIS空間建模等技術(shù)，通過水文物理模型的精密計算和模擬系統(tǒng)的仿真模擬，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化和智能化。

監(jiān)測系統(tǒng)：采用多源信息監(jiān)測方式，利用先進的技術(shù)設(shè)備，如：水位監(jiān)測方面采用浮子式水位計、壓力水位計、超聲波水位計、雷達水位計等；水質(zhì)監(jiān)測方面采用潛水式水質(zhì)監(jiān)測儀和抽水式自動水質(zhì)監(jiān)測儀；水量監(jiān)測方面采用聲學(xué)時差法管道流量計、聲學(xué)多普勒管道流量計、電磁管道流量計等。因地制宜的采用適合當(dāng)?shù)貐^(qū)域要素的監(jiān)測設(shè)備，實時的、連續(xù)的對多源信息要素進行監(jiān)測和傳輸，為水利建設(shè)提供寶貴資料。

青島地區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)采用天空地一體化模式進行水利基礎(chǔ)信息采集與傳輸，積極開展物聯(lián)網(wǎng)、衛(wèi)星遙感、雷達遙測、視頻監(jiān)控、全球定位與信息感知技術(shù)的應(yīng)用，持續(xù)增強水利信息監(jiān)測與采集能力，具有快速監(jiān)測、監(jiān)測要素齊全、全方位感知等優(yōu)點。

公眾服務(wù)系統(tǒng)：青島智慧水利公眾服務(wù)系統(tǒng)完成了多智能平臺的接入，是集山洪預(yù)警、水文預(yù)報、水資源監(jiān)督管理、水信息查詢、水務(wù)管理等功能為一體的智能服務(wù)系統(tǒng)，有效的整合了群眾力量，增強了群眾保水、愛水、治水意識，加強群眾對水利建設(shè)的監(jiān)管力度。業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)：業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的作用是實現(xiàn)資源的有效共享和應(yīng)用平臺的互連互通，為應(yīng)用平臺的功能實現(xiàn)提供技術(shù)支持及運行環(huán)境，是實現(xiàn)應(yīng)用平臺之間、應(yīng)用平臺與其他平臺之間進行信息交換、傳輸和共享的基礎(chǔ)。

3 結(jié)論和討論

近年來，水生態(tài)文明建設(shè)力度不斷加大，海綿城市等先進理論的不斷提出，標(biāo)志著我國水利由過去的工程水文時代過度到了如今的水生態(tài)建設(shè)時期。在生態(tài)文明建設(shè)和信息化時代的大背景下，我國水利的發(fā)展由傳統(tǒng)水利向智慧水利發(fā)展，水利信息化特征越來越明顯，水資源管理模式越來越智能。智慧水利是在水生態(tài)文明和海綿城市的理念下提出的水利信息化發(fā)展模式，針對水利發(fā)展中存在的水污染、水生態(tài)破壞、水資源監(jiān)管、水資源配置等問題做出合理規(guī)劃和指導(dǎo)。智慧水利理論框架的研究，是智慧水利發(fā)展的先驅(qū)，完善了智慧水利“骨”的建設(shè)，為智慧水利的快速發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

【參考文獻】

[1]陳明忠.關(guān)于水生態(tài)文明建設(shè)的若干思考[J].中國水利， 2013.64（15）：4-6.

[2]唐克旺.水生態(tài)文明的內(nèi)涵及評價體系探討[J]. 水資源保護，2013.29（04）：3-4.

[3]阮本清，韓宇平.區(qū)域水安全評價指標(biāo)體系初步研究[J]. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2003.23（2）：267-272.